城市D级GPS网布设技术设计书.docx
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城市D级GPS网布设技术设计书
城市D级GPS网布设技术设计书
1.项目概要
1）任务由来
省三河市燕郊开发区管委会,计划在燕郊管辖区围开发建设,需要测绘1：
1000地形图,根据建设规划要求,首先需要在燕郊约20km2的测区围建立GPS导线网的测量方式。
开发区提供1：
43500的地形图1份,已有控制点成果一套,请你从满足测图工作需要〔密度、精度、经费等多方面角度出发,完成一份相应等级控制网的技术设计图和技术设计书,有关资料参阅指导书及相关图纸。
2）设计容
燕郊开发区GPS导线网布设按照城市D级GPS导线网要求,即全开发区GPS控制网。
项目要求就GPS控制网的点位布设、数据采集、数据处理和经费预算等有关容做出技术设计。
3）设计依据
（1）《全球定位系统〔GPS>测量规》,GB/T18314-2001,国家质量技术监督局〔以下简称GPS规,2001-3
（2）《测绘生产成本费用定额》,财政部、国家测绘局,2002-11
4）测区原有GPS控制点概况
点名
X坐标
Y坐标
高程H
备注
点将台
有色院
核工部
交干院
华科院
京哈大桥
中央子午线经度XXX°,1954坐标系,采用克拉索夫斯基椭球。
平面控制网的坐标系统,应满足测区投影长度变形值不大于2.5cm/km,的要求,同时还要尽可能满足：
1采用统一的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统；
2采用高斯正形投影3°带或任意带平面直角坐标系统,投影面可采用1985年国家高程基准、测区抵偿高程面或测区平均高成面；
3小测区可采用简易方法定向,建立独立坐标系统；
4在已有平面控制网的地区,可沿用原有的坐标系统。
2.测区概况
1测区地理及行政信息概要
燕郊镇隶属于省三河市,距天安门直线距离30公里。
燕郊西北距首都国际机场25公里,南距天津港180公里,东距港260公里,拥有得天独厚的地理优势。
燕郊历史悠久,底蕴深厚,自古为京东重地,因春秋战国时地处燕国都城〔今城郊而得名。
唐宋以来,借助潮白河码头和京榆古道而兴起,商贾云集,文化兴盛。
清康熙年间,又在燕郊修建行宫,供帝后出巡拜谒祖先休息之所,素有"天子脚下,御驾行宫"之美称。
1992年8月,燕郊被正式批准为省省级经济技术开发区。
1999年12月被省政府批准为省级高新技术产业园区。
2001年成为全省首家软件产业基地和软件产品出口基地,同年批准设立海外留学人员燕郊创业园。
燕郊开发区幅员面积180平方公里,规划面积80平方公里,,规划人口60－80万。
在交通上规划建有6条与衔接的通道,包括：
京哈高速路、迎宾路、燕顺路、京哈公路复线、神威北路、南外环路。
同时地铁八通线在通州八里桥处留有接口,未来将会延伸八通线的城铁,穿过燕郊,预计08年开始修建。
燕郊以三条主干为界,分区明显。
一是西部沿潮白河左岸的旅游度假区；二是东、北部沿迎宾路、燕昌路两侧的高新技术和现代制造业产业区；三是中部102国道和行宫大街周围以行政办公、教育卫生、金融商贸等功能为主的综合服务区；四是在北部高楼镇辖区沿迎宾路两侧规划建立仓储物流区；五是在南部规划建设燕郊生态新城,重点发展现代服务业和高新技术产业。
燕郊整体规划为四大区域：
1、高科技产业区〔包括信息产业园区、生物医药园区、绿色食品园区、新型材料园区2、旅游休闲度假区3、科研文化服务区4、金融商贸区
燕郊地区总的地势北高南低,自北向南倾斜,按地形地貌特点,可分为低山丘陵,平原和洼地。
其中平原面积最大,主要由潮白河、蓟运河冲洪积扇构成,平均海拨高程5.9—31.9米〔黄海标高,地面自然纵坡1/1500左右,低山丘陵主要分布在东北部的福山地区。
该区域周缘为海拨335.2—458.5米的龙门山和青龙山,中间为海拨200—212米的福山盆地,此外在镇区西北部还有一海拨90.4米的孤山挺立于倾斜平原上,洼地主要分布在本市东南部的引泃入潮与鲍邱河、潮白河两岸、地势低平,多积水洼地。
燕郊地区属典型暖温带大陆性气候,年平均气温11.1℃,历史极端气温分别为40.2℃和-25.8℃,总降雨量为905.1mm,年蒸发量1681.9mm。
历史平均降水量为617.4mm。
相对温度平均为58%,全年日照时数平均为2870小时,历年平均无霜期183天,最大冻土深度77cm,最大降雪厚度26cm。
辖区一年季分明,风调雨顺,气候温和宜人,风沙量小,自然破坏力极低。
2）已有资料概况：
燕郊开发区提供1：
43500燕郊开发区规划图1幅〔见设计图和部分已知点坐标。
已有的平面控制点成果如下：
点名
X坐标
Y坐标
高程H
备注
点将台
有色院
核工部
交干院
华科院
京哈大桥
已有资料利用方案：
