河南工程学院图书馆GPS变形监测控制网设计.doc

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河南工程学院图书馆GPS变形监测控制网设计目录摘要 Ⅶ ABSTRACT Ⅷ 1 概述 1 1.1 目的 1 1.2 任务 1 2 GPS与传统监测技术比较 1 3 监测模式的选择 2 3.1 周期性监测模式 2 3.2 连续性监测模式 2 4 测区概况 3 4.1 工程概况 3 4.2 地理位置 3 4.3 气候状况 4 4.4 图书馆资料图 4 5 测区已有资料及精度 5 5.1 已有资料 5 5.2 参照的规范、精度和技术等级 6 5.2.1 参照的规范及GPS测量等级 6 5.2.2 GPS网精度 7 5.2.3 GPS测量精度指标 7 5.2.4 密度指标 8 6 控制网设计方案 8 6.1 坐标参照系 8 6.2 GPS布网形式 9 6.3 GPS的网形 9 6.4 GPS变形监测的网形 10 7 外业工作 10 7.1 选点 10 7.1.1 选点前准备 10 7.1.2 选点的基本要求 11 7.2 埋石 12 7.2.1 埋石准备 12 7.2.2 埋石作业要求 12 8 测量方案的施测 12 8.1 仪器的选择、工具、人员配备 12 8.2 仪器的检查 14 8.3 外业观测作业技术要求 14 8.4 观测方法 15 8.4.1 接收机参数设置 15 8.4.2 设站及观测过程 16 8.4.3 记录 17 9 外业观测成果的数据处理 17 9.1 观测记录完整性及合理性检查 17 9.2 外业观测数据质量的检核 18 9.2.1 观测数据的预处理 18 9.2.2 数据处理方法 19 9.2.3 误差来源 19 9.3 补测和重测 20 10 工作进度及经费预算 20 10.1 工作进度计划 20 10.2 经费预算 21 11 上交资料 21 致谢 22 参考文献 23 河南工程学院图书馆GPS变形监测控制网设计摘要变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种负荷的作用下，其形状、大小及位置在时间和空间域中的变化。如果变形体的变形在一定范围内则被认为是允许的，一旦超出限值，则很可能会引发灾难。自然界以及工程建筑物中由于变形引起的灾难比比皆是。如滑坡、岩崩、泥石流、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等都是由于变形引起的。测绘领域的变形监测技术是监测变形体形变量的重要手段，是为了监视变形体点位移动状况而进行的长期、重复的测量工作，其关键在于捕捉变形敏感部位和各观测周期间的变形观测点的变形信息。近几年随着GPS 技术的诞生和发展，它作为一种全新的现代空间定位技术，已经在许多的测量领域取代传统的光学和电子测量方法，变形监测领域也不例外。GPS 变形监测的实现可以减轻外业工作量，提高监测结果精度，大大提高工作效率，减少变形引起的灾难的发生，从而带来直接的经济效益。而本文则将河南龙湖镇文昌路上的河南工程学院内的图书馆作为主要研究对象，并利用GPS变形监测技术，参照相关的规范规定进行变形监测控制网设计来监测这栋楼的形变量，以确保其安全性。关键词：图书馆、GPS、变形监测。 Deformation monitoring control network design with GPS to the library of Henan Institute of Engineering ABSTRACT Deformation exists widely in the nature, it refers to the deformation body changes in the shape, size and location in time and space domain under various load.The body’s deformation in a certain range is thought to allow, if exceed the allowable value, it may trigger a disaster. Deformation damage phenomena in nature are very common, such as earthquake, landslide, collapse, ground subsidence, volcano eruption, dam, bridge and the collapse of buildings. Deformation monitoring is an important means of monitoring the deformation body safety, and in order to monitor the deformation point mobile situation of long-term, repeated measurement, the key is to capture the deformation information of deformation observation points and sensitive area of each observation period. GPS technology as a modern space positioning technology new, has replaced the traditional methods of optical and electronic measurement in many measurement areas, including deformation monitoring areas.GPS technology in deformation can reduce the field works,and greatly improve work efficiency, thus bring direct economic benefits. While the paper will let the Henan Institute of Engineering library as the main research object using the most advanced technology of GPS deformation monitoring. KEY WORDS library,GPS,deformation monitoring V 河南工程学院图书馆GPS变形监测控制网设计 24 1 概述 1.1 目的　　由于近几年全国地震频发，引起了巨大的灾难，为了确保河南工程学院图书馆的安全性和稳定性，此次对这栋大楼做一次GPS变形监测。