E級GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)書

1、 章貢區(qū)E級GPS控制網(wǎng) 設(shè)計(jì)書 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 2016年6月23日1、 任務(wù)概述 為了滿足章貢區(qū)第二次土地資源詳查工作的需要，章貢區(qū)人民政府委托我校在中心城區(qū)進(jìn)行測量，測制1：500數(shù)字化地籍圖近50平方公里，具體范圍由章貢區(qū)土管局圈定；雙方于2016年6月20日簽訂了測繪合同，要求在2016年8月底完成。為完成本次測圖任務(wù)需要布設(shè)一控制網(wǎng)，要求2個(gè)月內(nèi)完成。2、 測區(qū)概況 章貢區(qū)位于江西省南部、贛州市中偏西北部，北緯25°401625°5856、東經(jīng)114°4644115°340間。東、南、北與贛縣接壤，西與南康市、贛州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)相鄰

2、，總面積 375.52平方千米。2009年底，轄水東、水南、水西、沙石、沙河5個(gè)鎮(zhèn)和贛江、解放、南外、東外4個(gè)街道辦事處，共 57個(gè)行政村，48個(gè)街道社區(qū)居民委員會(huì)和 10個(gè)鎮(zhèn)轄居民委員會(huì)。章貢區(qū)屬低山丘陵區(qū)。地勢由東南、西北向中部傾斜，略呈馬鞍形。東南、西北高，為丘陵山地，中部平緩，為河谷平原。最高點(diǎn)為峰山，海拔1016.4米；最低點(diǎn)在水西鎮(zhèn)白田村西部田塅，海拔93米。境內(nèi)河流有章江、貢江，交匯合流為贛江而北去。美麗的贛州古城正處于低山、丘陵的環(huán)抱，章、貢、贛江的環(huán)繞之中，構(gòu)成“山為翠浪涌，水作玉虹流”的靚麗風(fēng)光，有“千里贛江第一城”譽(yù)稱。境內(nèi)山脈被章、貢、贛三

3、江截為東、東南、西北三部分，分屬武夷山脈、九連山脈、羅霄山脈余脈。全境有群山作屏障，中部有三江滋潤土地，盡奪山川之靈氣。 章貢區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，光照充足。年均氣溫19.4，無霜期286日，年均降水量1494.8毫米,年均日照1888.5小時(shí)；冬盛行偏北風(fēng)，夏盛行偏南風(fēng)，年均風(fēng)速1.9米/秒，適宜各種生物繁衍生長。3、 測量依據(jù) 1、全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T183142009）； 2、全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程（CJJ7399）； 3、公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（JTJ/T06698）； 4、數(shù)字產(chǎn)品質(zhì)量要求（GB1749

4、1.1）;4、 已有資料利用情況1、有等級控制點(diǎn)：測區(qū)附近有國家二等三角點(diǎn)：3個(gè)，經(jīng)檢測精度符合要求后可做為四等平面控制的起算點(diǎn)使用。測區(qū)附近有國家等水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，經(jīng)檢測精度符合要求后可做為四等水準(zhǔn)的起算點(diǎn)使用 。2、2010年衛(wèi)星遙感圖可作為測區(qū)的設(shè)計(jì)、工作計(jì)劃用圖。 5、 布網(wǎng)方案1、GPS測量主要技術(shù)要求（1）平均邊長表1 GPS網(wǎng)中各點(diǎn)平均邊長 級別項(xiàng)目AAABCDE平均距離10003007010155100.25（2）外業(yè)觀測要求表2 各級GPS測量基本技術(shù)要求規(guī)定級別項(xiàng)目AAABCDE衛(wèi)星截止高度角（°）101015151515同時(shí)觀測有效衛(wèi)星數(shù)444444有效觀

5、測衛(wèi)星總數(shù)20209244觀測時(shí)段數(shù)106421.61.6表3 觀測技術(shù)要求級別項(xiàng)目AAABCDE時(shí)段長度min靜態(tài)720540240604540快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼-1052雙頻全波-1552單頻或雙頻半波-3052采樣間隔S靜態(tài)303030103010301030快速靜態(tài)-55515515時(shí)間中任一衛(wèi)星有效觀測時(shí)間min靜態(tài)151515151515快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼-111雙頻全波-333單頻或雙頻半波-555注：1、在時(shí)段中觀測時(shí)間符合表7中第七項(xiàng)規(guī)定的衛(wèi)星，為有效觀測衛(wèi)星；2、計(jì)算有效觀測衛(wèi)星總數(shù)時(shí)，應(yīng)將各時(shí)段的有效觀測衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)；3、觀測時(shí)段長度，應(yīng)為開始記

