GPS控制网测量技术报告样板0330.docx
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GPS控制网测量技术报告样板0330
编号:
201509007
密级:
秘密
天津临港港务集团有限公司
天津港大沽口港区基础控制网测量
技术报告
天津水运工程勘察设计院
TIANJINSURVEYING&DESIGNINGINSTITUTEFORWATERTRANSPORTENGINEERING
2015年10月
项目名称:
天津临港港务集团有限公司
天津港大沽口港区基础控制网测量
委托单位:
天津临港港务集团有限公司
测绘单位:
天津水运工程勘察设计院
院长:
董海军
处长:
范东华
总工:
郭松林
项目负责:
柯敏
技术负责:
王伟
报告编写:
王伟
报告审核:
参加人员:
柯敏、王伟、陶震、张大龙、高远、贾朋朋、
马广森、姜政政等
1概述
1.1任务来源
天津临港经济区位于海河入海口南侧填海造陆区,是港口与工业一体化的工业城区,是国家循环经济示范区和滨海新区九大功能区之一,定位为“建设中国北方以装备制造为主导的生态型临港经济区”。
临港经济区区位优势得天独厚,交通便捷顺畅、地域广阔平整,具有发展前景好、可塑性强的特点,拥有发达的海、陆、空立体交通网络。
为满足天津港大沽口港区后续施工需要,为工程建设和港区测量提供基础控制资料,受天津临港港务集团有限公司(以下简称“甲方”)委托,天津水运工程勘察设计院(以下简称“我院”)承担了本次控制测量任务,测量时间为2015年9月下旬及10月上旬。
1.2测区概况
图1测区概略位置图
天津天津港大沽口港区位于天津临港经济区一期、二期围海区域北侧,测区北侧为大沽沙航道及天津港南疆港区,西侧为海滨高速,南侧为吹填造陆完成区域及航道,东侧为渤海海域。
整个测区周边交通较为便利。
测区概略位置见图1。
1.3工作内容及完成工作量
根据“既满足目前实际需要,又顾及未来发展”的宗旨,本次在天津港大沽口港区布设GPS控制点共计8个,点名为GPS001至GPS008,控制点分布见图2。
图2控制点点位概图
按甲方要求,本次工作内容包括平面控制测量和高程控制测量两部分。
1)平面控制测量采用D级GPS网静态观测,联测8个GPS控制点的平面坐标,平面控制点点名分别为GPS001、GPS002至GPS008。
各个控制点均根据甲方要求和现场情况进行埋设。
2)高程控制测量采用国家三等水准测量方法,联测各高程控制点高程。
本次控制测量完成工作量如下:
1)采用D级GPS网静态观测,共测量新布设的GPS点8个。
2)采用国家三等水准测量方法联测8个控制点的高程,水准路线长约140km。
1.4已有控制资料及可利用状况分析
本次控制测量资料收集如下:
1)平面控制点资料有:
JM23、LGC1及C144共3个C级GPS控制点,以上控制点经与天津市CORS网联测解算所得,并已知其1990年天津市任意直角坐标系下坐标成果。
2)收集到的高程控制点资料有:
JC1177及GPS07,其中JC1177为天津市二等水准点,GPS07为临港经济区港区控制点,并已知JC1177新港理论最低潮面下高程成果(2008年成果),GPS7新港理论最低潮面下高程成果(2003年成果)。
经现场踏勘,收集到的控制点保存完好,可以作为本次控制测量的起算点。
1.5控制系统
1)平面坐标系统:
1990年天津市任意直角坐标系;
2)高程基准面:
新港理论最低潮面;
1.6作业技术依据
1)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2009);
2)《工程测量规范》(GB50026-2007);
3)《国家三、四等水准测量规范》(GB/T12898-2009);
4)本项目的技术设计书;
1.7仪器设备及软件
1)平面控制测量采用美国Trimble公司的Trimble5800/R6/R8GPS双频接收机,其静态测量水平定位精度为±(5mm+1ppm),满足D级GPS静态测量精度要求。
2)高程控制测量采用Leica公司的LeicaDNA03精密电子水准仪,配合铟瓦标尺测量,每公里往返标准偏差0.3mm,满足四等水准测量精度要求。
以上仪器由国家认定测绘专业计量站检定合格,各项技术参数均符合规范要求,并在检定的有效期内。
