校园实训基地GPS控制网布设与实施徐同越.docx
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校园实训基地GPS控制网布设与实施徐同越
目录
1测区概况-2-
2设计技术资料及参数-2-
2.1GPS控制网的技术设计的依据-2-
2.2GPS控制网的精度、密度设计-2-
GPS测量的精度标准-2-
2.3起算控制点成果-3-
2.4GPS定位的密度设计-3-
3GPS控制网的布设-3-
校园GPS控制网-4-
5GPS测量数据后处理-10-
5.1数据处理的要求-10-
5.2GPS数据处理-11-
5.2.1从接收机下载数据-11-
5.2.2从磁盘添加数据-12-
5.2.3数据编辑-12-
5.2.4设置起算控制点-12-
5.2.5数据后处理-13-
5.3GPS网平差-13-
5.3.1最小约束平差(自由网平差)-13-
5.3.2约束平差-14-
5.4坐标转换-15-
5.4.1计算坐标转换参数-16-
6.GPS成果报告输出-16-
6.1GPS成果报告-17-
8致谢-42-
1测区概况
测区地处昆明市五华区,覆盖整个昆明冶金高等专科学校校区,位于东经103°20′至103°40′,北纬25°23′至25°29′,昆明市学府路横跨整个测区在市内可乘坐1、70、83、98、104、115、146、168路公共汽车直达。
测区平均海拔1891米。
东接小菜园立交桥,西到羊仙坡北路与学府路交叉口,南临昆河铁路,北面靠山,测区属于低纬度高原山地季风气候,由于受印度洋西南暖湿气流的影响,日照长、霜期短、年平均气温15℃。
昆明日温差较大,在冬、春两季,日温差可达12~20℃,另外,昆明的雨季大多集中在5~10月。
2设计技术资料及参数
2.1GPS控制网的技术设计的依据
2001年国家质量技术监督局发布的国家标准《全球定位系统(GPS)测量规范》,以下简称国标(GB)《规范》。
1992年国家测绘局发布的测绘行业标准《全球定位系统(GPS)测量规范》,以下简称国标(GB)《规范》。
1998年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》以下简称《规程》。
各部委根据本部门GPS工作的实际情况指定的其他GPS测量规程或细则。
2.2GPS控制网的精度、密度设计
GPS测量的精度标准
表2-2-1GB《规范》规定的GPS测量控制网精度
级别
平均距离(km)
固定误差a(mm)
比例误差b(ppm)
E
0.2—5
≤10
≤2
E级网主要用于中,小城市,城镇及测图、地籍、土地、信息、房产、物探、勘测、建筑施工等控制测量。
表2-2-2《规程》规定的GPS测量控制网精度
等级
平均距离(km)
固定误差a(mm)
比例误差b(ppm)
最弱边相对中误差
二级
<1
≤15
≤2
1/10000
注:
当边长小于200m时,边长中误差应小于20mm。
2.3起算控制点成果
点名
等级
X坐标(m)
Y坐标(m)
H高程(m)
备注
GPS556
四
2574628.773
885553.778
1899.368
校场路口对面
GPS669
四
2574665.669
885803.878
1896.839
凤翥酒店西路口
(说明:
坐标系为1987昆明城建坐标系,高程系统为1985年国家高程系统)
2.4GPS定位的密度设计
各种不同的任务要求和服务对象,对GPS网的分布有不同的要求。
国家《规范》和《规程》对GPS网中两相邻点间距离视其需要做出了规定:
二级GPS相邻点间距离应符合表2-1和表2-2中所列数据的需求,相邻点间最小距离可为平均距离1/3—1/2最大距离可为平均距离的2—3倍。
在特殊清楚下,个别点的间距也可结合任务和服务对象,对GPS点分布要求做出具体规定。
3GPS控制网的布设
在GPS技术设计中应设计出一个比较实用的图形使其既可以满足一定的精度和可靠性要求,又有较高的经济指标,因此,GPS网形设计布设应遵循一定的原则:
GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。
GPS网点与点不需要通视,但应考虑常规测量方法加密时的应用,每点应又一个以上的通视方向。
在布网设计中应考虑到原有测绘成果以及各种大比例地形图的沿用宜采用原有坐标系统,对凡符合GPS网布点要求的旧控制点应充分利用其标石。
GPS网应由一个或若干个独立观测环构成也可采用附合线路形式构成。
表3-1《规范》规定的闭合环或附合线路边数
级别
E
闭合环或附合线路边数
≤10
表3-2《规程》规定的闭合环或附合线路边数
等级
二级
闭合环或附合线路边数
≤10
为求得GPS点在地面坐标系的坐标应在地面坐标系中选定起算数据合联测原有地方控制点若干个。
为了求得GPS网点的正常高应进行水准测量的高程联测。
为了满足学校规范和建设遵循以上GPS网设计原则在校内实训基地设计并布设如下图所示的GPS控制网,该GPS控制网采用边连式使其有较多的重复基线和独立环有较好的几何强度,观测时段数将大大增加。
校园GPS控制网
表3-3GPS网各点基本情况
点名
点的位置
周围障碍物情况
备注
GPS556
校场路口
东南、西南方有围墙及行道树
已知控制点
GPS669
学府路风翥酒店非机动车道边
北边有高大建筑物点周围有行道树
