公路全球定位系统GPS测量标准规范.docx

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公路全球定位系统GPS测量标准规范

1总    则

1.0.1为规定利用全球定位系统﹙GlobalPositioningSystem,缩写为GPS﹚建立公路工程GPS测量控制网的原则﹑精度和作业方法，特制定本规范。

1.0.2本规范是依据《公路勘测规范》﹙JTJ061），并参照《全球定位系统（GPS）测量规范》（CH2001-92）的有关规定,在收集﹑分析﹑研究和总结经验的基础上制定的。

1.0.3本规范适用于新建和改建公路工程项目的各级GPS控制网的布设与测量。

1.0.4采用全球定位系统测量技术建立公路平面控制网时，应根据《公路勘测规范》（JTJ061）中规定的平面控制测量的等级﹑精度等确定相应的GPS控制网的等级。

1.0.5GPS测量采用WGS-84大地坐标系。

当公路工程GPS控制网根据实际情况采用1954年北京坐标系﹑1980西安坐标系或抵偿坐标系时，应进行坐标转换。

各坐标系的地球椭球基本参数﹑主要几何和物理常数见附录A.

高程系统根据实际情况可采用1956年黄海高程系或1985国家高程基准.

1.0.6GPS测量时间系统为协调世界时（UTC）.在作业过程中,附录D"GPS观测手薄"中的开﹑关机时间可采用北京时间记录.

1.0.7GPS接收机及附属设备均按有关规定定期检测.

1.0.8GPS控制测量应按有关规定对全过程进行质量控制.

1.0.9在提供GPS控制测量成果资料时,应执行保密制度中的有关规定.

2术    语

2.0.1基线Baseline

两测量标志中心的几何连线。

2.0.2观测时段Observationsession

GPS接收机在测站上从开始接收卫星信号进行观测到停止观测的时间长度。

2.0.3同步观测Simultaneousobservation

两台或两台以上GPS接收机同时对一卫星进行的观测。

2.0.4同步观测环Simultaneousobservation

三台或三台以上GPS接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。

2.0.5独立基线Independentbaseline

由独立观测时段所确定的基线。

2.0.6独立观测环Independentobservableloop

由独立基线向量构成的闭合环。

2.0.7自由基线Freebaseline

不属于任何非同步图形闭合条件的基线。

2.0.8复测基线Duplicatemeasurebaseline

观测两个或两个以上观测时段的基线。

2.0.9边连式Linkmethodbyabaseline

相邻图形之间以一条基线边相连接的布网方式。

2.0.10无约束平差Non-constrainedadjustment

在一个控制网中，不引入外部基准，或虽引入外部基准但并不产生控制网非观测误差引起的变形和改正的平差方法。

2.0.11公路抵偿坐标系Compensationcoordinatesystemforhighway

在建立公路控制网时，根据需要投影到抵偿高程面上和（或）以任一子午线为中央子午线的一种直角坐标系。

2.0.12首级控制网Firstclasscontrolnetwork

为一个公路工程项目而建立的精度等级最高，并同国家控制

点联测能控制整个路线的控制网。

2.0.13主控制网Maincontrolnetwork

为满足公路测设放线或施工放样，在首级控制网基础上加密

并贯通整条公路的控制网。

2.0.14天线高Antennaheight

观测时天线平均相位中心标志面的高度。

3GPS控制网分级与设计

3.1GPS控制网分级

3.1.1根据公路及桥梁﹑隧道等构造的特点及不同要求，GPS控制网分为一级﹑二级﹑三级﹑四级共四个等级。

各级GPS控制网的主要技术指标规定见表功3﹒1﹒1

表3﹒1﹒1GPS控制网的主要技术指标

级别

每对相邻点平均距离d（km）

固定误差a

（mm）

比例误差b

（ppm）

最弱相邻点点位中误差m（mm）

路线

特殊构造物

路线

特殊构造物

路线

特殊构造物

一级

4.0

≤10

5

≤2

1

50

10

二级

2.0

≤10

5

≤5

2

50

10

三级

1.0

≤10

5

≤10

2

50

10

四级

0.5

≤10

≤20

50

注：

①各级GPS控制网每对相邻点间的最小距离应不小于平均距离的1/2，最大距离不宜大于平均距离的两倍；

②特殊构造物指对施工测量精度有特殊要求的桥梁﹑隧道等构造物。

3.1.2GPS控制网相邻点间弦长精度应按下式计算确定：

σ=√[a2+（bd）]（3.1.2）

式中：

σ—弦长标准差（mm）；

a—固定误差（mm）；

b—比例误差（ppm）；

d—相邻点间的距离（km）。

3.2GPS控制网设计

3.2.1GPS控制网的布设应根据公路等级﹑线地形地物﹑作业时卫星状况﹑精度要求等因素进行综合设计，并编制技术设计书（或大纲）。

3.2.2GPS的WGS-84大地坐标系统转换到所选平面坐标系时，应使测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km.根据测区所处地理位置及平