6、錄數(shù)據(jù)到結(jié)束記錄的時(shí)間段；4、觀測時(shí)段數(shù)1.6，指每站觀測一時(shí)段，至少60%測站再觀測一時(shí)段。5、 所做E級GPS控制網(wǎng)還應(yīng)符合以下要求：相對中誤差<1/45000；cpop值<6；閉合環(huán)或附合路線邊數(shù)<8。 工具：水泥釘、1臺(tái)能夠正常使用的計(jì)算機(jī)及中海達(dá)GPS靜態(tài)接收機(jī) 4臺(tái)套/組、聯(lián)機(jī)使用的HDS2003 數(shù)據(jù)處理軟件。2、布網(wǎng)要求GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間基線中誤差按下式計(jì)算：式中(mm)為固定誤差；(ppm)為比例誤差系數(shù)；(km)為相鄰點(diǎn)間的距離。GPS-E級網(wǎng)的主要技術(shù)要求應(yīng)符合表1規(guī)定。相鄰點(diǎn)最小距離應(yīng)為平均距離的1/21/3；最大距離應(yīng)為平均距離的23倍。表1GPS網(wǎng)的

7、主要技術(shù)要求級別平均距離(km)(mm)(1×10-6)最弱邊相對中誤差E級0.2510201/45000注：當(dāng)邊長小于200m時(shí)，邊長中誤差應(yīng)小于20mm。3、布網(wǎng)原則與網(wǎng)形設(shè)計(jì)（1）GPS網(wǎng)應(yīng)根據(jù)測區(qū)實(shí)際需要和交通狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的點(diǎn)與點(diǎn)間不要求每點(diǎn)通視，但考慮常規(guī)測量方法加密時(shí)的應(yīng)用，每點(diǎn)應(yīng)有12個(gè)通視方向。（2）在布網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)顧及原有測繪成果資料以及各種大比例尺地形圖的沿用，對凡符合GPS-E級網(wǎng)布點(diǎn)要求的舊有控制點(diǎn)，應(yīng)充分利用其標(biāo)石。（3）GPS網(wǎng)應(yīng)由若干個(gè)獨(dú)立觀測環(huán)構(gòu)成，也可采用附合線路構(gòu)成。E級GPS網(wǎng)中每個(gè)閉合環(huán)或附合線路中的邊數(shù)應(yīng)符合表2的規(guī)定。非同步觀測的G

8、PS基線向量邊，應(yīng)按所設(shè)計(jì)的網(wǎng)圖選定，也可按軟件功能自動(dòng)挑選獨(dú)立基線構(gòu)成環(huán)路。表2閉合環(huán)或附合線路邊數(shù)的規(guī)定級別E級閉合環(huán)或附合線路邊數(shù)（條）10（4）為求定GPS點(diǎn)在80西安坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，應(yīng)與當(dāng)?shù)?0西安坐標(biāo)系中的原有控制點(diǎn)聯(lián)測，聯(lián)測總點(diǎn)數(shù)不得少于3個(gè)。（5）為了求得GPS網(wǎng)點(diǎn)正常高，應(yīng)進(jìn)行水準(zhǔn)測量的高程聯(lián)測，高程聯(lián)測采用等級水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行，聯(lián)測的GPS-E級控制點(diǎn)且應(yīng)均勻分布于網(wǎng)中。6、 作業(yè)要求 1、選點(diǎn)在了解任務(wù)、目的、要求和測區(qū)自然地理?xiàng)l件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，最后進(jìn)行選點(diǎn)。選點(diǎn)應(yīng)符合下列要求：（1）點(diǎn)位的選擇應(yīng)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求，并有利于其它測量手段進(jìn)行擴(kuò)展與聯(lián)測；（2）點(diǎn)位的

