整理燕郊GPS技术设计作业.docx
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整理燕郊GPS技术设计作业
一、概述………………………………………………………2
二、作业区自然地理概况与已有资料情况…………………2
三、引用文件…………………………………………………4
四、成果主要技术指标和规格………………………………4
五、GPS网型网型方案设计…………………………………6
六、方案的实施………………………………………………9
七、数据处理方案……………………………………………12
八、提交的成果资料…………………………………………13
燕郊开发区测区控制网技术设计说明书
一．概述
1.任务来源：
河北省三河市燕郊开发区管委会
2.任务目的：
为配合开发区的城市总体规划，需要在燕郊经济技术开发区测绘大比例尺地形图。
需要在燕郊约20km的测区范围内建立D级GPS网。
3.任务量：
根据开发区提供1：
43500地形图1份及已有控制点成果一套，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。
4.作业范围：
河北省三河市燕郊开发区约20km2的测区范围。
5.作业内容：
为配合开发区的城市总体规划，首先需要在燕郊约20km2的测区范围内建立三等三角网、测边网或导线网，高程采用三等水准测量测量方式。
6.行政隶属：
中华人民共和国河北省三河市。
燕郊辖区包括行宫、小张各庄、王各庄、枣林、北蔡各庄、樊村、赵辛庄、南巷口等，测区面积共20平方公里。
7.完成期限：
2012年04月10日~2012年04月25日，为期15天。
二．作业区自然地理概况与已有资料情况
1）作业区自然地理概况
地形概况：
河北省三河市域地处北纬39°48’37’’至40°05’04’’、东经116°45’05’’至117°15’10’’之间，东西36公里，南北28.5公里，总面积643平方公里。
地处入京之要冲，津京唐三角之腹地。
燕郊经济技术开发区隶属于河北省三河市，距天安门直线距离30公里。
与北京通州一河（潮白河）之隔。
开发区管辖居委会驻地行宫村东，位于三河西23.2公里处，西濒潮白河，燕郊西北距首都国际机场25公里，南距天津港180公里，东距秦皇岛港260公里，拥有得天独厚的地理优势。
三河地处燕山山前平原地区，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蒋福山地区。
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米的蒋福山盆地，此外在市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。
居民地分布和特征：
1.高新技术产业区，位于开发区南部（食品城,位于工业区东南部。
以生产保健品、绿色食品、方便食品、酿酒、油脂及调味品等生活用品为主；医药城：
位于工业区西部，以医药产品开发机制造为主；机电城：
位于工业区正北部；轻化城，位于工业区南部。
）2.休闲度假区，位于开发区西部，潮白河东畔。
3.综合服务器，位于开发区中部。
4.金融商贸区，位于开发区腹地。
道路，桥梁分布和特征：
102国道自西向东横穿境内，燕郊公路自南向北纵贯边缘外，区内公路宽阔平坦、四环相绕、纵横交织、内外相通。
道路主要有迎宾路、行宫西大街、行宫东大街、燕兴路、燕顺路、林场路、高尔夫路、燕昌路、燕高路、百合大街、科技大街、工业大街、学院街、海油大街、规划路等。
桥梁，除穿越京秦铁路建有公交立交桥外，在燕郊西102国道建立交桥，长16米，宽26米，燕郊东102国道间有架长立交桥，长560米，宽23.5米。
植被分布和特征：
土地资源，土壤属于石灰性，多为壤质土，次为砂质土和黏土，土层较厚。
水资源，三河河流加降水以及地下水，雨量充沛年份自给有余，雨量适中年份可以自给，干旱之年亦能抵御。
山峰、水系分布和特征：
主要山峰有蒋福山、栲栳山、灵山和孤山。
蒋福山为群山，四面山环绕，中间是一块开阔的盆地；栳栲山位于蒋福山正西；灵山在栳栲山西南。
河流主要有鲍丘河、潮白河，市域流程分别为41.3公里、20.2公里。
地形类别：
境域处燕山余脉前地带，东北部为山地丘陵，面积73.3平方公里；其余大部分为平原，地势自西北向东南倾斜，面积569.27平方公里。
海拔高度：
三河市地势高，北高南低，地貌类型较多三河县东北隅有小面积低山丘陵，为燕山南侧余脉，面积76平方公里，一般山高海拔200—300米，大岭后山海拔高度521米，为全市最高山峰；其次是龙门山，海拔459米；在山地丘陵西部和南部，沿燕山南麓平原，面积773平方公里，地势由南向北倾斜，高程在海拔10至30米之间，平均海拔18米左右；
气候状况：
三河市届暖温带半干旱、半湿润季风气候，一年四季分明。
春季温暖干旱，夏季潮湿多雨，秋季气候凉爽，冬季严寒少雪。
