第三组1水渡河控制测量设计书.docx
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第三组1水渡河控制测量设计书
密级：
编号：
长沙市水渡河地区控制测量
专业技术设计书
湖南安全技术职业学院
测绘0902班第三组
2011-03-02
长沙市水渡河地区控制测量
专业设计书
任务承担单位：
设计负责人：
审核意见：
主要设计人：
审核人：
年月日年月日
批准单位：
审批意见：
审批人：
年月日
一、概述
任务名称：
长沙市水渡河地区控制测量工程，任务来源于湖南安全技术职业学院安全技术系教学需要。
项目目的与内容：
项目的主要目的是建立该地区的水平控制网和高程控制网，为施测该地区1:
500地形图、1:
500地籍图和城市市政建设提供控制依据。
主要内容是建立测区各等级平面控制网、高程控制网，并对各GPS控制点进行高程拟合。
地理位置与测区范围：
水渡河地区位于长沙市东北地区，东经113°04′，北纬28°16′，是连接长沙县城和长沙开福区的关键地带，行政隶属长沙县管辖，测区范围为东起京珠高速，西至二环线与捞刀河，南至三一大道，北至捞刀河，测区总面积约40km2。
测区概况：
长沙水渡河地区有一条捞刀河，有长沙二环线三一大道，京珠高速从边上经过，其中还包括几所大学，有湖南工程学院、湖南安全学院、湖南机电学院、长沙大学等等，还包括月湖公园，洪山桥，地形相对比较平坦，此地区属亚热带季风气候，气候较温和温润，日照充足，雨热同期，四季分明，测区内用地主要以住宅、工业、商业用地为主，有利工作的开展。
二、已有资料的分析与利用
经过对测区内以及测区周边已有的资料的收集，有以下的控制点成果可以利用：
点号
点名
等级
1980西安坐标
1954北京坐标
85高程成果（m）
备注
X坐标
Y坐标
中央子午线
X坐标
Y坐标
中央子午线
U223
新港
C级GPS
3134371.454
694493.422
110°
63.732
U227
雷锋
C级GPS
3124214.916
680156.174
110°
3124270.087
680220.056
54.220
U228
星沙
C级GPS
3128434.148
700761.059
110°
点号
等级
1980西安坐标
长沙坐标（54椭圆）
85高程成果（m）
备注
X坐标
Y坐标
中央子午线
X坐标
Y坐标
中央子午线
G1021
E级GPS
3127470.158
408484.588
112°30′
105783.178
57746.325
112°30′
70.705
特立路跨京珠高速桥中北侧
HG1167
E级GPS
3129223.417
407275.320
107589.818
56596.123
50.461
新久发前交叉路
I90149
5″导线
106272.155
57366.621
54.420
湘龙路与潇湘西路交叉T字路中
平面控制资料分析：
该两控制点作为测区平面控制网的起算数据，该二点等级过低，不太适宜，但是测区周围目前暂时没有高等级平面控制点，还是考虑将该二点作为起算依据或者作为计算GPS坐标系和长沙城市坐标系间转换参数的依据。
作为起算点时，由于起算点等级低，平差时尽量不要有多余起算数据，以避免由于起算点精度低而降低全网内部符合精度。
三、作业依据
（1）《工程测量规范》（GB50026—2007）
（2）《城市测量规范》（CJJ5—99）
（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314—2001）
（4）《国家三四等水准测量规范》（GB/T12898—2009）
四、坐标系统与高程基准
1、平面坐标系统
平面控制网的坐标系统，应在满足测区内投影长度变形不大于2.5cm/km，由于测区离国家3度带中央子午线距离超过40KM,为限制长度变形，所以采用高斯投影3°带，投影带中央子午线为113°04；经计算其投影变形值为-5.6mm。
提供下列三种坐标系统的坐标成果：
（1）采用WGS-84椭球，根据首级GPS控制网，采用无约束平差后获得的独立坐标系统
（2）采用长沙城市坐标系所用椭球，根据给出已知GPS点进行约束平差后获得的长沙城市坐标系统