已知控制点
GPS8
学校篮球场东边
东边有铁栅栏
I-17
学校实验楼西南角三岔路口
有树木及实验楼遮挡
GPS3
学校足球场西边球门旁边
有遮挡较空旷
GPS2
学校二号教学楼楼顶
有遮挡较空旷
各点位环视图情况:
4GPS外业观测计划与实施
布设以上图所示的GPS网结合我校所有的仪器设备计划采用3台索佳接收机(1,2,3号)同步观测,使用其配套的阿斯泰克数据处理软件进行数据后处理,并做了计划观测当天的星历预报如下图所示。
卫星颗数及PDOP值
卫星空间分布图
编制GPS接收机作业调度表如表4-1所示。
表4-1各时段GPS接收机作业调度表
时段
编号
观测
时间
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
机号
1
9:
37—10:
28
GPS556
GPS669
GPS3
2548
2902
2506
2
10:
35—11:
33
GPS556
GPS669
GPSI-17
2548
2902
2506
3
11:
54—12:
43
GPS8
GPS669
GPSI-17
2548
2902
2506
4
13:
37—14:
25
GPS8
GPS3
GPSI-17
2548
2902
2506
5
14:
25—15:
30
GPS2
GPS3
GPSI-17
2548
2902
2506
表4-2二级GPS网测量作业的基本技术要求
等
级
观
测
方
法
项目
二级
卫星高度角(″)
静态
15
有效观测卫星数
静态
4
平均重复观测站数
静态
1.6
时段长度(min)
静态
45
数据采样间隔(s)
静态
10~60
GPS控制测量测站作业,应满足的要求
观测前,应对接收机进行预热和静置,同时应检查电池的容量、接收机的内存和可存储空间是否充足。
天线安置的对中误差,不应大于2mm;天线高的量取应精确至1mm。
观测中,应避免在接收机近旁使用无线电通信工具。
作业同时,应做好测站记录,包括控制点点名、接收机序列号、仪器高、开关机时间等相关信息。
5GPS测量数据后处理
5.1数据处理的要求
基线解算应满足的要求
起算点的单点定位观测时间,不宜少于30min。
解算模式可采用单基线解算模式,也可采用多基线解算模式。
解算结果,应采用双差固定解。
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,所构成异步环的独立基线的观测总数,不应少于必要观测基线的1.5倍,否则,应重测该基线或有关的同步图形。
外业观测数据检验合格后,应对GPS网的观测精度进行评定。
GPS测量控制网的无约束平差,应符合下列规定:
应在WG-84坐标系中进行三维无约束平差。
并根据各观测点在WG-84坐标系中的三维坐标、各基线向量三个坐标差观测值的改正数、基线长度、基线方位及有关的精度信息等。
无约束平差的基线向量改正数的绝对值,应不超过相应等级基线长度中误差的3倍。
GPS测量控制网的约束平差,应符合下列规定:
应在国家坐标系或地方坐标系中进行二维或三维的约束平差。
对于已知坐标、距离或方位,可以强制约束,也可以加权约束。
约束点间的边长相对中误差,应满足表2-2-2的规定。
平差结果,应输出观测点在相应坐标系中的二维或三维坐标、基线向量的改正数、基线长度、基线方位角等,以及相关的精度信息。
需要时,还应输出坐标转换参数及精度信息。
控制网约束平差的最弱边边长相对中误差,应满足表2-2-2的规定。
5.2GPS数据处理
5.2.1从接收机下载数据
打开LocusProcessor从“Project”菜单下选“AddGPSRawData”——“FromReceiver”
图5-1数据下载主屏
在“SelectPort”卡页上选PC机与红外头的连接串口(Com1/Com2)检查接收机是否开机,红外头是否对准单击【OK】钮下载联通。
返回数据下载主屏。
在左边版上任意单击一下(激活)选择(点亮)欲下载到计算机的文件。
具体可采用鼠标与【Shift】或【Ctrl】键的组合操作来分段或全选。
将点亮的文件拖到(或拷到)右面版,同时伴有进程条显示。
5.2.2从磁盘添加数据
在Locus主屏下从“Project”菜单下选“AddGPSRawData”——“FromDisk”弹出“AddFile”对话框
相应类型的文件显示出来,点亮欲选文件单击【OK】键,将所选文件装入项目。
5.2.3数据编辑
用户提供的设站参数有站点标识符、天线高等,在数据处理前输入。
图5-2设站特性对话框
5.2.4设置起算控制点
在处理GPS网采集的GPS原始数据时,须提供一个或多个固定点坐标,通常去一个已知坐标点作为起算控制点。
如果未选,Locus也会自行设置一个。
5.2.5数据后处理
在“Run”菜单下选中“Process-All”(处理项目中的全部原始数据立即开始处理,直至结束,同时伴有进程条显示。
5.3GPS网平差
5.3.1最小约束平差(自由网平差)
在所有基线中选取能通过所有点的基线组成闭合环,进行环闭合差检验组成最佳的路线。
但值得注意的是,并不是环闭合差检验通过了整体网就能通过,要保证平差后结果都通过要寻找到一条最佳的路线这条最佳路线是要通过不断组环、检测、平差比较得到的。
X2检验