已有资料可作为导线网布设的已知控制点,此次作业任务,规划图中提供了2001年前开发区中所布设的所有精确GPS控制点,为测量工作带来了极大的方便。
已有资料质量检核方案：
上述开发区相关单位提供的已知控制点坐标及规划图中的已知GPS点坐标为测量任务带来了极大的方便。
但对于已有资料的检核仍然必不可少。
在进行开发区四等导线网布设前,应对已有控制点及布设过程中需要的GPS点进行重新测定,可通过单点位GPS测量的相关方案及原则,检核各已知点,利用规划图中的其它已知点,将此次进行导线网布设的已知点作为未知点,进行精确的坐标测定。
若所测结果与所提供的结果相差不大,可以作为此次导线网布设的已知点进行相关作业任务,若相差过大,则不能作为此次作业任务的已知点。
需要再次进行已知导线点的选择。
综述：
测量工作是一项严肃认真的工作,在进行相关的城市导线网测量过程中,先行调查工作为必不可少的作业环节。
对测区的人文地理气候等方面的调查可进一步了解测区的实地情况,为测量工作打下良好的基础。
对已有资料的准确应用可以在一定的程度上减少作业任务的难度及加快作业进度和提高工作效率。
3.工程概况
燕郊开发区城市D级GPS导线网的布设是为了精确测定地面点的空间位置,作为各种测量工作的控制基础,对开发区的城市规划、房地产开发、工程施工等方面有重要的作用。
此次工程作业的主要容即是利用已有的地形图,在此基础上布设D级GPS导线网,和采用常规控制测量方法布设控制网,两者观念区别很大。
主要表现在GPS导线网大大淡化了"分级布网、逐级控制"的不舍原则。
在GPS卫星定位网中,控制点位置是彼此独立的。
因此,传统控制网中各元素〔起算元素、观测元素、推算元素之间依赖关系和推算公式不再适用,有关误差的传播和积累关系发生了变化,最弱边、最弱点的概念已不重要。
GPS卫星定位网对点的位置和图形结构没有苛刻要求。
本次任务的作业时期为2010*月*日——2010年*月*日。
4.技术依据
坐标系统：
采用1980国家坐标系,采用统一的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统,以经度为XXX°中央子午线投影；平面控制网的坐标系统,应满足测区投影长度变形值不大于2.5cm/km。
小测区可采用简易方法定向,建立独立坐标系统,在已有平面控制网的地区,可沿用原有的坐标系统。
高程系统：
测区的高程系统,宜采用1985年国家高程基准。
在已有高程控制网的地区进行测量时,可沿用原高程系统,当小测区联测有困难时,亦可采用假定高程系统。
高程控制测量,可根据实际情况采用水准测量和电磁波测距三角高程测量的方法进行。
以1／20等高距为基本要求,m=±0.025D为观测误差；三角高程网中任意点相对于邻近的直接水准点的高程中误差不应超过1／20测图基本等高距；测区各等级水准网中相对于起算点的最弱点高程中误差不大于2cm。
成图比例尺及精度：
比例尺采用为1：
1000,即在原有地形图基础上绘制大比例尺地形图。
最小基本等高距平坦为0.5m,山地为2.0m。
地物点对最近野外控制点的平面点位中误差不大于1.2m,困难地区〔如林区、隐蔽或山区中误差可放宽到0.5倍。
等高线高程中误差应小于0.5m,特别困难地区应小于0.75m；高程注记点高程中误差应小于0.4m,丘陵地高程注记点高程中误差应小于0.5m。
重力基准：
重力基准是指绝对重力值已知的重力点,作为相对重力测量〔两点间重力差的重力测量的起始点。
中国于1956～1957年建立了全国围的第一个国家重力基准,称为1957年国家重力基本网,该网由21个基本点和82个一等点组成。
1985年,中国重新建立了国家重力基准。
它由6个基准重力点,46个基本重力点和5个因点组成,称为1985年国家重力基本网。
因此采用国家重力基准。
投影基准：
采用统一的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统；2采用高斯正形投影3°带或任意带平面直角坐标系统,投影面可采用1985年国家高程基准、测区抵偿高程面或测区平均高成面。
引用文件及作业依据：
《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图图式》GB/T7929—2007
《工程测量规》GB50026-2007
《测绘技术设计规定》GH/T1004—2005
《全球定位系统测量规》GB/T18314-2001
应用文件《三河市志》、《控制测量学》课程设计指导书
《测量学》同济大学2008年六月版
《控制测量学额》大学2008年六月版
综述：
在作业任务中,做到在以上基准上进行测量工作,可使测量工作规化与正规化,以此才能达到相应的技术等级要求。
在测量工作完成后,应做到进行相应的概算。
5.施测方案
1）仪器设备
A.GPS接收机
（1）用于GPS控制网观测的GPS接收机必须是符合GPS测量规要求的双频机,其标称精度优于5mm±1×10-6.
