GPS静态控制网高程拟合作业指导书

1、GNSS静态控制网高程拟合作业指导书1总则1.1目的为了指导我院GNSS控制网高程拟合工作，统一技术标准，明确操作规程，规范技术管理，保证GNSS控制网高程拟合成果质量，特制定本技术要求。1.2适用范围本指导书适用于所有水环境设计院测量项目。工作阶段为指导GNSS静态控制网高程拟合由外业到内业的一系列工作。1.3编制依据GB/T23709-2009区域似大地水准面精化基本技术规定;GB/T 12898-2009国家三、四等水准测量规范;GB/T 18314-2009全球定位系统（GPS）测量规范.SL197-97水利水电工程测量规范（规划设计阶段），以下简称水电规范。1.4术语与定义1.4.1

2、似大地水准面 guasi-geoid 从地面点沿正常重力方向至正常高端点所构成的曲面。1.4.2高程异常 Height anomaly 似大地水准面相对于地面椭球面的高度。1.4.3高程异常控制点 control point of height anomaly GNSS/水准点 GNSS/levelling point 大地高由GNSS测定，正常高由水准测量测定的大地点。2基本要求2.1、GNSS静态控制网高程拟合作业流程准备工作技术设计（含高程联测）网图设计选点埋石GNSS网静态观测高程联测高程网平常数据处理平面网平差计算（高程拟合）质量检查与自检报告技术报告成果整理与提交2.2、GNSS高

3、程拟合作业流程图2.3、GNSS高程转换的基本原理2.3.1、在一个测区内若有若干个既进行了GNSS测量又联测了水准高程的GNSS点，这样的点称为水准重合点，后面简称已知点。2.3.2、利用大地高和水准高之间的关系，推算出各水准重合点上的高程异常，利用这些离散点上的异常值，可以拟合出测区所在局部区域的似大地水准面，进而可以内插出未知点上的高程异常，实现椭球高向正常高的转换。2.3.3、GNSS高程转换的基本公式首先进行GNSS相对定位测量，由GNSS网三维平差可以求得各埋石点的GNSS大地高Hi，各点正常高可以通过下式求得： 式（2-1）由于GNSS网中起算点的大地高精度不高，控制网平差时一般

4、只取一个点的大地高作为起算数据。由此求得的网中各点的大地高与实际大地高之间偏移了一个平移量HO，此时(2-1)式变为 (2-2)如果在GNSS网中某点Pk处联测了水准，则 (2-3)由式（2-2）式(2-3)得 (2-4)即 (2-5)从(2-5)式可以看出，虽然由GNSS确定的大地高(Hj、Hk)的精度不高，但由于GNSS基线向量的精度很高，因而各点之间的大地高差(Hi-Hk)仍可达到很高的精度，所以在GNSS高程转换时，最好采用高程异常差建立模型。根据重合点的高程异常与水平位置，可以建立测区的高程异常（差）面，从而采用内插法可以获得网中其它各点的高程异常，根据网中待定点的大地高和上面所求得

5、的高程异常便可求得工程需要的正常高，实现高程转换。3、GNSS网设计、观测与平差3.1、GNSS网设计表3.1 水利工程GNSS网的精度标准 等级 项目二三四五等一级五等二级固定误差/mm1010101010比例误差系数510204080相邻点最小距离/km24120.510.20.50.10.2相邻点平均距离/km8134824120.51最弱相邻点边长相对中误差1/1/800001/400001/200001/10000 表3.2 GNSS网的图形设计技术要求项 目等 级二、三、四五图形设计总体可靠性0.30.2重复基线的基线占独立确定的基线总数的百分数10%10%每条基线边所在的异步环数

6、11环数边数（条）4545GNSS首级控制网的基本图形应为三角形或多边形；加密网点时亦可采用附合路线或极坐标法，满足用户对测量精度和可靠性；GNSS网中应有2个（或2个以上）已知平面控制点；当网中仅有一个已知平面点时，应增设已知方位角一个及精密电磁波测距边1条（或以上）。GNSS点选埋应符合以下规定点位应选在质地坚硬，稳固可靠的地方；在高度角为15的范围内，应无妨碍通视的障碍物。点位远离高压线100m，远离大功率发射台400m。应避免选在由于地面或其他目标反射所引起的多路径干扰的位置。考虑到下一级控制网的加密，GNSS点间至少有一个通视方向，或者在GNSS网中设立方位角参考点。3.2、GNSS

