华北科技学院燕郊开发区GPS控制测量技术设计书Word文档下载推荐.docx
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测区有国家三角点数个,其数据如下表:
本数据采用中央子午线经度117°
,1954年大地北京坐标系,采用克拉索夫斯基椭球。
二、GPS控制网设计方案
1.技术要求与布网原则
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E级GPS网,GPS网中相邻点之间的距离满足下表要求:
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。
级 别
平均距离(km)
(mm)
(1×
10-6)
最弱边相对中误差
E级
~5
≤10
≤20
1/45000
注:
当边长小于200m时,边长中误差应小于20mm。
根据规程规范,E级GPS网的精度要求如下表:
项目
技术要求
平均边长(km)
5~10
固定误差a(mm)
比例误差b(mm)
2.在实际布网设计时遵循以下几个原则:
(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2 闭合环或附合线路边数的规定
E 级
闭合环或附合线路边数(条)
(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。
网型网型方案设计
GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接、三角锁连接、导线网连接、星形连接等几种基本方式。
本次主要采用边连接式,每次用至少三台接收机,组成GPS网,能保证网的几何强度,提高网的可靠指标。
GPS网的图形布设如下图,布设点YJ01、YJ02、YJ03、YJ04、YJ06、
YJ07,采用边点混合连接式。
2、选点与埋标
①选点
在了解任务、目的、要求和测区自然地理条件的基础上,进行现场踏勘,最后进行选点。
选点应符合下列要求:
(1)点位的选择应符合技术设计要求,并有利于其它测量手段进行扩展与联测;
(2)点位的基础应坚实稳定,易于长期保存,并应有利于安全作业;
(3)点位应便于安置接收设备和操作,视野应开阔,视场内周围障碍物的高度角一般应小于15°
;
(4)点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),其距离不得小于200m,并应远离高压输电线其距离不得小于50m,以避免周围磁场对卫星信号的干扰;
(5)点位附近不应有对电磁波反射(或吸收)强烈的物体,以减少多路径效应的影响;
(6)交通应便于作业,以提高作业效率;
(7)应充分利用符合上述要求原有的控制点及其标石,但利用旧点时应检查旧点的稳定性、完好性,符合要求方可利用;
(8)选好点后应按合理的方法给GPS点编号。
此外,有时还需考虑测区内的通讯设施、电力供应等情况,以便于各点之间的联络和设备用电或充电。
综上所述,结合测区的实际情况,GPS控制点宜布设在较高的永久性建筑物、山顶及其它符合要求的地方,或已成型的较宽的城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固的建(构)筑物上。
②标志埋设
(1)E级GPS点的标石及标志规格参见附录D,标石的中心标志用铜材料制作,标志中心应刻有清晰、精细的十字丝;
(2)地面E级GPS点标石可用混凝土预先制作,然后运往各点埋设,埋设时坑底填以沙石,捣固夯实或浇灌混凝土底层,楼顶E级GPS点标石应现场浇灌,浇灌前应将楼面磨出新层、打毛,钉上3~4颗钢钉,再套模浇灌;
(3)埋石结束后应填写GPS点之记;
(4)待标石埋设稳定,没有下沉,或现场浇灌的标石凝固后2~3天方可观测。
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:
(1)点的记录。
(2)GPS网的选点网图。
(3)土地占用批准文件与测量标志委托保管书。
(4)选点与埋石工作技术总结。
三、GPS作业
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:
表6接收机选用
级别
AA
A
B
C
D、E
单频/双频
双频/全波长
双频
双频或单频
观测量
至少有
L1、L2
载波相位
L1载波相位
同步观测
接收机数
≥5
≥4
≥3
≥2
本测区的GPS网的级别为E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,本次控制测量采用D级GPS网,按照规程规范,其基本技术要求按下表中相应规定执行:
E级GPS测量作业的基本技术要求
同时观测有效卫星数
卫星截止高度角
15°
有效观测卫星总数
观测时间段
≥
观测时段长度/min
≥40
数据采样间隔
5~15
点位几何图形强度因子/PDOP
<
10
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。
观测及数据记录
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。
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
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
四、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:
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(Ver)或Solution(Ver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≥15°
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L1、L2两个频率
ⅡGPS网平差
GPS网的平差计算应用软件在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(Ver)软件包或Solution(ver软件包进行二维约束平差。
3.外业数据质量检核
Ⅰ同一时段观测值的数据剔除率,其值宜小于10%。
ⅡB级基线外业预处理和C级以下各级GPS网基线处理,复测基线的长度较差ds,两相比较应满足下式的规定:
ds≤2
σ…………………………………………….
(2)
式中:
σ——相应级别规定的精度(按实际平均边长计算)。
Ⅲ各级GPS网同步环闭合差,不宜超过附录E规定。
ⅣC级以下各级网、及B级GPS网外业基线预处理结果,其独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足:
Wx≤3
σ
Wy≤3
Wz≤3
n——闭合环边数;
σ——相应级别规定的精度(按实际平均边长计算)。
Ws=
五、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;
⒎GPS网展点图;
⒏技术总结和成果检查报告。
六.附表
—84大地坐标系的地球椭球基本参数及主要几何和物理常数
Ⅰ地球椭球基本参数
长半径α=6378137m
地球引力常数(含大气层)GM=3986005×
108m3s-2
正常化二阶常谐系数=-85×
10-6
地球自转角速度ω=7292115×
10-11rads-1
Ⅱ主要几何和物理常数
短半径b=63562m偏率α=1/223563
第一偏心率平方e2=69437999013
第二偏心率平方e2=739496742227
椭球正常重力位U0=626367m2s-2
赤道正常重力r0=3267714ms-2
ⅢWGS-84(C730)大地坐标系GM=3986×
108m3s-2,其他地球椭球基本参数及主要几何和物理常数同、规定。
2.1980西安坐标系的参考椭球基本参数及主要几何和物理常数
Ⅰ参考椭球基本参数
长半径:
α=6378140m
108m3s-2
二阶带谐系数了J2=1×
短半径b=63562m偏率α=1/
第一偏心率平方e2=69438499959
第二偏心率平方e2=73950181947
椭球正常重力位U0=6263683×
10m2s-2
赤道正常重力r0=318ms-2
3.1954年北京坐标系参考椭球的基本几何参数
α=6378245m短半径b=63568m
偏率α=1/
第一偏心率平方e2=693421622966
第二偏心率平方e2=738525414683
、D、E级测量手薄记录格式
点号
点名
图幅编号
观测员
日期段号
观测日期
接收机名称及编号
天线类型及其编号
存储介质编号数据文件名
近似纬度
°
′″N
近似经度
′″E
近似高程
m
采样间隔
s
开始记录时间
hmin
结束记录时间
天线高测定
天线高测定方法及略图
点位略图
测前:
测后:
测定值m
修正值m
天线高m
平均值m
时间(UTC)
跟踪卫星号(PRN)及信噪比
纬度
′″
经度
大地高
m
天气状况
记
事
5快速静态定位参考站测量手薄记录格式
点号
点名
观测记录员
观测单元号
时段号数据文件名
6.快速静态定位流动站测量手薄记录格式
参考站号
流动站号
接收机名称
及编号
天线类型及
编号
天气
状况
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- 华北 科技学院 开发区 GPS 控制 测量 技术设计