9、基礎(chǔ)應(yīng)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長期保存，并應(yīng)有利于安全作業(yè)；（3）點(diǎn)位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野應(yīng)開闊，視場內(nèi)周圍障礙物的高度角一般應(yīng)小于15°；（4）點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、微波站等），其距離不得小于200m，并應(yīng)遠(yuǎn)離高壓輸電線其距離不得小于50m，以避免周圍磁場對衛(wèi)星信號的干擾；（5）點(diǎn)位附近不應(yīng)有對電磁波反射（或吸收）強(qiáng)烈的物體，以減少多路徑效應(yīng)的影響；（6）交通應(yīng)便于作業(yè)，以提高作業(yè)效率；（7）應(yīng)充分利用符合上述要求原有的控制點(diǎn)及其標(biāo)石，但利用舊點(diǎn)時(shí)應(yīng)檢查舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、完好性，符合要求方可利用；（8）選好點(diǎn)后應(yīng)按合理的方法給GPS點(diǎn)編號。此外，有時(shí)還需考慮測區(qū)內(nèi)的通

10、訊設(shè)施、電力供應(yīng)等情況，以便于各點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電或充電。綜上所述，結(jié)合測區(qū)的實(shí)際情況， GPS控制點(diǎn)宜布設(shè)在較高的永久性建筑物、山頂及其它符合要求的地方，或已成型的較寬的城市主干道、路口或其它較開闊而又穩(wěn)固的建（構(gòu)）筑物上。2、標(biāo)石埋設(shè)（1）E級GPS點(diǎn)的標(biāo)石及標(biāo)志規(guī)格參見附錄D，標(biāo)石的中心標(biāo)志用銅材料制作，標(biāo)志中心應(yīng)刻有清晰、精細(xì)的十字絲；（2）地面E級GPS點(diǎn)標(biāo)石可用混凝土預(yù)先制作，然后運(yùn)往各點(diǎn)埋設(shè)，埋設(shè)時(shí)坑底填以沙石，搗固夯實(shí)或澆灌混凝土底層，樓頂E級GPS點(diǎn)標(biāo)石應(yīng)現(xiàn)場澆灌，澆灌前應(yīng)將樓面磨出新層、打毛，釘上34顆鋼釘，再套模澆灌；（3）埋石結(jié)束后應(yīng)填寫GPS點(diǎn)之記；（4）待標(biāo)石埋

11、設(shè)穩(wěn)定，沒有下沉，或現(xiàn)場澆灌的標(biāo)石凝固后23天方可觀測。3、觀測準(zhǔn)備（1）每天出發(fā)工作前應(yīng)檢查電池容量是否充足，儀器及其附件是否攜帶齊全。（2）作業(yè)前應(yīng)檢查接收機(jī)內(nèi)存是否充足。（3）天線安置應(yīng)符合下列要求： 作業(yè)員到測站后應(yīng)先安置好接收機(jī)使其處于靜置狀態(tài)，然后再安置天線； 天線可用腳架直接安置在測量標(biāo)志中心的鉛垂線方向上，對中誤差應(yīng)小于3mm。天線應(yīng)整平，天線基座上的圓水準(zhǔn)所泡應(yīng)居中； 天線定向標(biāo)志應(yīng)指向正北，定向誤差不宜超過±5°。4、觀測作業(yè)要求（1）觀測組應(yīng)嚴(yán)格按調(diào)度表規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，以保證同步觀測同一衛(wèi)星組。當(dāng)情況有變化需修改調(diào)度計(jì)劃時(shí)，應(yīng)經(jīng)作業(yè)隊(duì)負(fù)責(zé)人同意，觀

12、測組不得擅自更改計(jì)劃。（2）接收機(jī)電源電纜和天線應(yīng)連接無誤，接收機(jī)預(yù)置狀態(tài)應(yīng)正確，然后方可啟動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行觀測。（3）各觀測時(shí)段的前后各量取天線高一次，兩次量高之差不大于3mm。取平均值作為最后天線高，記錄在手簿。若互差超限，應(yīng)查明原因，提出處理意見記入手簿備注欄中。天線高是指觀測時(shí)天線平均相位中心至測站中心標(biāo)志面的高度，分為上、下兩段：上段是指相位中心至天線底面的高度，這是常數(shù)hc，由廠家給出；下段是從天線底面至測站中心標(biāo)志面的高度，由觀測員在現(xiàn)場采用傾斜測量方法直接量取。具體方法是：從三腳架三個(gè)空檔（互成120°）測量天線底盤下表面至測站中心標(biāo)志面的距離，互差應(yīng)小于3mm，取平均值