3)静态数据基线处理采用美国Trimble公司的TrimbleBusinessCenter(简称“TBC”)数据处理软件,平差软件采用武汉大学测绘学院开发研制的具有自主版权的科傻GPS数据处理系统(CosaGPSV5.2版本)。
4)水准测量数据处理采用LeicaGeomaticsOffice(简称“LGO”)软件包以及清华大学开发研制的NASEW2003智能图文网平差软件。
1.8项目组织及分工
本次控制测量参加的人员共14名,其中,高级工程师1人、工程师2人。
设项目负责人1名,全面负责项目组织、人员仪器调度及日常安排;技术负责人1名,负责项目执行过程中所有技术操作的安排与督导。
本次测量工作共分外业测量、内业数据处理、质量检查共三部分,具体分工如下:
1)外业测量部分主要负责控制点踏勘、选点、埋石、仪器检测、GPS静态观测、水准测量。
2)内业数据处理部分主要负责技术设计编写,GPS静态数据及水准观测数据的下载、处理与平差计算,技术报告编写,资料整理及归档。
3)质量检查小组主要负责对外、内业过程进行监督检查,并编写质量检查报告。
2平面控制测量
2.1控制点布设
本次控制点布设、选点与埋石,均根据甲方要求,结合现场实际情况,综合选定点位。
本次共布设D级GPS控制点8个,点名分别为GPS001、GPS002至GPS008,所有控制点均为最新布设。
根据现场情况,最新布设的控制点中,GPS001位于天津港大沽口港区东港池南侧海洋环境观测站房顶;GPS002位于黄河道与渤海六十路路口桥墩上;GPS003位于港区北侧拟建38、39号码头引桥上;GPS004位于港区北侧粮油2、3号码头主引桥上;GPS005位于黄河道与渤海四十路路口北侧桥墩上;GPS006位于港区北侧14号通用泊位灯塔南侧;GPS007位于黄河道与渤海二十六路路口北侧桥墩上;GPS008位于临港排污河河口1A码头西南侧。
各个控制点均采用钻孔与水泥灌注相结合的方式进行埋设,埋设深度为20cm左右。
2.2外业观测
本次控制测量共采用10台TrimbleGPS接收机,其中Trimble5800GPS接收机1台,TrimbleR6GPS接收机4台,TrimbleR8GPS接收机5台。
根据已知控制点及待测控制点的分布情况,综合选取C144、JM23及LGC1为本次平面控制测量起算点。
通过对以上3个起算点进行检核测量,其内符合精度等满足相关规范要求。
本次D级GPS控制网静态观测共分2个时段进行,外业静态观测调度具体见表1。
表1D级GPS静态观测调度表
时段
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
10#
观测时间
第一时段
C144
JM23
GPS008
GPS006
LGC001
GPS007
GPS004
GPS003
GPS002
GPS001
9月23日
15:
00-16:
25
第二时段
C144
JM23
GPS005
GPS006
LGC001
GPS007
GPS004
GPS003
GPS001
16:
30-17:
50
为充分保证GPS网静态观测的可靠性、稳定性及高精度性,GPS网连接方式为网连接。
其网形图如图3所示。
图3D级GPS控制网网形图
观测时严格按照《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2009)中的D级网作业的基本技术要求。
各点均以三脚架方式安置GPS天线,并对中整平,然后量取天线高,每时段观测前、后各量取天线高一次,每次均从三个方向互成120°方向量取,两次量取天线高之差小于2mm时取平均值作为仪器天线高。
具体参数见表2。
表2D级GPS静态测量技术指标
项目
D级
规范要求
实际测量
观测时段数
≥1.6
1.7
时段长度
≥60min
≥65min
采样间隔(s)
5~15
15
卫星截止高度角(°)
15
15
同时观测有效卫星数(颗)
≥4
≥6
有效观测卫星总数(颗)
≥4
≥4
GPS静态测量外业工作中,GPS002点第二时段数据损坏,未能参与网平差计算,剔除该基线不影响整体平差计算。
2.3数据处理
1)数据整理与备份
观测结束后,立即采用TBC将接收机中的观测数据下载至PC机,备份保存。
整理好《静态观测外业记录》,并将天线高、天线类型、天线序列号、观测时间、点号等信息整理为电子表格形式,方便后处理调用。
2)基线处理
首先,结合外业观测记录,输入各测站点名、天线高、天线类型等,并检查确认无误。