（3）根据给出的GPS控制点在WGS-84椭球测区独立坐标系统和长沙城市坐标系统中的坐标，计算坐标转换参数，最后将所有控制点在WGS-84椭球测区独立坐标系统中的坐标转换为长沙城市坐标系统坐标。
2、高程基准
采用正常高，为长沙市城市高程系统（1985国家高程系），高程起算点为给出已知GPS控制点中之一。
布网原则：
先整体后局部，从高级到低级，从而减小控制网的误差积累。
首级控制网的布设，应因地制宜，且适当考虑发展；与国家坐标系统联测时，应同时考虑联测方案。
首级控制网的等级，应根据工程规模，控制网的用途和精度要求合理确定。
加密控制网，可越级布设或同等级扩展。
在作业中确因地形条件变更设计方案时，须经小组讨论后方能修改
首级平面控制网布网技术规范：
首级控制采用D等GPS控制网的要求，对控制网内的长边，宜构成大地四边形或中点多边形。
控制网应由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合环路线，各等级控制网中构成的闭合环或附合路线的边数不宜多于8条，而在我们这个控制网中构成的闭合环边数为3条；各等级控制网中独立基线的观测总数，不宜少于必要观测基线数的1.6倍，观测基线总数为52条，点数有24个，0满足大于必要观测基线数的1.6倍。
观测的主要技术要求如下：
卫星定位测量控制网的主要技术要求
等级
平均边长
（km）
固定误差（mm）
比例误差系数（mm/km）
约束点间的边长相对中误差
约束平差后最弱边相对中误差
D等
1
≤10
≤20
≤1/40000
≤1/20000
导线测量的技术要求
级
导线长度（km）
平均边长（km）
测角中误差（″）
测距中误差（mm）
测距相对中误差
测回数
方位角闭合差（″）
导线全长相对闭合差
1″级仪器
2″级仪器
6″级仪器
二级
2.4
0.25
8
15
1/140000
-
1
3
16√n
≤1/10000
高程控制网布网技术规范：
高程控制网统一采用四等水准测量，布设成环形网,沿主要交通线布设。
四等水准测量技术指标，每千米高差全中误差10mm，路线长度小于或等于16km，四等水准采用国产DS3型水准仪配合木质水准标尺按后、后、前、前的顺序进行观测。
测段间测站数应为偶数，以减少水准尺零点差对高差观测值的影响。
四等水准测量的主要技术指标如下：
水准等级
附合路线
长度Km
环节
长度km
每公里高程全中误差mm
高程闭合差
mm
最弱点高程
中误差mm
四等
15
10
±10
±20√L
±20
四等水准外业观测的技术要求和限差如下：
视线长m
前后视距差（m）
前后视距累积差（m）
基辅分划读数差（mm）
基辅分划所测高差之差（mm）
视线高（m）
≤80
≤5.0
≤10.0
3.0
5.0
3丝能读数
注：
成像清晰、稳定时，视线可放长20%
3、GPS拟合高程：
1、GPS网应与四等水准点联测。
联测的GPS点，宜分布在测区的四周和中央。
若测区为带状地形，则联测的GPS点分布于测区两端及中部。
2、GPS拟合采用一次或多次拟合计算模型（取平均数）。
3、联测点数，宜大于选用计算模型中未知参数个数的1.5倍，点间距宜小于10km。
联测点数不小于1/3。
未联测的GPS控制点要进行高程拟合。
4、地形趋势变化明显的大面积测区，宜采取分区拟合的方法。
5、GPS观测的技术要求，应按有关规范的规定执行；其天线高在观测前后各量测一次，取其平均值作为最终高度。
6、应对联测的己知高程点进行可靠性检验，并删除不合格点。
7、对于地形平坦的小测区，可采用平面拟合模型；对于地形起伏比较大的大面积测区，宜采用曲面拟合模型。
8、对于拟合高程模型应进行优化。
9、GPS点的高程计算，不宜超出拟合高程模型所覆盖的范围。
10、对GPS点的拟合高程成果，应进行检验。
检验点数不少于全部高程点的10%，最少却不少于3个点。
高差检验，可采用相应等级的水准测量或电磁波测距三角高程测量方法进行，其高差较差不应大于30√Dmm（D为检查路线的长度，单位为km）。
附件1：
平面控制网首级及加密GPS点布网点位设计图
首级控制点的测设方案：
分为8个时段进行观测，分为两天进行观测，具体的观测如下：