（2）为了便于观测、提高精度和可靠性,采用3台Trimble5700GPS接收机参加作业。
（3）GPS天线的相位重新稳定。
参加作业的GPS接收机,均采用CHOKERING天线。
（4）天线及基座上的圆气泡及长气泡、光学对中器、天线高量尺、在作业前也应该进行检校。
B.气象仪器
GPS观测所采用的干湿通风温度计、空盒气压计应有近三年的检校资料。
2）布网方案
本次作业任务为布设城市D级GPS控制网,根据作业人员对测区地形图容的分析及实地勘测,具体的布设方案如下：
采用三台Trimble5700GPS接收机参加作业,采用同步观测环,即三台接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。
在对GPS图形设计的作业中,根据测区地形图的情况,笔者采用边连式,即同步图形之间由一条公共边连接。
这种布网方案,网的几何强度较高,有角度的复测边和非同步图形闭合条件。
具体方案为3台接收机分别在5个观测时段先后做同步观测,同步网之间由一条基线边连接。
该网中有4个同步环检核、一个异步环检核、4个重复基线检核。
在开发区选择了三个已知GPS控制点,分别为1、2、4三点,其余4个点为选择的未知控制点。
根据D级GPS控制网的要求,相邻点最小距离为2km,相邻点最大距离为15km,其相关简图如下所示：
此图为按1:
43500比例尺所绘制而成的GPS控制点略图。
其中各点之间长度如下：
L<1-2>=0.2072*43500=9.0123kmL<2-3>=4.5066km
L<3-4>=3.7932kmL<1-7>=3.5801kmL<2-7>=6.438km
L<2-5>=7.6821kmL<7-5=4.9416kmL<3-5>=6.2118km
L<2-8>=7.2732kmL<3-8>=5.8464km
此方案将开发区围大体涵盖,由于GPS布网,点与点之间的选取相对于平面控制测量有较强的灵活性,所以点与点之间不必过分强调通视性问题。
但由于GPS控制点的选取仍有一定的限制条件,如在两旁有高楼的街道上、隐蔽地区、电信号与电磁信号较强的地方〔如此地图中的电厂附近,由于这种原因,所选的点离电厂较远等不宜选择GPS点。
笔者在布网时,也充分的考虑了这些因素。
6.作业要求
1）选点
选点工作应遵守以下原则：
①点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上。
②点位目标要显著,视场周围15°以上不应有障碍物,以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收。
③点位应远离大功率无线电发射源<如电视台、微波站等>,其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,其距离不得小于50m。
以避免电磁场对GPS信号的干扰。
④点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体,以减弱多路径效应的影响。
⑤点位应选在交通方便,有利于其他观测手段扩展与联测的地方。
⑥地面基础稳定,易于点的保存。
⑦选点人员应按技术设计进行踏勘,在实地按要求选定点位。
当利用旧点时,应对旧点的稳定性、完好性,以及觇标是否安全、可靠性进行检查,符合要求方可利用。
⑧网形应有利于同步观测边、点联接。
⑨当所选点位需要进行水准联测时,选点人员应实地踏勘水准路线,提出有关建议。
2．天线安置
①在正常点位,天线应架设在三脚架上,并安置在标志中心的上方直接对中,天线基座上的圆水准气泡必须整平。
②在特殊点位,当天线需要安置在三角点现标的观测台或回光台上时,应先将现标顶部拆除,以防止对GPS信号的遮挡。
③天线的定向标志线应指向正北,并顾及当地磁偏角的影响,以减弱相位中心偏差的影响。
④刮风天气安置天线时,应将天线进行三方向固定,以防倒地碰坏。
⑤架设天线不宜过低,一般应距地面1m以上。
⑥测量气象参数：
在高精度GPS测量中,要求测定气象元素。
⑦复查点名井记入测量手簿中,将天线电缆与仪器进行连接,经检查无误后,方能通电启动仪器。
3．开机观测
观测作业的主要目的是捕获GPS卫星信号,并对其进行跟踪、处理和量测,以获得所需要的定位信息和观测数据。
天线安置完成后,在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机,接通接收机与电源、天线、控制器的连接电缆,并经过预热和静置,即可启动接收机进行观测。
接收机锁定卫星并开始记录数据后,观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输入和查询操作,在末掌握有关操作系统之前,不要随意按键和输入,一般在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。