13、為L，天線底盤半徑為R，再利用廠家提供的hc，按天線高 求出。（4）接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后，作業(yè)人員可使用專用功能鍵選擇菜單，查看測站信息、接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號、各通道信噪比、實(shí)時(shí)定位結(jié)果及存貯介質(zhì)記錄情況等。（5）儀器工作正常后，作業(yè)員及時(shí)（每隔15min）逐項(xiàng)填寫測量手簿中各項(xiàng)內(nèi)容。（6）一個(gè)時(shí)段觀測過程中不得進(jìn)行以下操作：關(guān)閉接收機(jī)以重新啟動(dòng)；進(jìn)行自測試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；改變衛(wèi)星截止高度角；改變數(shù)據(jù)采樣間隔；改變天線位置；按動(dòng)關(guān)閉文件和刪除文件等功能。（7）觀測員在作業(yè)期間不得擅自離開測站，并防止儀器受震動(dòng)和被移動(dòng)，防止人和其它物體靠近天線，遮擋衛(wèi)星信號。（8）接收機(jī)在觀測過程中不應(yīng)在接收機(jī)

14、近旁使用對講機(jī)和手機(jī)等通訊設(shè)備；雷雨過境時(shí)應(yīng)關(guān)機(jī)停測，并卸下天線以防雷擊。（9）觀測中應(yīng)保證接收機(jī)工作正常，數(shù)據(jù)記錄正確，每日觀測結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)硬、軟盤上，確保觀測數(shù)據(jù)不丟失。5、外業(yè)觀測記錄（1）錄項(xiàng)目應(yīng)包括下列內(nèi)容： 測站名、測站號； 觀測月、日/年積日、天氣狀況、時(shí)段號； 觀測時(shí)間應(yīng)包括開始與結(jié)束記錄時(shí)間，宜采用協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC，填寫至?xí)r、分； 接收機(jī)設(shè)備應(yīng)包括接收機(jī)類型及號碼，天線號碼； 近似位置應(yīng)包括測站的近似經(jīng)、緯度和近似高程，經(jīng)、緯度應(yīng)取至1，高程應(yīng)取至0.1m； 天線高應(yīng)包括測前、測后量得的高度及其平均值，均取至0.001m； 觀測狀況應(yīng)包括電池電壓、接收衛(wèi)星

15、號及其信噪比（SNR）、故障情況等。（2）記錄應(yīng)符合下列要求： 原始觀測值和記事項(xiàng)目應(yīng)按規(guī)格現(xiàn)場記錄，字跡要清楚、整齊、美觀，不得涂改、轉(zhuǎn)抄； 外業(yè)觀測記錄各時(shí)段結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將每天外業(yè)觀測記錄結(jié)果錄入計(jì)算機(jī)硬、軟盤； 接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在下載到存貯介質(zhì)上時(shí)，不得進(jìn)行任何剔除與刪改，不得調(diào)用任何對數(shù)據(jù)實(shí)施重新加工組合的操作指令。六、數(shù)據(jù)處理方案1、基線解算及其質(zhì)量檢驗(yàn)（1）基線解算以雙差固定解作為最終結(jié)果，雙差固定解的可靠性由以下兩項(xiàng)指標(biāo)來判別，即固定解的單位權(quán)中誤差（Rms）和整周模糊度檢驗(yàn)倍率（Ratio），其檢驗(yàn)值見表4。根據(jù)表4判別時(shí)，Rms必須首先符合要求，而Ratio值越大表示固定

