紫山控制测量实习.docx

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紫山控制测量实习

1.前言

1.1实习目的

（1）巩固课堂教学知识，加深对控制测量学的基本理论的理解，能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。

（2）通过实习，熟悉并掌握二等精密水准测量的方法与仪器的使用。

（3）熟悉并掌握三、四等控制测量的作业程序及施测方法。

（4）通过实习，熟悉GPS作业计划、GPS控制网布设、观测、数据处理的作业程序及方法；对野外业观测成果进行整理、检查和计算，掌握运用“GPS数据后处理软件”处理GPS测量成果的基本技能。

（5）熟练测量仪器的操作、培养测量数据的处理能力、提高软件的使用水平。

（6）体会测绘工作，尤其是控制测量的艰辛，锻炼我们敢吃苦、能吃苦、不怕累的能力。

1.2任务要求

（1）紫山采用静态相对定位方法建立测区GPS平面控制网，等级为E级。

（2）紫山平面控制测量采用三角测量法，精度达到四等。

（3）在紫山进行四等水准测量，每一组测量一条边。

（4）用全站仪进行三角高程测量，并比较水准测量和三角高程测量的精度。

（5）在学校周围进行二等精密水准测量。

（6）将GPS，三角高程与四等水准的结果进行比较。

测区位于邯郸市西北部的邯郸县境内的紫山风景区，在紫山东部约3公里各山头之间以及河北工程大学主校区周围组成的闭合圈，时间从2012年3月4日至2012年4月7日。

1.3实习的组织与安排

本次实习总共55人，分成11组，每个小组由4-5人组成，每组设组长一名，负责本小组的实习组织、人员安排、纪律考勤，主要是协助组长完成各环节的组织工作，保管仪器。

我们是2班第2组

组长：

李平

成员：

李骥吴桐尚正勇朱晓丹

1.4实习时间和地点

实习时间：

2011年2月21日—3月20日

实习地点：

河北省邯郸市紫山风景区南部3公里左右

2.测区概况

2.1地理交通

测区在邯郸紫山附近，位于邯郸市西北武安县境内，距市区30里左右。

测区位于东经114°17′～114°21′、北纬36°41′～36°44′。

测区地形属于丘陵，位于环太平洋火山地震带。

县境内京广铁路纵贯南北，邯济、邯长铁路横穿东西，京深高速公路、107、309、邯大、邯武、邯临、邯峰等国家、省级公路与县乡公路纵横交错，四通八达，形成便利的交通网。

从邯郸市区乘坐60路公交车可直接到达测区。

测区内人口稀少，多为汉族，村庄依傍紫山东西两侧。

该区历史文化悠久，为有名的风景区。

测区位于紫山主峰东偏南八公里左右，各控制点大约相距一到二公里左右。

测区位于陈窑村和工程村之间，区内地势高低起伏，没有树木遮挡，人烟稀少。

当地气候变化不大，雾天比较多，少雨，多风。

当地地质为壤土，地类为裸岩石硕地。

2.2气候

测区属暖温带大陆性季风气候，四季分明。

春季风多干旱，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥，年平均气温13.5℃，最冷月份（一月）平均气温-2.3℃，极端最低气温-19℃，最热月份（七月）平均气温26.9℃，极端最高气温42.5℃，全年无霜期200天，年日照2557小时。