年平均气问11.1℃，最低气温出现在1月，为-28.2℃；最高气温出现在7月，为40.2℃，年无霜期187天，最大冻土厚76㎝，最大积雪深度22㎝，年日照时数为2661.4小时，日照百分率为60%，年平均降雪量561.9㎜（（33年平均），年平均蒸发量1958.6㎜，年平均风速2.7m/s，冬季主导风向东北风，夏季为西南风。
工程地质与水文地质的基本情况：
浅层水含水层开采深度100米左右，深水层含水层开采深度260—300米，水质纯净无污染。
年开采量1427万方（约3.9万方/日）。
地处燕山南麓，潮白河冲积扇中下部，地势平坦，地基承受载力10-12T/㎡，地震烈度为9度，无不良工程地质因素。
测区经济发达状况：
燕郊是京津唐经济发展的腹地。
凭借着天然的地理优势和当地人民的不断努力，已经成为了经济发展最快的地区之一。
测区范围：
测区地理坐标为东径161°51′，北纬39°53′—39°57′。
测区位置及面积X:
718.0km—724.0km； Y:
20483995.600—62.5km。
施测范围呈不规则形状，范围面积约22.0平方公里。
2）已有资料情况
测区有1996年12月1：
43500燕郊开发区总体规划图1幅，该资料采用1954北京坐标系，采用克拉索夫斯基参数。
该测区的中央子午线经度117°。
图中包括地形、地物点。
由于该图测绘时间久，同时图中无控制点、导线点，因此该图仅供参考使用。
点名
X坐标
Y坐标
高程H
备注
GPS1
4421650.600
20483995.600
26.254
一等三角点
GPS2
4422665.054
20485530.457
25.354
四等三角点
GPS3
4424282.087
20484072.213
27.269
四等三角点
GPS4
4423271.536
20484072.213
27.362
四等三角点
GPS5
4423596.223
20482518.181
25.214
四等三角点
GPS6
4424528.396
20482681.173
28.584
四等三角点
GPS7
4423584.213
20485421.582
26.214
四等三角点
GPS8
4423045.500
20481620.261
28.762
四等三角点
三．引用文件
1.CH2001-92《全球定位系统（GPS）测量规范》
2.CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》
3.CH1002-95《测绘产品检查验收规定》
4.CH1003-95《测绘产品质量评定标准》
5.CJJ8-85《城市测量规范》
四．成果主要技术指标和规格
根据中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》和燕郊经济技术开发区的具体情况，确定该测区可建立D级GPS网，GPS网中相邻点之间的距离满足下表4-1要求：
表4-1GPS网中相邻点间距离单位：
km
级别
项目
A
B
C
D
E
相邻点最小距
100
15
5
2
1
相邻点最大距
1000
250
40
15
10
相邻点平均距
300
70
15-10
10–5
5-2
根据规程规范，D级GPS网的精度要求如下表4-2：
表4-2GPS测量精度
项目
技术要求
平均边长（km）
5～10
固定误差a（mm）
≤10
比例误差b（mm）
≤10
最弱边相对中误差
1/45000
在实际布网设计时遵循以下几个原则：
a）GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。
b）GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。
c）GPS网点应尽量与原有地面控制点相结合。
重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。
d）GPS网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。
e）为了便于GPS的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。
f）为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。
g）GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附和线路。
各级GPS网中每个闭合环或附和线路中的边数应符合的规定如下表4-3：
表4-3最简独立闭合环或附和线路边数的规定
级别
A
B
C
D
E
闭合环或附和线路的边数
≤5
≤6
≤6
≤8
≤10
五．GPS网型网型方案设计
（一）选点埋石
一、选点：
选点时应该在以下方面进行考虑：
由于GPS测量观测站之间不一定要求相互通视,而且网的图形结构也比较灵活,所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。
但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义,所以选点工作还应遵守以下原则:
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。
标志埋设：
应提交以下资料：
GPS点应埋设具有中心标志的标石，以精确确定点位，点的标石和标志必须稳定、坚固长久保存和利用。
本测区采用右图所示的埋石方式。
每个点位标石埋设结束后，应按下表填写点的记录,并提交以下资料：
点之记、GPS网的选点网图、土地占用批准文件与测量标志委托保管书、技术总结。
GPS点之记
日期：
年 月 日 记录者：
绘图者：
校对者：
点
名
及
种
类
GPS点
名
土质
号
相邻点（名,号，通视否）
3.划分评价单元
表示说明（单、双层、类型）旧点
表四：
项目排污情况及环境措施简述。
所在地
2）预防或者减轻不良环境影响的对策和措施。
主要包括预防或者减轻不良环境影响的政策、管理或者技术等措施。
旧点名
填报内容包括四个表：
交通路线
（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、物流等概况。
4.选择评价方法所在图幅号
（2）辨识和分析评价对象可能存在的各种危险、有害因素，分析危险、有害因素发生作用的途径及其变化规律。
一、环境影响评价的基础该略位置
影响支付意愿的因素有：
收入、替代品价格、年龄、教育、个人独特偏好以及对该环境物品的了解程度等。
X
Y
L
B
（略图）
备注
（二）GPS控制网设计方案：
方案一：
方案二：
（三）GPS控制网设计方案分析：
针对这次设计的任务，我设计的控制网方案图如上图所示。
GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、混连式等几种基本方式。
本次设计的两种方案都主要采用边连接式，每次用至少三台接收机，组成GPS网，即能保证网的几何强度，提高网的可靠指标。
方案一的GPS网，布设点YJ01、YJ02、YJ03、YJ04、YJ06、YJ07、YJ08，采用边点混合连接式。
各个点间联系密切，用以控制整个测区，由于需要进一步进行测量，所以考虑到点与点之间的通视问题，有八条边通视，但测站偏多，尽管精度较高，但需要的经济费用较高。
方案二的GPS网，是对第一种方案的改进，布设点YJ01、YJ02、YJ03、YJ04、YJ06、YJ07，依然采用边点混合连接式。
虽然减少了一个测站点，但精度依然能满足测设要求，点间分布均匀，大多点通视良好。
下面是以上述控制网设计要求为依据对两次设计进行的评价分析。
1）从技术方面考虑
两个方案均采用GPS测量，要求符合测量规范，方案一比方案二多一个测站点，增加了测图的难度。
2）从精度方面考虑
方案一将图上所有GPS坐标联系在一起，精度高。
相比之下，方案二测量精度不如方案一，但仍然满足测图需要。
3）从经济方面考虑
两个方案所布设的GPS点：
第二个方案比第一个方案少了一个测站点，所以在造标埋石方面的费用第一个方案不适用。
综上考虑，方案二明显优于方案一，选择方案二作为我的最终设计。
六、方案的实施
1.仪器类型选择
根据观测级别的不同选用不同类型的仪器，仪器的选择要符合下表要求：
级 别
A
B
C
D,E
单频/双频
双频/全波长
双频
双频/单频
双频/单频
观测量至少有
L1L2载波相位
L1L2载波相位
L1载波相位
L1载波相位
同步观测接收机
≧4
≧3
≧3
≧2
本测区的GPS网的级别为D级，并且采用边连式，所以可以选用单频L1载波相位的接收机至少三台。
2.作业原则与要求
GPS外业工作一方面，要有较多的多余观测，以提高观测成果的精度和可靠性，另一方面，还要考虑各待测点的点位精度的均匀性和各观测时段的独立性。
因此，GPS外业工作的原则是：
①GPS网中各待测点的设站次数应相同；
②优先测量点间距离较近的点，同时沿最短距离欠站；
③应该联测相距较远的高等级已知点；
④GPS网中各待测点每次重复设站都使用不同的接受机。
确定观测时段时，需要分析最新的星历预报并与实地结合的原理选定，选择合适的PDOP值以保证观测精度，确保工作顺利进行，减少作业返工量。
各级GPS外业测量均有技术要求，按照规程规范，其基本技术要求按下表中相应规定执行：
项目
级别
B
C
D
E
卫星截止高度角/（°）
10
15
15
15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥3
≥2
≥1.6
≥1.6
时段长度
≥24h
≥4h
≥60min
≥40min
采样间隔/s
30
10-30
5-15
5-15
注1：
计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数。
注2：
观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段。
注3：
观测时段数≥1.6，指采用网观测模式时，每站至少观测一个时段，其中二次设站数不应少于GPS网点数的60%。
注4：
采用基于卫星定位连续运行基准点观测模式时，可连续观测，但观测时间应不低于表中规定的各时段观测时间的和。