新港、星沙、雷锋、D003、D004、D005、D006（观测完D003、D004两台仪器搬站）
新港、星沙、雷锋、D005、D006、D001、D002（观测完D005、D006两台仪器搬站）
新港、星沙、雷锋、D001、D002、D007、D008（观测完D001、D002两台仪器搬站）
新港、星沙、雷锋、D007、D008、D015、D014
以上为第一天观测时段，采用七台GPS仪器进行观测
D001、D002、D009、D010、D014、D015（观测完D001、D002、D010三台仪器搬站）
D009、D011、D014、D015、D012、D013（观测完D009、D011、D014、D015四台仪器搬站）
D012、D013、D018、D019、D020、D021（观测完D012、D013两台仪器搬站）
D016、D017、D018、D019、D020、D021
以上为第二天观测时段，采用六台仪器进行观测
首级级加密GPS点布网点位设计图如下：
附件2：
高程控制网布网及GPS高程拟合点位设计图
导线测量是根据附合导线来测量，整个闭合路线由一段一段的附合导线组成，具体测量方案：
D003、D004至D001、D002
D001、D002至D005（HG1167）、D006
D005（HG1167）、D006至D008、D007
D008、D007至D009（I90149）、D011（G1021）
D009（I90149）、D011（G1021）至D020、D021
D020、D021至D012、D013
D012、D013至D014、D015
D014、D015至D001、D002
具体的布网图如下：
六、选点、埋石
1）四级GPS点、一级导线点以及水准点采用混凝土普通标石，中心标志采用不锈钢标志，标石的制作一定要按照合理的比例（水泥、沙、石配比）。
各等级标石技术规格：
2）对测区内尚存的各等级点的标石必须充分利用；新布的各等级控制点应位于土质坚固不易被破坏的地方，以便永久保存长期使用；严禁在施工区内或土质松软的地方布设等级控制点。
3）GPS点应远离大功率的无线发射台和高压输电线；GPS点周围障碍物的高度角应小于15°。
4）外业选点工作严格按照技术设计书的要求进行。
在作业中确因地形条件变更设计方案时，须经小组讨论方能修改。
5）埋石规格：
基岩和基本标石的中心标志应用铜或不锈钢制作，普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。
标志中心应该有清晰、精细的十字线或嵌入不同金属制作的直径小于0.5mm的中心点。
6）埋石完成后，应绘制点之记，一式两份，其内容要求现场详细记录，按实际地形依一定比例绘制点位略图，并填写测量标志委托保管书一式两份。
要求在各等级点临近地物的显目位置用红油漆注明控制点的点号，至控制点的方向和距离。
7）保管书样式见附表
七、外业观测
GPS测量:
四等、一级GPS控制网，使用易测单频GPS接收机、L1载波相位按静态方法进行观测，在观测前对使用的GPS接收机进行必要的检测：
GPS接收机及天线外观是否良好，主机与配件是否齐全，电池是否满足测量所需的时间。
需固禁的部件是否有松动和脱落。
电源信号灯是否工作正常。
按键和显示系统是否工作正常。
天线与基座连接部件是否完好及配套。
基座光学对中器的检验。
天线高量尺是否完好及尺长精度。
另外在观测时，要记录日期，时间，和仪器高。
GPS控制测量作业的基本技术要求
等级
D等
接收机类型
双频或单频
仪器标称精度
10mm+5ppm
观测量
载波相位
卫星高度（’）
静态
≥15
快速静态
≥15
有效观测卫星数
静态
≥4
快速静态
≥5
观测时间长度
静态
45
快速静态
10—15
数据采样间隔
静态
30
快速静态
5—15
点位几何图形强度因子PDOP
≤8
GPS测量外业观测注意事项
a.用专用钢尺量取接收机天线外边缘至桩面标志顶部距离（斜距）。
量取斜距时，要分别在脚架空档互成120°的位置各量一次，且三次斜距差不超过2mm，取中数作为斜距。
b.GPS机接收信息期间，在天线上方严禁有人为的障碍物出物；
c.作业员不能远离接收机，要时刻注意接收机卫星信号接收情况，当发现接收机接收的卫星数目少于规定数目或接收机停机时，应详细记录其起、止时间（准确至1分钟），并立即通知其它接收机观测人员，以便采取措施，协调并统一观测时间；