7、网观测表33 GPS测量作业的基本技术要求 等级卫星高度角（）有效观测卫星数平均重复设站数时段长度（min）数据采样间隔（s）PDOP二等1541.390156三、四、五等1541.230601563.2.1 观测准备（1）作业员必须事先掌握操作方法。（2）每天出发前应检查电池容量是否充足。仪器及其附件应携带齐全。（3）作业组在观测前，应根据作业的接收机台数进行GPS网形设计，作出GPS测量作业调度表（见表34）。（4）作业前应检查接收机内存是否充足。（5）在测站上安置天线时，仪器对中误差不大于3mm，天线基座上的圆气泡应居中。（6）天线定向标志指向正北，定向误差不大于5。3.2.2 观测作业

8、要求（1）按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组。（2）接收机电源电缆和天线电缆应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。（3）每时段开机前，作业员应量取天线高，并及时输入测站名、年月日、时段号、天线高等信息。关机后再量取一次天线高检核，两次量天线高互差不得大于3mm，取平均值作为最后结果，记录在手簿。若互差超限，应查明原因，提出处理意见，记入测量手簿备注栏中。（4）一个时段观测过程中不得进行以下操作：关闭接收机又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变数据采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文件等功能键。（5）观测人员在作业期间不得擅自

9、离开测站，并应防止仪器受振动和被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。（6）接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机、打手机；雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。（7）观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬盘上，确保观测数据不丢失。3.2.3外业观测记录1) 记录项目包括下列内容：a、测站名、测站号；b、观测月、日、天气状况、时段号；c、观测的开始与记录时间，填写至时、分（24小时记时）；d、接收机类型、号码及天线号码；e、测站的近似经、纬度及近似高程，经纬度取至1，高程取至0.1m；f、天线高应包括测前。测后量得的高度及其平均值

10、，均取至0.001m；g、电池电压、接收卫星、信噪比（SNR）、故障等观测状况。2) 记录应符合下列要求：a、原始观测值和记事项目，应按规格现场记录，字迹要清楚、整齐、不得涂改、转抄；b、外业观测记录各时段观测结束后，应及时将每天外业观测记录结果录入计算机硬盘；c、接收机内存数据文件在卸到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。3.3、GNSS处理与平差3.3.1基线解算 a、卫星广播星历坐标值，可作基线解的起算数据；b、国家或城市高级控制点转换到WGS84系后的坐标值；c、在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选择

11、独立基线按多基线处理模式统一解算。d.、采用双差固定解作为基线解算的最终结果。e、对于所有同步观测时间短于35min的定位基线，应采用符合要求的双差固定解作为基线解算的最终结果。3.3.2基线解算的质量检验a、采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长 表35 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定 限差类型等级坐标分量相对闭合差环线全长相对闭合差46.010.0b、相对闭合差不宜超过表35的规定。c、无论采用单基线模式或多基线模式解算基线，都应在整个GPS网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合

12、差，应符合式（32）的规定： （32）式中，环闭合差， 独立环中的边数 标准差，。 d、复测基线的长度较差，不宜超过式（23）的规定： （33）3.3.3补测与重测a、无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基线连结，则在该点上应补测或重测不得少于一条独立基线。b、可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但应保证舍弃基线后所含基线数，不超过10条边的规定。当超过时，应重测该基线或者有关的同步图形。c、由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。3.3.4GPS网平差处理a、当各项质量检验

13、符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS84系三维坐标为起算数据，进行GNSS网的无约束平差。无约束平差应提供各控制点在WGS84系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及以点位和边长的精度信息。b、在无约束平差确定的有效观测量基础上，在国家坐标系或城市独立坐标系下应进行三维约束或二维约束平差。约束点的已知点坐标、已知距离或已知方位，可作为强制约束的固定值，也可以作为加权观测值。平差结果应输出国家或城市独立坐标中的三维或二维坐标，基线向量改正数、基线边长、方位以及坐标、基线边长、方位的精度信息；转换参数及