邯郸6/7月份干热，最高气温一般都在35℃，8月份潮湿闷热，气温也可达35℃左右，九月秋高气爽。

冬季干冷，春季多风沙天气，属于典型的大陆型季风气候。

2.3测区测绘情况

测区地处小山区，农村占一定比例，且大部分地区为山脉，通行不便，不利于通视，对于整体选点，布点造成很大困难。

测区范围内有钢铁厂，电厂，煤场等污染企业，对观测造成不利影响。

从整个工作角度来看，测区进行测绘工作的难度较大。

3.平面控制网布设及施测

3.1踏勘选点、埋石

3.1.1选点

主要考虑了以下：

（1）相邻点之间应通视良好，

（2）易于架设仪器，

（3）控制点应便于保存、扩展和寻找，做好点之记。

所选点的编号依次为B1、B2、B3、B4,图形结构为四边形（见附表）

3.1.2控制点标石规格及埋设结构图

标石是三角点永久性的点位标志，标石中心应嵌入中心标志，中心标志代表三角点的中心位置。

本次实习标石采用四等三角点标石，标石材料可采用磁质或金属等材料制作。

标石埋设如下图所示。

四等三角点埋设双层标石，埋设双层标石时，两层标石中心严格在同一铅垂线中。

本次实习中，由于经费等其他原因，控制点均采用铁钉埋设。

3.1.3紫山点之记（见附表）

3.2三角测量

3.2.1仪器

仪器：

BTS-6082C数字型全站仪-博飞

角度测量精度：

2″

距离测量精度：

±（3mm+2ppm）

3.2.2精度要求

《工程测量规范》GB50026-2007中对四等三角形网测量的要求：

等级

仪器型号

平均边长

测角中误差

测边相对中误差

测回数

四等

2km

2.5″

<1:

1000000

半测回

2c值

一测回

同一测回

三角形最

归零差

2C互差

各测回互差

大闭合差

8″

30″

13″

9″

3.2.3观测方法及步骤

1.全圆方向观测法

2.观测步骤

①在测站上安置全站仪，对中、整平。

②在其他各站上安置花杆或测钎，保证其直立。

③打开全站仪电源，上下转动望远镜、水平旋转仪器进行初始化，设置为角度测量状态。

④盘左望远镜十字丝照准a方向，水平方向设置为0°0′00″，读记水平角。

⑤盘左依次照准b…N号方向，同法测记。

⑥盘右望远镜十字丝照准N号方向，读记水平角。

⑦盘右依次照准N-1…1号方向，同法测记。

⑧上面④～⑦为第一个测回的观测，照准第1方向，设置水平度盘，同法测完全部6测回。

⑨检查记录，关闭仪器。

本站结束。

（2）注意事项

①应选择远近适中，易于瞄准的清晰目标作为起始方向。

②记录者要认真记录。

3.2.4观测结果统计表

各测回平均方向值

测站

照准

各测回平均方向值（º′″）

角度

000000

711652

1435039.2

733347.2

000000

500901

000000

401747

985150.2

58343.2

000000

66825.5

三角网及各角度

三角形

测量内角和

闭合差（″）

三角形最大闭合差（″）

△B1B2B3

179°59′57.2″

-3.8

△B1B3B4

179°59′59.5″

-1.5

3.2.5遇到的问题

三角测量采用全圆观测法，操作较简单，但因为点位均设在山顶，当地又有一些污染企业，所以观测受环境影响较大，遇到有雾天气无法观测。

由于各点之间距离较远，瞄杆比较困难，对读数也造成较大困难。

在B4点观测B1、B3点时，三角形闭合差超限，重新观测后符合条件。

4.四等水准测量

4.1水准仪进行水准测量

4.1.1仪器

仪器：

DS1水准仪铟瓦尺尺垫

4.1.2精度要求

《工程测量规范》GB50026-2007中四等水准网测量的要求：

等级

型号

视线长度（m）

前后视较差（m）

前后视累积差（m）

视线高地面最低高度（m）

基本分划、辅助分划较差（mm）

基本分划、辅助分划所测高差较差（mm）

四等

DS2

100

0.2

3.0

5.0

4.1.3测量方法

1）整平仪器使望远镜绕竖轴旋转时，水准气泡两端分离不大于1毫米；

2）将望远镜对准后视标尺黑面，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读记下丝、上丝和中丝的标尺读数。

计算后视视距，计算上下丝中数与中丝之差，并判断是否超限；

3）将望远镜照准前视标尺正面基本分划，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，先读记中丝标尺读数，再读记下丝、上丝标尺读数。