通常来说,在外业观测工作中,仪器操作人员应注意以下事项：
①当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后,方可接通电源,启动接收机。
②开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后,方能输入有关测站和时段控制信息。
③接收机在开始记录数据后,应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。
④一个时段观测过程中,不允许进行以下操作：
关闭又重新启动；进行自测试<发现故障除外>；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。
⑤每一观测时段中,气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次,当时段较长时可适当增加观测次数。
⑧在观测过程中要特别注意供电情况,除在出测前认真检查电池容量是否充足外,作业中观测人员不要远离接收机,听到仪器的低电压报警要及时予以处理,否则可能会造成仪器部数据的破坏或丢失。
对观测时段较长的观测工作,建议尽量采用太阳能电池板或汽车电瓶⑦仪器高一定要按规定始、末各量测一次,并及时输入仪器及记入测量手簿之中。
⑧接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天线要防止雷击,雷雨过境时应关机停测,并卸下天线。
⑨观测站的全部预定作业项目,经检查均已按规定完成,且记录与资料完整无误后方可迁站。
⑩观测过程中要随时查看仪器存或硬盘容量,每日观测结束后,应及时将数据转存至计算机硬、软盘上,确保观测数据不丢失。
4．观测记录
记录形式主要有以下两种：
①观测记录
其主要容有：
●载波相位观测值及相应的观测历元；
●同一历元的测码伪距观测值；
●载波相位观测值及相应的观测历元；
●同一历元的测码伪距观测值；
●GPS卫星星历及卫星钟差参数；
●实时绝对定位结果；
●测站控制信息及接收机工作状态信息。
以上容均由GPS接收机自行进行。
②测量手簿
测量手簿是在接收机启动前及观测过程中,由观测者随时填写的。
其记录格式在现行《规》和《规程》中略有差别,视具体工作容选择进行。
为便于使用,这里列出《规程》中城市与工程GPS网观测记录格式。
7.观测质量控制
1观测时段检核
（1）计算同一观测时段各同步边的平差值中误差和相对误差,计算结果应符合规定。
（2）计算同步闭合差,且符合下式要求
Wx=∑1-n△Xi≤
σ
Wy=∑1-n△yi/≤
σ
Wz=∑1-n△zi/≤
σ
W=1/2≤
σ
式中n----同步闭合环的边数；
σ——相应级别的GPS网规定中误差
2）重复观测边的检核
如果对同一边进行了多个时段观测,该边即为重复观测边。
重复观测的多个观测结果之间差值应小于接收机标称精度的2
倍,N为基线的重复时段数。
3）异步闭合差的检核
由独立观测边构成的异步环,其闭合差大小应符合:
Wx≤3
σ
Wy≤3
σ
Wz≤3
σ
式中符号意义同前
异步闭合差反映了多种误差影响,能够较全面的反映观测质量,是评价观测成果优劣的重要指标。
8.数据处理
1数据处理纲要
〔1以1、2点为全网起算点。
〔2基线结算采用IGS的精密星历,采用GAMIT/GLOBK软件进行数据处理。
〔3在计算时应顾及天线相对重心变化的事实,采用IGS提供的改正数表进行改正。
接收机天线相位中心偏差采用GAMIT软件的设定值。
〔4GPS控制网平差采用PowerADJ科研版。
2基线结算质量检核
〔1同一时段观测值的数据剔除率≤10/1000
〔2由完全的独立基线构成的独立环,各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下列要求：
Wx≤2
σ
Wy≤2
σ
Wz≤2
σ
3）预期精度
（1）当基线长度＜3mm时,优于3mm.
（2）当基线长度≥3km时,优于1/100万。
（3）数据处理后,应写出技术总结,要求按GPS规。
9.上交资料
上交资料包括：
（1）数据采集的安排、组织、调度计划。
（2）外业原始记录〔GPS手簿、气象参数手簿。
（3）参加外业的GPS接收机及气象仪器的检测报告。
（4）各GPS控制点,GPS基准点的基本信息〔各控制点、基准点的点名及编号、代码等、
（5）观测值的数量、数据剔除率等统计信息。
（6）联测的国家控制点资料。
（7）结算的同步基线向量〔三维、边长及精度。
（8）GPS控制网各GPS基准网的平差结果〔包括：
各基线改正；基线相对中误差；各点的三维空间直角坐标及精度；各点在WGS-84坐标系的坐标及精度。
（9）观测及数据处理技术总结。
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