16、值越可靠。表4靜態(tài)GPS基線固定解可靠性判別表基線長度（km）551010Rms(m)0.0100.0120.015Ratio2.52.12.0（2）同步多邊形閉合差檢驗(yàn)對于采用同一種數(shù)學(xué)模型的基線解，其同步時(shí)段中任一三邊同步環(huán)的坐標(biāo)分量相對閉合差和全長相對閉合差不宜超過表5的規(guī)定。對于采用不同數(shù)學(xué)模型的基線解，其同步時(shí)段中任一三邊同步環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全長相對閉合差按獨(dú)立環(huán)閉合差要求檢核。同步時(shí)段中的多邊形同步環(huán)，可不重復(fù)檢核。表5 同步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線全長相對閉合差的規(guī)定（1×10-6）等級限差類型E 級坐標(biāo)分量相對閉合差6.0環(huán)線全長相對閉合差10.0（3）重復(fù)基線邊檢驗(yàn)重復(fù)

17、基線的長度較差不宜超過下式的規(guī)定：式中：為E級GPS控制網(wǎng)規(guī)定的精度（按實(shí)際平均邊長計(jì)算）（4）獨(dú)立環(huán)閉合差檢驗(yàn)無論采用單基線模式或多基線模式解算基線，都應(yīng)在整個(gè)GPS網(wǎng)中選取的獨(dú)立基線構(gòu)成獨(dú)立環(huán)，各獨(dú)立環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全長閉合差應(yīng)符合下式的規(guī)定：式中: :為閉合環(huán)邊數(shù)；:為E級GPS控制網(wǎng)規(guī)定的精度（按實(shí)際平均邊長計(jì)算）=2、補(bǔ)測與重測（1）無論何種原因造成一個(gè)控制點(diǎn)不能與兩條合格的獨(dú)立基線相連接，則在該點(diǎn)上應(yīng)補(bǔ)測或重測不得少于一條獨(dú)立基線。（2）可以舍棄在重復(fù)基線較差、同步環(huán)閉合差、獨(dú)立環(huán)閉合差中超限的基線，但應(yīng)保證舍棄基線后的獨(dú)立環(huán)所含基線數(shù)不超過表2的規(guī)定，否則應(yīng)重測該基線或者有關(guān)

18、的同步圖形。（3）由于點(diǎn)位不符合GPS測量要求而造成一個(gè)測站多次重測仍不能滿足各項(xiàng)技術(shù)規(guī)定時(shí)，可按技術(shù)設(shè)計(jì)要求另增選新點(diǎn)進(jìn)行重測。3、GPS網(wǎng)平差（1）起算數(shù)據(jù)與坐標(biāo)系統(tǒng)首先要了解測區(qū)中央子午線經(jīng)度，起算數(shù)據(jù)的帶號，采用的坐標(biāo)系等。如岳麓山校區(qū)的起算數(shù)據(jù)為3度帶的1954北京坐標(biāo)，則中央子午線經(jīng)度為114°，故采用1954北京坐標(biāo)系，取中央子午線經(jīng)度L0114°的3°帶高斯投影。即有：參考橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球，長半徑a=6378245m，扁率=1/298.3；中央子午線經(jīng)度L0114°0000。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。 （2）三維無約束平差當(dāng)

19、GPS基線各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)符合要求時(shí)，應(yīng)以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及其協(xié)方差陣作為觀測信息，以一個(gè)點(diǎn)的WGS84系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無約束平差。以提供各GPS控制點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，各基線向量三個(gè)坐標(biāo)差觀測值的改正數(shù)，基線邊長以及點(diǎn)位和邊長的精度信息，并生成GPS高程擬合的數(shù)據(jù)文件。在三維無約束平差中，基線向量的改正數(shù)（Vx、Vy、Vz）絕對值應(yīng)滿足下式要求：Vx3Vy3Vz3式中：為E級GPS控制網(wǎng)規(guī)定的基線的精度。當(dāng)超限時(shí)，可認(rèn)為該基線或其附近存在粗差基線，應(yīng)采用軟件提供的方法或人工方法剔除粗差基線，直至符合上式要求。（3）二維約束平差在無約束平差確定的有效觀測量基礎(chǔ)上，以起算數(shù)據(jù)中提供的已知點(diǎn)作為強(qiáng)制約束的固定值，進(jìn)行二維約束平差。平差結(jié)果就輸出各GPS控制點(diǎn)在前述的坐標(biāo)系統(tǒng)中的二維平面坐標(biāo)，基線向量改正數(shù)，基線邊長、方位以及坐