计算前视视距、前后视距差、视距差累计值，判断是否超限。

计算上下丝中数与中丝之差，并判断是否超限；

4）照准前视标尺辅助分划，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读中丝标尺读数。

计算前基辅读数之差（基+K-辅），并判断是否超限；

5）照准后视标尺正面辅助分划，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读中丝标尺读数。

计算后视基辅面读数之差（基+K-辅），并判断是否超限；

6）计算基辅面所测高差及高差之差，判断是否超限；

7）检核：

后视“基+K-辅”-前视“基+K-辅”=基辅面所测高差之差；

8）计算本站高差（基辅面所测高差中数）。

本站观测结束，指挥后尺和观测员搬站。

4.1.4施测路线

地点：

紫山

测量B1B2B3B4四个点组成的闭合环，每组测量一条边，我组测B1-B4测段。

4.1.5各组综合结果

距离（km）

高差（m）

备注

B1-B2

0.6233007

B2-B3

0.9242352

B3-B4

1.0872911

B4-B1

0.9794645

-895,411

∑

3.6142915

限差

4.1.6结果分析

因为是一组测量一条边，观测人员，观测仪器均不同，这可能是数据超限的主要原因。

4.2三角高程测量

4.2.1仪器

仪器：

BTS-6082C数字型全站仪-博飞

角度测量精度：

2″

距离测量精度：

±（3mm+2ppm）

4.2.2精度要求

《工程测量规范》中三角高程的要求

等级

边长（km）

环形闭合差（mm）

仪器精度

竖盘指标差较差（″）

测回较差（″）

仪器精度等级

四等

=<1

20√∑D

2″级

=<7

10mm

4.2.3施测路线

地点：

紫山

测量A,B,C,D四个点组成的闭合环，每班测量一个闭合环

4.2.4测量方法

1）一般三角高程测量方法

1）在测站点上安置全站仪，对中、整平。

2）量取仪器高、目标高。

3）测量竖直角δ

4）测量平距D或斜距L

5）两点间的高差进行往返观测，两次高差互差不大于0.1D（D以km为单位）。

2）我组使用方法

与三四等水准测量方法类似，将仪器置于施测路线（B1B2段）中点位置，A点与D点同时架设棱镜，采用后后前前后法观测两个测回。

4.2.5遇到的问题及解决方法

1.测量AD边，中点较难找，D点有房屋影响视线。

2.用此方法测三角高程不能动仪器。

起初每测一测回便重新调仪器，各测回测得高差相差二十个毫米，后仪器不动，测得高差基本相同。

3.此方法检核条件较少，不容易超限,但若是出错了会找不到源头在哪。

4.2.6结果统计

三角高程（m）

距离（km）

B1-B2

8.21365

0.6233007

B2-B3

-16.32605

0.9242352

B3-B4

-0.8625

1.0872911

B4-B1

8.9521

0.9794645

∑

-0.0228

3.6142915

限差

0.1

4.3四等水准与三角高程结果比较

四等水准（m）

三角高程（m）

距离（km）

B1-B2

8.21365

0.6233007

B2-B3

-16.32605

0.9242352

B3-B4

-0.8625

1.0872911

B4-B1

-895,411

8.9521

0.9794645

∑

-0.0228

3.6142915

限差

0.1

5.GPS控制网的布设及施测

5.1控制网执行的技术标准

1、全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314—2001），中华人民共和国国家标准；

2、《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-1991）,中华人民共和国国家标准；

3、技术设计书。

5.2仪器与精度

仪器：

两台华测X90,两台X91

精度：

静态水平精度±（5mm+1ppm*D）

垂直精度±（10mm+1ppm*D）

5.3布网方案

5.3.1布网要求

GPS网相邻点间基线中误差

按下式计算：

式中

（mm）为固定误差；

（ppm）为比例误差系数；

（km）为相邻点间的距离。

GPS-E级网的主要技术要求应符合表5-1规定。

相邻点最小距离应为平均距离的1/2～1/3；最大距离应为平均距离的2～3倍。

表5-1　GPS网的主要技术要求

级　别

平均距离（km）

（mm）

（1×10-6）

最弱边相对中误差

E级

0.2～5

≤10

≤20

1/45000

注：

当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。

5.3.2布网原则与网形设计

（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。

GPS网的点与点间不要求每点通视，但考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有1～2个通视方向。