d.当天接收的数据应当天传输至微机中，并以年月日作为子日录建立观测数据库。
全站仪导线测量
在进行导线外业观测前先对仪器进行检验，检验的项目如下：
仪器的一般检视
仪器底座位移而产生的系统差之检验
高低点间水平角的测定
照准部旋转是否正确检验
管水准轴与竖轴正交的检验
圆水准器的检验
望远镜十字丝竖丝垂直于水平轴检验
2c检验
水平轴垂直与竖轴的检验
光学对中器
垂直度盘指标零点自动补偿
仪器加常数
棱镜检验
导线测量的主要技术要求
等级
导线长度（km）
平均边长（km）
测角中误差（"）
测距中误差（mm）
测距相对中误差
测回数
方位角闭合差（"）
导线全长相对闭合差
1"级仪器
2"级仪器
6"级仪器
二级
2.4
0.25
8
15
1/14000
—
1
3
16√n
≤1/10000
3）全站仪导线外业观测注意事项：
a.导线水平角采用方向观测法进行观测，方向数不多于3个时，可不归零；
b.当导线边长采用垂直角改平时，改边垂直角用全站仪按中丝法二测回测定，并对其进行球气差改正；
c.边长观测数据和改正：
对边长观测值进行仪器常数、气温气压、倾斜改正，并投影至零高程面上。
d.控制测量的外业记录：
一律使用电子记录和手薄记录相结合。
全站仪导线外业观测用专业的导线测量手簿记录，项目必须齐全，便于检查和统计。
水准测量：
外业进行前对仪器进行检验,检验项目如下：
仪器的一般检视
I角和交叉误差的检验
水准尺的检验
十字丝的检校
圆水准器的水准轴应平行于仪器的竖轴
四等水准路线途经各等级控制点，一般不新埋设四等水准点；四等水准网型应与平面等级控制网型基本一致。
三角高程或GPS高程路线应起讫于四等水准高程点上。
3）四等水准外业观测的技术要求和限差如下：
视线长m
前后视距差（m）
前后视距累积差（m）
基辅分划读数差（mm）
基辅分划所测高差之差（mm）
视线高（m）
≤80
≤5.0
≤10.0
3.0
5.0
3丝能读数
水准等级
附合路线
长度Km
环节
长度km
每公里高程全中误差mm
高程闭合差
mm
最弱点高程
中误差mm
四等
15
10
±10
±20√L
±20
4）四等水准采用国产DS3200型水准仪配合木质水准标尺按后、后、前、前的顺序进行观测。
测段间测站数应为偶数，以减少水准尺零点差对高差观测值的影响。
八、平差计算
GPS网平差计算
采用易测软件进行平差，以三维基线向量及相应方差——协方差阵作为观测信息，以我们所测的WGS—84系统三维坐标作为起算数据，进行无约束平差。
利用无约束平差后的可靠观测量，在水渡河独立坐标系统、长沙城市独立坐标系统进行二维无约束平差，平差结果输出相应的水渡河独立坐标系，长沙城市独立坐标系中的二维坐标、基线向量改正数、基线边长、方位角及转换参数和相应的精度信息。
线测量精度及所组成的异步环的坐标差分量闭合差及环闭合差应符合下式规定：
四等首级控制网的基线精度，用一下公式算：
式中
（mm）;
固定误差（mm）;
比例误差差系数（mm/km）;
d-平均边长（km）.
首级卫星定位测量控制网观测精度的评定，应满足下列要求：
1控制网的测量中误差，如下公式算；
M=
式中M-控制网的测量中误差（mm）；
N-控制网中异步环的个数；
n-异步环的边数；
W-异步环环线全长闭合差（mm）
2控制网的测量中误差，应满足相应等级控制网精度的基线精度要求，并符合规定：
M≤
.
完成基线解算后，应以一个点的WGS-84系三维坐标作为起算数据，进行GPS网的无约束平差。
基线向量的改正数（vΔx，vΔy，vΔz）绝对值应不大于3δ。
同步环闭合差的限差计算
W
≤
W
≤
W
≤
W=√（W2x+W2y+W2z）
W≤
式中n-同步环中基线边的个数；
式中Wx、Wy、Wz—各坐标分量的闭合差；δ相应等级规定精度（按平均边长计算）。
3异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差，应满足下式要求：
W
≤2
W
≤2
W
≤2
W=√（W2x+W2y+W2z）
W≤2
式中n-同步环中基线边的个数；
w-同步环环线全长闭合差（mm）.