如果X2检验失败,应在检查一下报文信息框内的单位权方差是否小于1,若是,则应调整一下在“Projectsetting”对话框中“Miscellaneous”卡页上的“ProcessedvectorerrorScallingfactor”(向量误差尺度因子)如下图所示
图5-3
ζ检验
当向量的Chi-square检验通过,接着进行ζ检测。
ζ检测是一种对向量残差是否超限的检验,其检验结果显示在工作薄的“Adjustmentanalysis”卡页上,对检测失败的向量标以“Fail”
值得注意的是,如果ζ检验失败的向量,它的残差并不大,卡页不必过多计较而予认可。
在粗差检测中,尤其是较大的网,重复基线检测,环闭合差检测都是最有效的方法,这些检测手段常用于判定基线向量是否有问题,从而决定其取舍。
经检测,如果残差检测通过,此网即为一无粗差的平差网了。
QA检验
下一步遇到点之间相对精度是否满足预期精度指标的检验(QA检验)问题,在平差后点位精度估算时,最低的相对精度是测量所获得的精度如果基线向量的QA检验失败,应进一步研究。
一旦最小约束平差完成,表明该网无粗差存在,下一步设定固定控制点,继续完成约束平差工作以便获得最终的点位坐标和网精度评价。
5.3.2约束平差
进入工作簿的“Controlsites”(控制点卡页设定约束点的状况为:
Hor(只用作平面约束)/Ver(只用作高程约束)/Hor&Ver(同时作平高约束)
在按【F7】键,或单击平差工具钮重新进行平差。
在工作簿的“Networkrel.Accuracy”卡页,其中列有各站点之间的相对精度值,如下图所示
再查看“Mapview”视窗中“NetworkPrecision”网精度图,其中误差椭圆是相对精度的图形表示,能直接地看出是否存在问题。
若果检测通过便圆满完成平差任务。
图5-4
5.4坐标转换
将54北京坐标系下的坐标转换成地方坐标系下的坐标,在“Projectsetting”对话框中点击“CoordinateSystem”按下图显示设置
图5-5
5.4.1计算坐标转换参数
计算出转换参数
6.GPS成果报告输出
坐标转换完成后按【F9】键
将“ProjectReport”对话框左边的文件全部添加到右边方框中按【OK】键可得到报告。
6.1GPS成果报告
附表1
调整后的矢量
(AdjustedVectors
gps
阶段
VectorStage:
AdjustedDate:
05/25/09
横向坐标系统项目文件
HorizontalCoordinateSystem:
lyfProjectfile:
gps.spr
高程系统
HeightSystem:
Ortho.Ht.(EGM96
线性测量单位米
LinearUnitsofMeasure:
Meters
______________________________________________________________________________________
VectorRadialVectorTau
矢量标识长度组件
VectorIdentifierLengthResid.ComponentsResid.Test
1G669-I-175/182:
371178.3770.004X1133.366-0.001
Y141.0690.003
Z290.0890.002
2GPS3-I-175/185:
38274.4920.015X-216.2100.009
Y-105.344-0.011
Z132.294-0.003Fail
3GPS3-I-175/186:
45274.4920.026X-216.210-0.011
Y-105.3440.022
Z132.2940.009Fail
4G669-G5565/182:
37252.8490.008X240.2680.003
Y72.148-0.005
Z-31.596-0.006
5I-17-G5565/182:
37951.7640.002X-893.098-0.000
Y-68.9220.001
Z-321.6850.001
6GPS8-I-175/183:
56152.6040.005X32.278-0.003
Y-52.4190.002
Z139.637-0.004
7GPS8-GPS35/185:
39254.1680.001X248.4880.001
Y52.926-0.000
Z7.3430.000
8GPS3-GPS25/186:
43163.9020.002X36.812-0.001
Y-17.8710.002
Z158.7110.000
9GPS2-I-175/186:
45269.0160.010X-253.022-0.004
Y-87.4740.009
Z-26.4170.002
调整综述
AdjustmentSummary
gps
Projectfile:
gps.sprDate:
05/25/09
______________________________________________________________________________________
调整型完全约束
AdjustmentType:
FullyConstrained
差异的单位重量
VarianceofUnitWeight:
1.6
调整比例因子
Adjustmentscalefactor:
1.80
矢量图否则头试验
VectorsFailingTauTest:
5