均高程情况，可按下列方法选定坐标系统：

3.2.2.1当投影长度变形值不大于2.5cm/km时，采用高斯正形投影3°带平面直角坐标系。

3.2.2.2当投影长度变形值大于2.5cm/km时，可采用公路抵偿坐标系，并可选用下列方式：

（1）投影于1954年北京坐标系或者1980西安坐标系椭球面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。

（2）投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3°带平面直角坐标系。

（3）投影于抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。

3.2.3GPS控制网采用公路抵偿坐标系进行坐标转换时，应确定以下技术参数；

--参考椭球及其相应的基本参数；

--中央子午线经度值；

--纵横坐标的加常数值；

--投影面正常高；

--测区平均高程异常值；

--起算点坐标及起算方位角。

公路抵偿坐标系所采用的椭球中心、轴向和扁率应与国家参考椭球相同。

3.2.4公路路线过长时，可视需要将其分为多投影带。

在各分带交界附近应布设一对相互通视的GPS点。

3.2.5同一公路工程项目中的特殊构造物的测量控制网应同项目测量控制网一次完成设计、施测与平差。

当特殊构造物测量控制网的等级要求高时，宜以其作为首级控制网，并据以扩展其它测量控制网。

3.2.6当GPS控制网作为公路首控制网，且需采用其它测量方法进行加密时，应每隔离5km设置一对相互到通视的GPS点。

当GPS首级控制网直接作为施工控制网时，每个GPS点至少应与一个相邻点通视

3.2.7设计GPS控制网时，应由一个或若干个独立观测环构成，并包含较多的闭合条件。

3.2.8GPS控制网由同步GPS观测边构成多边形闭合环或附合路线时，其边数应符合下列规定：

--一级GPS控制网应不超过去5条；

--二级GPS控制网应不超过去6条；

--三级GPS控制、网应不超过去7条；

--四级GPS控制网应不超过去8条；

3.2.9一、二级GPS控制网应采用网连式、边连式布网；三、四级GPS控制网宜采用铰链导线式或点连式布网。

GPS控制网中不应出现自由基线。

3.2.10GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网点联测，联测点数应不少于3个，并力求分布均匀，且能控制本控制网。

当GPS控制网较长时，应增加联测点的数量。

路线附近具有等级高的GPS点时，应予以联测。

同一公路工程项目的GPS控制网分为多个投影带时，在分带交界附近应同国家平面控制点联测。

3.2.11GPS点需要进行高程联测时，可采用使GPS点与水准点重合，或GPS点与水准点联测的方法。

平原、微丘地形联测点的数量不宜少于6个，必须大于3个；联测点的间距不宜大于20km，且应均匀分布。

重丘、山岭地形联测点的数量不宜少于是10个。

各级GPS控制网的高程联测应不低于四等水准测量的精度要求。

4选点与埋石

4.1准备

4.1.1在编制技术设计书（或大纲）前应搜集与公路工程有关的以下资料：

--测区划1：

10000-1：

150000地形图；

--既有各类控制测量资料，包括控制点的平面坐标、高程、坐标系统、技术总结等；

--测区的气象、地质、地形、地貌、交通、通信及供电等资料；

--路线走向、线位布设、路线设计数据及大型构造物位置等资

料。

4.1.2按技术设计书（或大纲）要求，进行GPS控制网技术设计。

4.2选点

4.2.1选点员应按技术要求进行踏勘，并实地核对、调整、

确定点位。

点位应有利于采用其它测量方法扩展和联测。

对需做水准联测的点位还应踏勘水准路线。

4.2.2点位应选在基础稳定，并易于长期保存的地点。

4.2.3点位应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内不应有高度角大于15°的成片障碍物，否则应绘制点位环视图。