3.GPS观测及数据记录
天线安置工作：
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。
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，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：
Ⅰ 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。
Ⅱ 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。
Ⅲ 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。
Ⅳ 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。
Ⅴ 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。
Ⅵ 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内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进行供电。
Ⅶ 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。
Ⅷ 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。
Ⅸ 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。
Ⅹ 观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，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。
观测记录
记录形式主要有以下两种：
①观测记录
其主要内容有：
●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。
以上内容均由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《规范》和《规程》中略有差别，视具体工作内容选择进行。
观测所需填写的记录手簿表格如下：
GPS作业调度表
时段
编号
观测
时间
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
机号
机号
机号
1
2
GPS测量外业观测通知单
观测日期 年 月 日
组别：
操作员：
接收机号：
点位所在图幅：
测站编号/名：
观测时段：
1：
2：
3：
4：
5：
6：
安排人：
年 月 日
七、数据处理方案
GPS测量数据处理需要经过如下图所示的基本步骤：
数据采集→数据传输→预处理→基线解算→GPS网平差
1.数据预处理
为了获得GPS观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行GPS数据的预处理，根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。
GPS网数据处理分基线向量解算和网平差两个阶段。
各阶段数据处理软件均采用随机所带软件。
处理的主要内容有：
GPS卫星轨道方程的标准化、时钟多项式的拟合和标准化。
2.基线解算及GPS网平差
Ⅰ 基线解算
基线数据解算采用随机软件包GPPS（Ver5.2）或Solution（Ver2.1）软件求解，基线解算采用消电离层的双差浮点解或加点离层改正的双差整数解（固定解），其主要技术参数如下：
卫星截止高度角≥150
电离层模型为：
Standard模型
对流层模型为Hopfiled或Computed模型。
星历为广播星历或精密星历
采用L1频率或L1L2两个频率
Ⅱ GPS网平差
GPS网的平差计算应用Solution2.6软件在WGS-84空间直角坐标系下进行三维无约束平差，以检查本次GPS网的内符合精度。
同时为将WGS-84坐标系下的GPS基线观测值投影到高斯平面上，并转换到1980西安坐标系或1954北京坐标系中（或地方独立坐标系），采用GPSADJ（Ver2.0）软件包或Solution（ver2.1）软件包进行二维约束平差。
八、提交的成果资料
GPS测量任务完成后，上交如下资料：
⒈ 测量任务书与专业设计书；
⒉ 点之记、环视图和测量标志委托保管书；
⒊ 外业观测记录（包括原始记录的存储介质及其备份）、测量手簿及其它记录（包括偏心观测）；
⒋ 接收设备、气象及其它仪器的检验资料；
⒌ 外业观测数据质量分析及野外检核计算资料；
⒍ 数据加工处理中生成的文件（含磁盘文件）、资料和成果表；
⒎ GPS网展点图；
⒏ 技术总结和成果检查报告。
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