位置否则相对精度的QA测试
SitePairsFailingRelativeAccuracyQATest:
6
矢量共计
VectorTotal:
9
位置共计
SiteTotal:
6
横向约束的位置
HorizontallyConstrainedSites:
2
纵向约束的位置
VerticallyConstrainedSites:
2
横向坐标系统
HorizontalCoordinateSystem:
lyf
高程坐标系统
HeightSystem:
Ortho.Ht.(EGM96
理想的水平精度
DesiredHorizontalAccuracy:
0.010m+1ppm
理想的垂直精度
DesiredVerticalAccuracy:
0.020m+1ppm
置信水平
ConfidenceLevel:
95%Err.
网络相对精度
(NetworkRelativeAccuracy
理想的水平精度
DesiredHorizontalAccuracy:
0.010m+1ppmDate:
05/25/09
理想的垂直精度
DesiredVerticalAccuracy:
0.020m+1ppmProjectfile:
gps.spr
置信水平
ConfidenceLevel:
95%Err.
线性测量单位
LinearUnitsofMeasure:
Meters
______________________________________________________________________________________
点位相对允许水平垂直
SiteRelativeAllow.HorizontalVerticalSite距离
PairErrorErrorRelativeAccRelativeAccDistancePairQA
1G669Lat0.0200.0101:
601211:
858871178.377Fail
I-17Lng0.0080.010
Elv0.0140.020
2GPS3Lat0.0140.0101:
200071:
28009274.492Fail
I-17Lng0.0060.010
Elv0.0100.020
3G669Lat0.0000.0101:
01:
0252.849
G556Lng0.0000.010
Elv0.0000.020
4I-17Lat0.0200.0101:
485591:
69370951.764Fail
G556Lng0.0080.010
Elv0.0140.020
5GPS8Lat0.0160.0101:
97321:
15572152.604Fail
I-17Lng0.0060.010
Elv0.0100.020
6GPS8Lat0.0080.0101:
324191:
32419254.168
GPS3Lng0.0040.010
Elv0.0080.020
7GPS3Lat0.0180.0101:
92911:
20905163.902Fail
GPS2Lng0.0040.010
Elv0.0080.020
8GPS2Lat0.0220.0101:
124771:
22875269.016Fail
I-17Lng0.0060.010
Elv0.0120.020
控制点位置
(ControlSitePositions
横向坐标系统
HorizontalCoordinateSystem:
lyfDate:
05/25/09
高程坐标系统
HeightSystem:
Ortho.Ht.(EGM96Projectfile:
gps.spr
理想的水平精度
DesiredHorizontalAccuracy:
0.010m+1ppm
理想的垂直精度
DesiredVerticalAccuracy:
0.020m+1ppm
置信水平
ConfidenceLevel:
95%Err.
线性测量单位
LinearUnitsofMeasure:
Meters
______________________________________________________________________________________
Site95%ControlFix
IDSiteNamePositionErrorTypeStatus
1G669East.885803.878Hor/VerFixed
Nrth.2574665.669Fixed
Elev.1903.1910.000Fixed
2G556East.885553.778Hor/VerFixed
Nrth.2574628.773Fixed
Elev.1905.7200.000Fixed
控制点分析
(ControlTieAnalysis)
CoordinateSystem:
lyfDate:
05/25/09
HeightSystem:
Ortho.Ht.(EGM96Projectfile:
gps.spr
DesiredHorizontalAccuracy:
0.010m+1ppm
DesiredVert
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- 校园 基地 GPS 控制 网布 实施
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