4.2.4点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体。

点位距大功率无线电发射源（如电视台、微波站等）的距离应不小于400m;距220Kv以上电力线路的距离应不小于50m。

4.2.5点位应利于公路勘测放线与施工放样，且距路线中心线不宜小于50m,并不大于300m。

对于大型桥梁、互通式立交、隧道等还应考虑加密布设控制网的要求。

4.2.6GPS控制点需要设方位点时，其目标应明显，便于观测；与GPS点的距离不宜小于500m，且与路线垂直。

4.2.7GPS控制网的点名应沿公路前进方向顺序编号，并非编号前冠以“GPS”字样和等级。

当新点同原有点重合时，应采用原有点名。

同一个GPS控制网中禁有相同的点名。

4.2.8选定的点位应标注于1：

10000或1：

50000的地形图上，并绘制GPS控制网选点图，填写GPS点之记，点之记格式见附录B。

4.3埋石

4.3.1各级GPS点的标石均应有中心标志。

中心标志用直径不小于14mm的钢筋制作，并用清晰、精细的十字线刻成直径小于1mm的中心点。

标石表面应有GPS点名及施测单位名称。

4.3.2GPS点的标石可按附录C预制，亦可现场浇制。

埋设时坑底应填以砂石并固密实，或现浇20cm厚的混凝土。

埋设的GPS点应待沉降稳定后方可使用。

4.3.3GPS点位于山区岩石地段时，可利用基岩凿成坑穴，埋入中心标志并浇灌混凝土。

标石顶端外形尺寸应符合附录C的规定。

4.3.4GPS点位于耕作地区时，应埋设于非耕种地上，并露出地面少许；当必须埋设于耕地时，标石顶面应埋设于耕种表土层以下。

对冰冻地区，其埋设深度应大于该地区的冰冻深度。

4.3.5GPS点位于沙丘或土层疏松地区，应适当增大标石尺寸和基坑底层现浇混凝土的面积与厚度。

4.3.6当有牢固永久性建筑物可用以设置标石时，可在建筑物上凿孔埋入中心标志并浇灌混凝土，其顶端外形尺寸应符合附录C的规定。

4.3.7利用原有平面控制点时，应确认该点标石完好，并符合同级GPS点观测与埋石要求，且能长期保存。

4.3.8为特殊构造物而设计的一、二级GPS控制网可视需要埋设有强制对中装置的观测墩。

4.3.9所有GPS点在埋石处应设置明显的指向标志，并现场绘制交通路线略图，填写点之记。

5观     测

5.1技术指标

5.1.1GPS控制网观测基本技术指标规定见表5.1.1。

表5.1.1GPS控制网观测基本技术指标。

级别

项目

一级

二级

三级

四级

卫星高度角（°）

≥15

≥15

≥15

≥15

数据采集间隔（s）

≥15

≥15

≥15

≥15

观测时间

静态定位（min）

≥90

≥60

≥45

≥40

快速静态（min）

≥20

≥15

≥40

点位几何图形强

度因子（GDOP）

≤6

≤6

≤8

≤8

重复测量的最少基线（0/0）

≥5

≥5

≥5

≥5

施测时段数

≥2

≥2

≥1

≥1

有效观测卫星总数

6

6

4

4

5.2观测计划

5.2.1进入测区前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。

预报表应包括可见卫星号﹑卫星高度角﹑方位角﹑最佳观测星组﹑最佳观测时间﹑点位图形强度因子﹑概括位置坐标﹑预报历元﹑星历龄期等。

5.2.2观测作业前，应根据接收机台数﹑GPS图形﹑卫星可见性预报表编制观测计划。

在实施中，应依照实际作业情况，及时作出调整。

5.2.3观测作业后，应及时绘制联测草图以备后续作业调度使用。

5.3作业要求

5.3.1观测组必须执行调度计划，按规定的时间进行同步观测作业。

5.3.2观测人员必须按照GPS接收机操作手册的规定进行观测作业。

5.3.3天线安置在脚架上直接对中整平时，对中精度为1mm.