4复测基线的长度较差，应满足下式：
△d=2
当观测数据不能满足检核要求时，应对成果进行全面分析，并舍弃不合格基线，但应保证舍弃基线后。
GPS测量同步环、导步环相对闭合差技术指标
类别
同步环
等级
四等
坐标分量相对闭合差
6.0×10-6
环线全长相对闭合差
10.0×10-6
当GPS网内部符合精度满足要求后，方可进行约束网平差计算。
GPS网起算点（含联测点）不应少于3个，且还应有一定数量的已知控制点作为重合点。
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（dvΔx，dvΔy，dvΔz）应不大于2δ。
约束平差分步进行，先进行平面坐标平差，再进行高程平差。
平差后，应输出每条基线的向量误差及各待定点的坐标误差。
GPS网拟合平差后主要技术指标：
类别
最弱边相对中误差
相邻控制点的
相对点位中误差
IV等
1/45000
±0.025m
注：
当边长小于200米时，边长误差应小于20mm。
5.重合点成果比较
ΔS=±√（X原-XG）2+（Y原-YG）2≤±5cm
6.GPS点成果外业检测：
应按随机抽样方法进行外业检查，可采用测边或测角的方法进行，外检工作量不少于GPS点观测的基线量个数的30%。
GPS网的外检精度应符合下表要求：
等级
边长较差值限差
Mm
角度较差值
限差
〃
高差较差值限差
m
备注
四等
2×18
2×2.5
0.07SKm
边长观测值应进行仪器常数、气象倾斜改正,并进行投影面改正。
高差观测值应进行球气差改正。
导线平差
先进行验算，边长、高程改化和高斯平面投影计算，用平差易进行严密平差，平差后点位中误差不差过5cm,其他指标满足布设方案的所有技术要求。
导线（网）采用平差易进行平差计算。
平差后成果输出要求有点号、起算数据、观测数据、平差成果和各项精度评定指标。
平差后应进行方位角闭合差、测角中误差、导线的相对精度、最弱点点位中误差及导线网总长，各环节线路长，平均边长等数据的统计工作。
全站仪导线应符合下表的精度要求：
等级
导线长度（km）
平均边长（km）
测角中误差（"）
测距中误差（mm）
测距相对中误差
测回数
方位角闭合差（"）
导线全长相对闭合差
1"级仪器
2"级仪器
6"级仪器
二级
2.4
0.25
8
15
1/14000
—
1
3
16√n
≤1/10000
导线网水平角观测的测角中误差：
测距边的精度评定按照1,2公式进行计算，当网中的边长相差较大时，可按照3式计算网中的平均测距中误差：
测距边长度的规划投影计算应符合以下规定：
归算到测区平均高程面上的测距边长度：
归算到参考椭球面上的测距边长度：
测距边在高斯投影面上的长度
3）四等水准
平差前对观测手薄进行全面检查，绘制平差计算略图，摘录观测数据和起算数据，标明线路观测方向，对高差观测值应进行尺长改正，对两起算点间高程闭合差和环形闭合差应进行计算。
只有当概算各项技术指标全部达到规范要求后方可进行平差计算。
当每条水准路线分测段施测时，应计算每千米水准测量的高差偶然中误差，其绝对值不应超过相应等级每千米高差中误差的1/2。
水准测量结束后，应计算每千米水准测量高差全中误差，其绝对值不应超过相应等级的规定
采用平差易对水准网进行严密平差计算。
计算成果输出要求带有点号，起算数据、观测数据、平差成果和各项精度评定指标。
平差后要进行高程闭合差，每公里高差全中误差，最弱点高程中误差及水准网总长，各环节线路长的统计工作。
4）高程平差
当外业验算合格后，进行平差计算，采用平差易软件进行高程网严密平差，输出平差后的高程、高差、最弱点高程中误差等成果，最后将GPS所测得的高程与水准测量的高程进行拟合，得出最终结果。
九．经费预算
a）打印、复印180元
b）车费400元
总共约580元（不包括其他方面）
十一：
提交资料
（1）四等、一级GPS观测记录及平差计算手簿
（2）一级导线观测记录手簿，平差计算手簿
（3）四等水准观测记录及平差计算手簿
（4）测区技术设计书
（5）测区技术总结
（6）测区检查记录资料与检查报告
（7）各等级控制点点之记、各等级控制点成果表
（8）仪器检验表格
附表
附表1
四等GPS点之记
点名
等级
标志类型
点号
土质
所在图幅
通视情况
概略位置
XY
所在地
点位说明
点位略图
利用旧点情况
标石断面图
相关距离：
①②③④
选点情况
埋石情况
选点单位
埋石单位
选点员
日期
埋石员
日期
保管人
保管人单位及住址
备注
附表2
一级导线点之记
点名（点号）
等级
标石类型
地类
土质
所在图幅
点所在地
点位说明
选点埋石情况
点位略图：
选埋单位
选点员
日期
埋石员
日期
相关距离
①②③
备注
附表3
四等GPS控制测量记录表
点号
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