14、其精度信息。c、无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足（34）式： （34）当超限时，可以认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的方法或人工方法剔除粗差基线，直至符合上式要求。b.约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差应符合下式要求： （35）当超限时，可认为约束的已知坐标、距离及方位与GNSS网不兼容，应采用软件提供的或人为的方法剔除某些误差较大的约束值，直至符合（35）式要求。4水准网联测GNSS网点应与最低的2个或2个以上高程控制点进行联测，高程联测应采用图根级或图根级以上水准测量或与其精度相当的方法进行。4.1主要技术要求主要技术要

15、求应符合表36的规定。表36 水准测量的主要技术要求 （mm） 等级每千米高差中数中误差测段往返测、路线往返测高差不符值附合路线或环线闭合差(平原)检测已测测段高差之差偶然中误差M全中误差MW三3.06.0121220四5.010.0202030五7.515.03030404.2 水准观测技术要求a、光学测微法或数字水准测量往返或单程双转点观测。表37 视线长度、前后视距差、视线高度的要求（m） 等级标尺类型视线长度前 后视距差任一测站上前后视距累计差视线高度观测顺序仪器类型视距三等因瓦尺DS1DS05752.05.0三丝能读数后前前后四等 木质DS1DS051003.010.0三丝能读数后后

16、前前五等 木质DS1010020.0100.0三丝能读数后后前前b、水准观测应在标尺影像清晰而稳定时进行。c、在连续各测站上安置水准仪三角架时，应使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。d、每测段的往测和返测的测站数应为偶数，由往测转向返测时，两根标尺应互换位置，并应重新整置仪器。e、水准测量测站观测限差应符合表37、38的规定表38 水准测量的测站观测限差（mm） 等级基辅分划读数的差基辅分划两次高差的差单程双转点法左右路线转点差检测高差的差三等1.01.51.53.0四等3.05.04.05.0五等4.06.06.06.0f、观测读数和记录的数字取位：使用DS

17、05或DS1级仪器，应读记至0.05或0.1mm；g、超限观测成果处理a）凡超出表36、表37、表38规定限差的结果均应进行重测，因测站观测限差超限，在本站观测时发现，应立即重测；迁站后发现，则应从水准点或间歇点（须经检测符合限差）开始重测；测段往返高差不符值超限，应先就可靠性较小的往测或返测进行整测段重测；b）当区段往返测高差不符值、闭合路线或环线闭合差超限时，应仔细分析，先选一些可靠性较小的测段重测。4.3观测成果的记录、整理、检验和计算1）观测成果的记录a、观测成果的记录应遵守测量记录的有关规定。b、每个人的观测记录应连续，每页最后一站要空着。2）观测成果整理a、水准路线观测结束，经全面

18、检查无误后，由两人独立编算外业高差和概略高程表。b、观测精度评定每条水准路线按测段往返不符值计算每公里偶然中误差： (36)式中 测段往返测高差的不符值（mm）； LS测段长（km）； n/测段数。4.4平差计算水准网要采用条件或间接平差，并评定网中最弱点相对于起算点的高程中误差。5.水利工程狭小区域GNSS网点高程拟合5.1、水利工程狭小区域是指长度不足5km，宽度不足500m的测量区域，测区埋石点小于6个。5.2、在GNSS网图上先选取密度适当、分布较均匀，包围整个测区的若干个GNSS点采用水准线路联测。5.3、在局部困难地区，对少数难以与其它点连测得GNSS点也可以只测定这些点之间的高差

19、。5.4、进行高程拟合之前，必须获得经过平差的大地高数据，三维无约束平差可以提供这些数据。5.5、采用平面函数拟合，拟合模型为，拟合出测区的拟大地水准面，内插出其他GNSS点的高程异常并确定出其正常高高程。6.狭长地带GNSS网点高程拟合6.1、狭长区域是指长度大于5km以上，宽度小于500m的线路测量地域。6.2、狭长地带GNSS网点高程拟合原理：根据已知高程控制点平面坐标及其高程异常值，通过构造一个插值函数来拟合测线方向上的似大地水准面曲线，然后据此内插其它点的高程异常值。6.3、采用多项式曲线拟合法，要求路线不宜太长，测区也不宜太大。而且拟合点和已知点距离线路不能太远，一般应该限制在300 m以内。6.4、多项式曲线拟合模型当GNSS点呈线状布设，在认定沿线似大地水准面为一条连续而光滑的曲线的前提下，我们可根据高程控制点的平面坐标X(或Y)及其高程异常值i，该控制点的坐标为（Xi,Yi），则二者之间存在下列的关系。