5.3.4天线安置在觇标上时，应将标志中心投影至基板上，然后在基板上对中整平。

如觇标顶部对信号和信息有干扰，则应卸去。

5.3.5每时段观察应在测前﹑测后分别量取天线高。

两次天线高之差应不大于3mm，并取平均值作为天线高。

5.3.6观测时应防止人员或其它物体触动天线或遮挡信号。

5.3.7接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。

当接收或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其它接收机以调整观测计划。

5.3.8在现场应按规定作业顺序填写观测手簿，不得事后补记。

观测手簿的格式见附录D。

5.3.9经检查所有规定作业项目全部完成，且记录完整无误后方可迁站。

5.3.10每日观测结束后，应将外业数据文件及时转存到磁盘上，不得作任何剔除或删改。

磁盘应贴好标签，并妥善保存。

6基线解算与检核

6.0.1外业观测结束后及时进行观测数据的处理和质量分析，检查其是否符合规范或技术设计要求。

6.0.2基线解算中所需的起算点坐标，可按下列顺序选用：

--国家或其它等级高的GPS控制网点的既有WGS--84坐标值；

--国家或其它等级高的控制点转换至WGS—84的坐标值；

--GPS单点定位观测2h以上的平差值提供的WGS--84坐标值。

6.0.3当GPS控制网点间距离小于20km时，可不考虑对流层和电离层的修正；当大于20km时，每时段应于始﹑中﹑终各观测一次气象元素，并采用标准模型加入对流层和电离层的修正。

6.0.4采用M台接收机同步观测时，每一时段应解算出M（M-1）/2条GPS基线向量边，并计算出该观测时间段的同步环坐标分量闭合差。

当各基线的同步观测时间超过观测时间的80/100时，其闭合差值应符合式（6.0.4-1）-（6.0.4-4）的要求。

Wx≤（√n/5）·σ（6﹒0﹒4-1）

Wy≤（√n/5）·σ（6﹒0﹒4-2）

Wz≤（√n/5）·σ（6﹒0﹒4-3）

W=√Wx2+Wy2+Wz2≤（√3n/5）·σ（6﹒0﹒4-4）

式中：

W—同步环坐标分量闭合差（mm）;

σ—弦长标准差（mm）;

n--同步环中的边数。

当各基线同步观测时间为观测时间性段的40/100-80/100时，其同步环坐标分量闭合差可适当放宽。

当各基线同步观测时间少于观测时间段的40/100时，应按异步环处理。

6.0.5由独立观测边组成的异步环的坐标分量闭合差应符合式

（6﹒0﹒5-1）-（6﹒0﹒5-4）的规定：

Vx≤3√n·σ（6﹒0﹒5-1）

Vy≤3√n·σ（6﹒0﹒5-2）

Vz≤3√n·σ（6﹒0﹒5-3）

V≤3√3n·σ（6﹒0﹒5-4）

式中：

V—异步环坐标分量闭合差（mm）;

σ—弦长标准差（mm）;

n–异步环中的边数。

6.0.6同一条边任意两个时段的成果互差，应小于GPS接收机标准精度的2√2倍。

6.0.7当网中有两个或两个以上已知点时，应按本规范第6﹒0﹒5条的规定计算已知点之间的附合闭合差。

6.0.8当检查或数据处理时发现观测数据不能满足要求，应对成果进行全面的分析，并对其中部分数据进行补测或重测，必要时全部数据应重测。

7GPS控制网平差计算

7.0.1平差时应首先以一个点的WGS-84系坐标作为起算依据进行无约束平差，检查GPS基线向量网本身的内符合精度、基线向量间有无明显的系统误差，并剔除含有粗差的基线边。

7.0.2当用M台接收机同步观测时，应从计算出的M（M-1）/2条GPS观测边中选取（M-1）条边参加GPS网平差计算。

选取的原则是：

--独立的观测边；

--网形构成非同步闭合环，不应存在自由基线；

--必须不含明显的系统误差；

--组成的闭合环基线数和异步环长度应尽量小。

7.0.3在进行GPS控制网平差前，应根据实际需要选定起算数据和相应的地面坐标，并应对起算数据的可靠性及精度进行检查分析。

7.0.4GPS控制网可以采用三维约束平差或二维约束平差法。

约束平差时，约束点的坐标、距离或方位角可作为强制约束的固定值，也可作为加权观测值。

当采用三维约束平差时，可只假定一个点的大地作为高程起算数据。

当采用二维约束平差时，应先将三维GPS基线向量转换为二维基线向量。

7.0.5当GPS控制网分为多个投影带，且在分差交界附近联测国家控制点时，可分片进行平差。

平差时应有一定数量的重合点，重合点位互差不得大于两倍的点位中误差。

7.0.6平差结果应输出所选直角坐标的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线长、方位、点位精度、转换参数及其精度，并同时输出单位权中误差及其它要求输出的内容。