其次,对基线进行解算并统计精度。
解算时,设置好基线处理相关参数,如设置卫星高度角为15度、最少基线观测时间30分钟、采用广播星历与Hopfield对流层模型。
通过同时查看基线处理报告,在编辑观测数据时禁用有明显周跳、卫星残差大、离散幅度大的时段或部分时段卫星观测数据,直至RMS、变化率、参考方差及卫星残差分布取得最优解。
基线处理完成后,对GPS控制网的重复观测基线、同步环闭合差、异步环闭合差进行统计分析,如超限,继续对基线进行优化处理。
必要时,删除个别不符合规范精度要求的基线,直至所有参数合格。
3)三维自由平差
三维自由平差在WGS84椭球框架中进行。
它通过调整各基线向量观测值的权,使得它们相互匹配。
进一步衡量GPS网的内符合精度,判别在所构成的GPS网中是否有粗差基线。
本次平差时实施加权配置并进行平差迭代计算。
无约束平差后,各基线向量观测值的改正数分布无明显粗差,标准残差分布正常。
三维无约束平差结束后,对GPS观测网进行精度统计,包括点位中误差、三维基线向量改正量及相对精度等。
4)二维约束平差
二维约束平差是利用三维自由平差所构建的观测方程,通过输入已知点的平面坐标信息,形成限制条件方程,并对所形成的方程进行求解,得出待定参数的估值和观测值的平差值、观测值的改正数以及相应的精度统计信息。
本次D级GPS控制网平差以C144、JM23及LGC1共3个平面控制点为起算点,平差计算GPS001、GPS002至GPS008共8个GPS控制点的坐标。
平差计算后,分别统计D级GPS控制网的基线向量改正数及点位精度等。
平差结果见附表。
2.4精度统计
1)重复基线检核
平面控制网中,基线数据处理完成后,对重复基线进行检核,其长度较差ds需满足下式规定:
上式中,
为标准差,其表达公式为:
其中:
a为固定误差(单位:
mm),b为比例误差系数(单位:
ppm),d为相邻点间距离(单位:
mm)。
本次D级GPS控制网中,基线向量共计90条,其中独立基线向量18条,必要基线向量10条,多余基线向量8条。
剔除粗差基线后,重复基线共计28条,精度统计见表3。
表3D级GPS重复基线统计表单位:
m
重复基线
基线长度
长度较差
限差
相对误差
C144-GPS001
17021.9
0.006
0.482
0.3ppm
C144-GPS003
14931.2
0.004
0.423
0.2ppm
GPS003-GPS001
5221.5
0.003
0.150
0.6ppm
C144-GPS004
10069.3
0.010
0.286
1.0ppm
GPS004-GPS001
7860.2
0.002
0.224
0.3ppm
GPS003-GPS004
4868.3
0.004
0.141
0.8ppm
C144-GPS006
7241.4
0.002
0.207
0.3ppm
表3(续)D级GPS重复基线统计表单位:
m
GPS006-GPS001
10227.8
0.007
0.291
0.7ppm
GPS006-GPS003
7696.6
0.006
0.220
0.8ppm
GPS006-GPS004
2829.4
0.005
0.085
1.8ppm
C144-GPS007
6911.3
0.004
0.198
0.6ppm
GPS007-GPS001
10218.4
0.005
0.290
0.5ppm
GPS007-GPS003
9154.1
0.009
0.260
1.0ppm
GPS007-GPS004
4683.7
0.003
0.135
0.7ppm
GPS006-GPS007
2878.2
0.001
0.086
0.5ppm
C144-JM23
15340.6
0.001
0.435
0.1ppm
JM23-GPS001
7417.5
0.002
0.212
0.2ppm
JM23-GPS003
2299.0
0.001
0.071
0.6ppm
JM23-GPS004
5677.5
0.007
0.163
1.2ppm
JM23-GPS006
8319.3
0.004
0.237
0.5ppm
JM23-GPS007
10325.4
0.009
0.293
0.9ppm
C144-LGC1
7497.5
0.008
0.214
1.0ppm
LGC1-GPS001
9614.6
0.006
0.273
0.7ppm
LGC1-GPS003
8631.8
0.008