（2）在布网设计中应顾及原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，对凡符合GPS-E级网布点要求的旧有控制点，应充分利用其标石。

（3）GPS网应由若干个独立观测环构成，也可采用附合线路构成。

E级GPS网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合表5-2的规定。

非同步观测的GPS基线向量边，应按所设计的网图选定，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。

表5-2闭合环或附合线路边数的规定

级　别

E　　级　　

闭合环或附合线路边数（条）

≤10

（4）为求定GPS点在54北京坐标系中的坐标，应与当地54北京坐标系中的原有控制点联测，联测总点数不得少于3个。

（5）为了求得GPS网点正常高，应进行水准测量的高程联测，高程联测采用等级水准测量方法进行，联测的GPS-E级控制点且应均匀分布于网中

用等级水准测量方法进行，联测的GPS-E级控制点且应均匀分布于网中。

5.4作业要求

5.4.1基本技术要求

为保证GPS测量精度，采用载波相位静态相对定位作业模式，E级GPS测量作业的基本技术要求应符合表5-3的规定。

表5-3　E级GPS测量作业的基本技术要求

级　别

卫星截止高度角（°）

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值

E级

≥15

≥4

≥1.6

≥40

＜10

注：

1、观测时段长度应视点位周围障碍物情况、基线长短而作调整，

2、可不观测气象要素，但应记录雨、晴、阴、云等天气状况。

5.4.2GPS卫星预报和观测调度计划

（1）保证GPS作业观测工作顺利进行，保障观测成果达到预定的精度，提高作业工效，在进行GPS外业观测之前，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、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何强度因子等内容。

（2）编制预报表所用概略位置应采用测区中心位置的经、纬度。

（3）作业组在观测前应根据参加作业的GPS接收机台数、网形及卫星预报表编制作业调度表，其内容应包括观测时间、测站号、测站名称以及接收机号等项内容。

5.5观测准备

（1）每天出发工作前应检查电池容量是否充足，仪器及其附件是否携带齐全。

（2）作业前应检查接收机内存是否充足。

（3）天线安置应符合下列要求：

①作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线；

②天线可用脚架直接安置在测量标志中心的铅垂线方向上，对中误差应小于3mm。

天线应整平，天线基座上的圆水准所泡应居中；

③天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。

5.6观测作业要求

（1）观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，以保证同步观测同一卫星组。

当情况有变化需修改调度计划时，应经作业队负责人同意，观测组不得擅自更改计划。

（2）接收机电源电缆和天线应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。

（3）各观测时段的前后各量取天线高一次，两次量高之差不大于3mm。

取平均值作为最后天线高，记录在手簿。

若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入手簿备注栏中。

（4）接收机开始记录数据后，作业人员可使用专用功能键选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果及存贮介质记录情况等。

（5）仪器工作正常后，作业员及时（每隔15min）逐项填写测量手簿中各项内容。

（6）一个时段观测过程中不得进行以下操作：

关闭接收机以重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星截止高度角；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。

（7）观测员在作业期间不得擅自离开测站，并防止仪器受震动和被移动，防止人和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。

（8）接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机和手机等通讯设备；雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。

（9）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，应及时将数据下载到计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。

5.7外业观测记录

5.7.1录项目应包括下列内容：

①测站名、测站号；

②观测月、日/年积日、天气状况、时段号；

③观测时间应包括开始与结束记录时间，宜采用协调世界时UTC，填写至时、分；

④接收机设备应包括接收机类型及号码，天线号码；

⑤近似位置应包括测站的近似经、纬度和近似高程，经、纬度应取至1′，高程应取至0.1m；

⑥天线高应包括测前、测后量得的高度及其平均值，均取至0.001m；

⑦观测状况应包括电池电压、接收卫星号及其信噪比（SNR）、故障情况等。

5.7.2记录应符合下列要求：

①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、美观，不得涂改、转抄；

②外业观测记录各时段结束后，应及时将每天外业观测记录结果录入计算机硬、软盘；

③接收机内存数据文件在下载到存贮介质上时，不得进行任何剔除与删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。