7.0.7为计算GPS控制网点的正常高，先利用已联测高程的GPS点正常高和经GPS控制网平差得到的大地高，求其高程异常值，然后采用拟合或插值等方法求其它GPS点的高程异常值和正常高。

7.0.8计算结束后，应对所处理的数据及结果进行分析，并写入总结报告。

8成果验收与资料提交

8.0.1GPS测量工作结束后应编写技术总结，并按《测绘产品检查验收规定》（CH1002—95）和《测绘产品质量评定标准》（CH1003—95）的要求进行验收。

8.0.2GPS测量工作技术总结应包括：

--任务来源、项目名称、施测目的、施测单位及施量起讫时间，参加作业人员、工作量及作业简况；

--作业依据及技术精度要求；

--测区范围与位置、测区概况，测区已有测量资料情况及检核、采用情况；

--GPS接收机型号、数量及相应的技术参数，仪器检验情况等；

--坐标系统与起算数据的选定及相应的参数；

--选点、埋石情况；

--野外观测方案、作业中的问题、观测成果检查以及执行技术规定情况；

--观测数据质量分析与野外检核计算情况；

--数据处理软件以及处理过程说明；

--平差计算和精度分析；

--存在问题和需要说明的问题；

--各种附表和附图。

8.0.3成果验收的重点：

--接收机检验方法和结果；

--GPS控制网网形设计与联测图；

--GPS控制网的布设应满足公路路线及大型构造物勘察设计与施工放样的要求；

--起算数据和坐标系统的选择；

--野外资料的检核与计算；

--数据处理、平差过程及其成果精度。

8.0.4提交的资料应包括：

--测量任务书和技术设计书（或大纲）；

--GPS接收机检验资料；

--卫星可见性预报和观测计划；

--GPS坐标成果表；

--点之记；

--观测手簿和存储介质（包括数据处理过程中生成的文件）；

--平差计算资料和成果磁盘；

--GPS联测示意图；

--标注有GPS点位的1：

10000或者1：

50000地形图；

--所使用的原始资料；

--技术总结和成果验收报告。

附录A大地坐标系有关资料

A1WGS-84大地坐标系的地球椭球基本参数、主要几何和物理常数

A1.1地球椭球基本参数

长半径a=6378137m

地球引力常数（含大气层）GM=3986005×108m3s-2

正常化二阶带谐系数C2.0=-484.16685×10-6

地球自转角速度w=7292115×10-11rads-1

A1.2主要几何和物理常数

短半径b=6356752.3142m

扁率a=1/298.257223563

第一偏心率平方e2=0.00669437999013

第二偏心率平方e2=0.006739496742227

椭球正常重力位u0=62636860.8497m2s-2

赤道正常重力ye=9.9703267714ms-2

A21980西安坐标系的参考椭球基本参数、主要几何和物理常数

A2.1参考椭球基本参数

长半径a=6378140m

地球引力常数（含大气层）GM=3986005×108m3s-2

二阶带谐系数J2=1082.63×10-6

地球自转角速度w=7292115×10-11rads-1

A2.2主要几何和物理常数

短半径b=6356755.2882m

扁率a=1/298.257

第一偏偏心率平方e2=0.00669438499959

第二偏偏心率平方e2=0.00673950181947

椭球正常重力位u0=62636830m2s-2

赤道正常重力y0=9.780318ms-2

A31954年北京坐标系参考椭球的基本几何参数

长半径a=6378245m

短半径b=6356863.0188m

扁率a=1/298.3

第一偏心率平方e2=0.006693421622966

第二偏心率平方e2=0.006738525414683

    附录BGPS点之记

工程名称：

点名

等级

所在地

地类

土质

冻土深度

交通情概述况

交通路线略图

点位略图

埋石断面及类型图

选点情况

单位

选点员

日期

是否需联测高程

建议联测等级

埋石情况

单位

埋石员

日期

保管人及地址

备注

调制：

校核：

  附录DGPS观测手簿

工程名称：

点名

等级

观测者

记录者

接收机名称

接收机编号

定位模式

开机时间

hmin

关机时间

hmin

站时段号

日时段号

天线高（mm）

测前

测后

平均

日期

存储介质编号及数据文件名

时间

跟踪卫星号（PRN）

干温

（℃）

湿温

（℃）

气压

（mb）

测站大

地高

（m）

GDOP