华北科技学院燕郊开发区GPS控制测量技术设计书

华北科技学院燕郊开发区GPS控制测量技术设计书

燕郊经济技术开发区

GPS控制测量技术设计书

一、任务概述

1.任务情况

本次GPS控制测量任务和作业内容是位于环京津、环渤海经济圈核心的河北省三河市燕郊经济技术开发区，为配合开发区的城市总体规划，需要在燕郊经济技术开发区测绘大比例尺地形图。需要在燕郊约20km2的测区范围内建立E级GPS网。

2.测区概况

测区位于河北省三河市，西距天安门35公里、东距唐山144公里、距秦皇岛260公里、南距天津120公里、北距首都国际机场25公里，是北京、天津、唐山“金三角”经济区域的腹地，市场广阔，腹地深远。

测区面积约为42平方公里，以平原为主，平均海拔18.7米，燕郊开发区位于海河下游，属暖温带季风性气候，四季分明，光照充足，积温较高，雨量充沛，无霜期200天左右，年平均气温11.5℃-11.7℃，常年平均降水量650.9毫米，历年平均无霜期183天,最大冻土深度77cm,最大降雪厚度26cm。

3.测区范围

测区地理坐标为

东径161°51′，北纬39°53′—39°57′。

测区位置及面积

X:718.0km—724.0km62.5km。

施测范围呈不规则形状，范围面积约22.0km2。

4.测量技术设计依据

（1）CH 2001-92《全球定位系统（GPS）测量规范》

（2）CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》

（3）CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》

（4）CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》

（5）CJJ 8-85《城市测量规范》

5.测区已有资料成果情况

测区有1996年12月1：43500燕郊开发区总体规划图1幅，该资料采用1954北京坐标系，采用克拉索夫斯基参数。该测区的中央子午线经度117°。图中包括地形、地物点。由于该图测绘时间久，同时图中无控制点、导线点，因此改图仅供参考。

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。

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：

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

（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。

3.GPS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

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：

① GPS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；

④ GPS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

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。

3.GPS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

GPS测量外业观测通知单

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 5.2）或S olution(Ver 2.1)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

Ⅱ

GPS网平差

GPS网的平差计算应用Solution2.6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 2.0）软件包或Solution(ver 2.1)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%。

Ⅱ B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≤2σ…………………………………………….（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。

Ⅳ C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≤3σ

Wy≤3σ

Wz≤3σ

Wz≤3σ

式中：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；

⒎ GPS网展点图；

⒏ 技术总结和成果检查报告。

六．附表

1.WGS—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=6 378 137m

地球引力常数（含大气层）GM=3 986 005×108m3s－2

正常化二阶常谐系数C2.0=－484.166 85×10－6

地球自转角速度ω=7 292 115×10－11rads－1

Ⅱ 主要几何和物理常数

短半径b=6 356 752.314 2m 偏率α=1/298.257 223 563

第一偏心率平方e2=0.006 694 379 990 13

第二偏心率平方e2=0.006 739 496 742 227

椭球正常重力位U0=62 636 860.849 7 m2s－2

赤道正常重力r0=9.970 326 771 4 ms－2

Ⅲ WGS-84(C730)大地坐标系GM=3 986 004.418×108m3s－2，其他地球椭球基本参数及主要几何和物理常数同A1.1、A1.2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=6 378 140m

地球引力常数（含大气层）GM=3 986 005× 108m3s－2

二阶带谐系数了J2=1 082.63×10－6

地球自转角速度ω=7 292 115×10－11rads－1

Ⅱ 主要几何和物理常数

短半径b=6 356 755.288 2m 偏率α=1/298.257

第一偏心率平方e2=0.006 694 384 999 59

第二偏心率平方e2=0.006 739 501 819 47

椭球正常重力位U0=6 263 683×10m2s－2

赤道正常重力r0=9.780 318 ms－2

3. 1954年北京坐标系参考椭球的基本几何参数

长半径：α=6 378 245m 短半径b=6 356 863.018 8m

偏率α=1/298.3

第一偏心率平方e2=0.006 693 421 622 966

第二偏心率平方e2=0.006 738 525 414 683

4.C、D、E级测量手薄记录格式

5快速静态定位参考站测量手薄记录格式

6.快速静态定位流动站测量手薄记录格式

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/d6f40ae5b6360b4c2e3f5727a5e9856a561226ad.html