0.246
1.0ppm
LGC1-GPS004
4287.3
0.001
0.125
0.3ppm
LGC1-GPS006
2843.1
0.004
0.085
1.5ppm
LGC1-GPS007
604.0
0.001
0.033
1.0ppm
LGC1-JM23
9876.6
0.005
0.281
0.5ppm
由表3可知,本次D级GPS控制网重复基线精度统计满足规范要求。
2)闭合环检验
重复基线长度较差统计全部合格后,进行三边同步环、三边异步环闭合差统计。
三边同步环的表达公式为:
三边异步环的表达公式为:
上式中,
为相应级别规定的精度,其计算方法与上述重复基线检核中一致。
本次D级GPS控制网中,剔除粗差基线后,三边闭合环总数共计624个,其中三边同步环204个,三边异步环420个。
D级GPS同步闭合环统计见表4。
表4D级GPS同步闭合环、异步闭合环精度统计表
观测环
闭合差值
环线长度
限差
对应观测环
相对精度
最次同步闭合环
WX=-14.89mm
WY=19.01mm
WZ=12.38mm
16.83km
WX:
19.74mm
WY:
19.74mm
WZ:
19.74mm
GPS004-JM23-GPS006
1.6ppm
最次异步闭合环
WX=14.28mm
WY=-22.06mm
WZ=-9.17mm
11.32km
WX:
202.84mm
WY:
202.84mm
WZ:
202.84mm
GPS003-GPS002-GPS001
2.5ppm
由表4可知,本次D级GPS网闭合环精度统计均满足规范规定的精度要求。
3)三维无约束平差检验
三维无约束平差后,所有基线分量残差按下式进行计算并统计:
上式中:
、
、
分别为x、y、z三个分量残差;
为相应级别规定的基线的精度。
本次D级GPS网三维无约束平差点位精度统计如表5。
表5D级GPS网三维无约束平差点位精度统计表单位:
mm
点名
X偏移
Y偏移
Z偏移
点位精度
C144
0.00
0.00
0.00
0.00
GPS001
0.95
1.71
1.52
2.48
GPS002
1.06
1.51
1.68
2.49
GPS003
0.88
1.45
1.45
2.23
GPS004
0.85
1.39
1.35
2.12
GPS005
1.55
2.34
1.54
3.20
GPS006
0.85
1.54
1.36
2.22
GPS007
0.82
1.35
1.33
2.06
GPS008
1.12
1.60
2.09
2.86
JM23
0.86
1.41
1.33
2.12
LGC1
0.86
1.42
1.39
2.17
D级GPS网三维无约束平差基线精度统计如表6。
表6D级GPS网三维无约束平差基线改正统计表单位:
mm
精度类型
精度值
限差
对应基线
最弱基线边
=-0.60mm
=-0.59mm
=-3.70mm
相对精度1:
100247
:
34.99mm
:
34.99mm
:
34.99mm
GPS007-LGC1
4)二维约束平差
二维约束平差中,基线分量的精度应满足下式:
式中:
、
为基线向量各分量改正数与粗差剔除后无约束平差结果中同一基线相应改正数较差绝对值;
为相应级别规定的基线的精度。
本次D级GPS控制网二维约束平差点位精度统计如表7。
表7二维约束平差点位精度统计表单位:
mm
点名
X改正
Y改正
点位精度
C144
0.00
0.00
0.00
JM23
0.00
0.00
0.00
LGC1
0.00
0.00
0.00
GPS001
1.10
0.79
1.35
GPS002
1.17
0.81
1.43
GPS003
1.07
0.76
1.31
GPS004
1.05
0.75
1.29
GPS005
1.27
0.96
1.59
GPS006
1.01
0.74
1.25
GPS007
1.02
0.72
1.25
GPS008
1.31
0.87
1.57
D级GPS控制网二维约束平差基线改正精度统计如表8。
表8二维约束平差基线改正统计表单位:
mm
精度类型
精度值
限差
对应基线
最弱基线边
=-5.83mm
=7.11mm
相对精度1:
378459
:
23.32mm
:
23.32mm
GPS007-LGC1
由上述精度统计结果可知,本次D级GPS控制测量各项精度指标满足规范相关精度要求。
3高程控制测量
3.1控制点布设