5.8数据处理方案

5.8.1基线解算及其质量检验

（1）基线解算以双差固定解作为最终结果，双差固定解的可靠性由以下两项指标来判别，即固定解的单位权中误差（Rms）和整周模糊度检验倍率（Ratio），其检验值见表4。

根据表4判别时，Rms必须首先符合要求，而Ratio值越大表示固定值越可靠。

表5-4　静态GPS基线固定解可靠性判别表

基线长度（km）

≤5

5～10

＞10

Rms（m）

≤0.010

≤0.012

≤0.015

Ratio

≥2.5

≥2.1

≥2.0

（2）同步多边形闭合差检验

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相对闭合差不宜超过表5的规定。

对于采用不同数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差要求检核。

同步时段中的多边形同步环，可不重复检核。

表5-5同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定（1×10-6）

等　级

限差类型

E　级　　

坐标分量相对闭合差

6.0

环线全长相对闭合差

10.0

（3）重复基线边检验

重复基线的长度较差不宜超过下式的规定：

式中：

为E级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）

（4）独立环闭合差检验

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差应符合下式的规定：

式中:

为闭合环边数；

为E级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）

5.9补测与重测

（1）无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格的独立基线相连接，则在该点上应补测或重测不得少于一条独立基线。

（2）可以舍弃在重复基线较差、同步环闭合差、独立环闭合差中超限的基线，但应保证舍弃基线后的独立环所含基线数不超过表2的规定，否则应重测该基线或者有关的同步图形。

（3）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技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。

5.10GPS网平差

5.10.1起算数据与坐标系统

首先要了解测区中央子午线经度，起算数据的带号，采用的坐标系等。

本次实习的起算数据为3度带的WGS-84坐标，则中央子午线经度为114°，故采用WGS-84坐标系，取中央子午线经度L0＝114°的3°带高斯投影。

即有：

参考椭球的长半径a=6378137.0000，扁率α=1/298.25722356；中央子午线经度L0＝114°00′00″。

高程系统采用1985国家高程基准。

5.10.2三维无约束平差

当GPS基线各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS－84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的三维无约束平差。

以提供各GPS控制点在WGS－84坐标系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息，并生成GPS高程拟合的数据文件。

在三维无约束平差中，基线向量的改正数（Vδx、Vδy、Vδz）绝对值应满足下式要求：

Vδx≤3

Vδy≤3

Vδz≤3

式中：

为E级GPS控制网规定的基线的精度。

当超限时，可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。

经检验，成果报告中各项指标均符合相应等级规范要求。

5.10.3二维约束平差

在无约束平差确定的有效观测量基础上，以起算数据中提供的已知点作为强制约束的固定值，进行二维约束平差。

平差结果就输出各GPS控制点在前述的坐标系统中的二维平面坐标，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，转换参数及其精度信息。

5.11水准联测

为满足GPS控制网高程拟合的需要，GPS-E级控制点应联测一定比例的四等水准。

联测水准的GPS点均匀分布在测区，水准路线连接成水准网。

因时间紧迫，取消本次实习的水准联测

5.12提交成果

（见附表）

6.二等精密水准

6.1仪器技术指标

仪器：

苏州一光DSZ2自动安平水准仪测微器两个铟瓦尺尺垫

仪器应按规范在作业前后或作业过程中作相应的检校。

6.2水准网的布设

6.2.1水准网的技术设计

水准网布设前，必须进行技术设计，获得水准网和水准路线的最佳布设方案。

技术设计的要求、内容和审批程序按照ZDA75001《测绘技术设计规定》执行。

本次实习水准环路包括：

东至滏阳南大街，北至学院北路，西至明怡路，南至南环路。

控制点名分别为1、2、3、4

6.3水准测量的精度

每公里水准测量的偶然中误差

和每公里水准测量的全中误差

一般不得超过表6-1

规定的数值。

表6-1

测量等级

二等

1.0mm

2.0mm

和

的计算方法见后面式

（1）和式

（2）规

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