本次控制测量高程控制点GPS002至GPS008与平面控制点共用点位,GPS001位于临港经济区东港池南侧海洋环境观测站房顶,不便于进行水准联测,故于房屋旁信号塔底部螺栓作为高程控制点BM001。
所有控制点标识顶部存在至高点,便于水准测量,符合水准控制点布设要求。
3.2水准测量
本次水准测量高程基准面采用新港理论最低潮面。
水准测量采用国家三等水准测量方法联测各控制点高程。
根据实际交通及控制点分布情况,布设成闭合环线进行往返观测,水准路线总长度约140km。
观测采用中丝读数法,观测顺序为“后-前-前-后”。
以测区附近的天津市二等水准点“JC1177”沿现有道路联测并计算其它未知观测点新港理论最低潮面高程(2008年成果);以临港基础控制点“GPS7”为高程起测点联测并计算其它未知观测点新港理论最低潮面高程(2003年成果)。
水准观测路线参见图4。
图4水准测量路线示意图
测量仪器选用LeicaDNA03电子水准仪及配套的铟钢条纹尺,测前及测后按照规范要求对水准仪及水准尺进行全面检测。
经检测,所有技术参数均符合规范要求,可以投入使用。
其中,水准仪测量期间最大i角7.5″(电子水准仪在测量期间自动进行i角改正)。
测量时的主要技术指标见表9。
表9水准测量技术参数表
参数列表
参数值
视线长度(m)
≤75
前后视距差(m)
≤2.0
前后视距累积差(m)
≤5.0
B-B\F-F两次读数差(mm)
≤2.0
单站高差之差(mm)
≤3.0
视线高度
三丝能读数
3.3数据处理精度统计
LeicaDNA03电子水准仪测量数据采用LGO软件导出,并统计各个测段的路线长度、水准环线闭合差。
原始水准记录数据经作业队自查、质检组审查后进行统计计算。
水准测量精度统计见表10。
表10水准测量测段往返测高差不符值统计
路线
Δ(mm)
Δ限差(mm)
路线长(km)
JC1177-GPS7
4.2
27.5
5.24
JC1177-GPS008
4.0
30.6
6.52
GPS7-GPS007
0.7
19.3
2.58
GPS007-GPS006
2.5
22.8
3.61
GPS007-GPS005
1.1
25.0
4.33
GPS005-GPS004
2.5
19.4
2.62
GPS005-GPS002
4.9
23.8
3.95
GPS002-GPS003
6.2
20.7
2.97
GPS002-BM001
1.1
26.4
4.83
每千米水准测量的高差偶然中误差按下式计算:
上式中,
为每千米水准测量偶然中误差(单位:
mm),
为环线闭合差(单位:
mm),
为闭合环线长度(单位:
km),
为测段数。
由上式计算可知得
1.28mm,优于规范要求的3mm限差要求。
以上精度统计值均附合《国家三、四等水准测量规范》(GB/T12898-2009)中相关精度要求。
平差计算采用清华三维NASEW平差软件,把整理后的测段高差、测段距离、起算点高程输入平差软件中,按国家三等水准测量要求设置相关处理限差,并将测段长度作为权重,对数据进行加权平差计算,从而得到各个控制点的高程值。
经解算,水准测量单位权中误差为1.1mm;高程网中最弱点为BM001,高程中误差为3.6mm;高程网中最弱相邻点为GPS002-BM001,相对点位中误差为1.7mm。
由上可知,本次水准测量各项精度指标均满足规范限差要求,各控制点高程值见附表《控制点成果表》。
4质量控制与安全生产
4.1质量控制
本次测量工作完全依据我院通过的ISO9001:
2008质量认证体系执行。
质检组人员对外业、内业实行跟踪式检查。
外业质检组主要是对所埋设控制点及测量过程进行跟踪检查。
全程进驻作业现场,并随时对各个作业组作业情况进行审查,如检查静态观测时,对中整平是否精确、天线高量取是否有误、外业记录是否规范与清晰等,检查水准测量过程中,尺垫安置是否合理、水准尺气泡是否居中、水准仪参数设置是否正确、整平是否精确等。
内业质检组主要是对外业观测的原始数据,包括GPS观测数据、水准观测原始记录、测段统计报表进行检查,从数据方面分析测量作业是否合格。
本次质
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- GPS 控制 测量 技术 报告 样板 0330
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