由于GPS变性监测精度高，选点灵活，可全天候作业，效率高并可以获取监测点的三维坐标，从而利用获得的三维坐标来判断图书馆的变形量。故选择用此种方法对图书馆做一次变性监测，以了解这栋楼的变形情况。　　当然我必须参照现行规程、规范、图式及标准的要求编写设计书来指导作业，以便于该工程的顺利实施。这也是一次锻炼和检查我们毕业生技术水平的机会，我会认真完成。 1.2 任务　　根据收集的资料，从满足精度，经费等多方面要求的情况下做一次符合要求的变形监测控制网的技术设计。 2 GPS与传统监测技术比较　　在20世纪80年代以前,变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量,是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值,其优点是:能够提供变形体整体的变形状态；适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；可以提供绝对变形信息。[1]但外业工作量大,布点受地形条件影响,不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供局部的和相对的变化信息。但GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命，它的特性克服了以上诸多缺点，使得测量工作更加的自动化和实时化，大大的提高了测量工作的效率。[2] 3 监测模式的选择根据监测对象的特点，GPS的监测模式可分为周期性监测模式和连续性监测模式两种。[3] 3.1 周期性监测模式　　周期性监测模式在建筑物的变形监测中是最常用的。周期性监测模式主要是是指当形变体的变形速率相当缓慢(如地壳运动,处于缓慢变形阶段的滑坡体位移等)时,在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时,可利用GPS进行周期性变形监测,监测频率视具体情况可为数月、一年或甚至数年之久。[4]此时采用GPS静态相对定位方法测量,将2台以上GPS接收机安置在观测点上同步观测一段时间，观测时段长度和时段个数依监测精度的要求而定。一般采用边连接方式构成监测网,数据处理与分析在事后进行,用后处理软件进行基线解算,经过平差计算求得观测点的三维坐标。其边长精度可以达到10-9。[5] 3.2 连续性监测模式　　所谓的连续性监测模式就是指利用固定仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列,此时监测数据是连续的,具有较高的时间分辨率。一般要求变形响应的实时性很高。所以对于一些普通常规的形体监测，常常不采用这种模式。系统的精度一般按要求设定，目前最高的精度达到亚毫米级。此模式的优点是响应速度快，可以随时了解到监测点的变化，缺点是过与复杂，工作量大。[6] 综上所述，我们学校的图书馆已经建成好多年，并且其比较稳固，不需要实时地监测其变形情况，考虑到人员，仪器，经费等问题，我选择周期性监测模式作为此次监测的模式选择。 4 测区概况 4.1 工程概况　　河南工程学院图书馆坐落在河南工程学院校本部中心偏西南位置，图书馆呈对称形状，占地面积为2.46万平方米，楼高10层。其南北面对称，东西略有不同，整栋楼非常气势美观。下面附上彩图一张。图1：河南工程学院 4.2 地理位置　　河南工程学院位于河南新郑市龙湖镇文昌路上，北面与新东方相邻，西北则为河南工程贸易技术学院，其四周还有河南职工医学院，中原信息工学院等，这片区域被称为大学城。近几年四周均为新建开阔道路，地势平坦。其西面和东面则为新建的住宅楼，南面则为正在规划的地铁终点站，东面大路是附近的交通要道。故这片地区将是龙湖镇未来经济发展的重点。图书馆坐落于校本部内，从学校西门和南门直走即可看到这栋漂亮的大楼，也是学校的标志性建筑物之一。图书馆四周为校内道路，笔直而开阔，其西南面则呈弧形分布着学校的六栋教学楼，北面则为绿化带和小树林，景色雅致，东南面为学校唯一的人工小湖，小湖四周是青青的绿化带。总体上图书馆周围没有大起大伏，地势相当的平坦。 4.3 气候状况　　学校地处中原，属北亚热带季风型大陆性气侯，季风的进退与四季的替换较为明显。四季气侯特点：冬干冷，雨雪少；夏炎热，雨量充沛；春回暖快，降雨逐渐增多；秋季凉爽，降雨逐渐减少。冬季时间较长110-135 天，其次是夏季110-120天，春秋时间较短55-70天。全市年平均气温14.4-15.7℃，最热月平均气温26.9-28.0℃，最冷月平均气温0.5-2.4℃。年降雨量703.6-1173.4mm，年日照时数1897.9-2120.9 小时，年无霜期220-245天。 4.4 图书馆资料图　　为了这次的GPS变形监测设计，我在CAD上画出了图书馆的平面图，从这幅平面图上我们可以清晰地看到图书馆的轮廓以及建筑物的主要形变监测点。为下面的控制网设计提供了方便。图2：图书馆平面图 5 测区已有资料及精度 5.1 已有资料　　现有学校地形图一份，图中包括各类楼层的平面图、地物、控制带你、导线点、等高线等。图上反应的内容真实可靠，并且已经实地勘察过，确实没有出入，其中图书馆附近的已知坐标点已经长期使用，并做过许多测量工作，可以作为此次监测的基准点。由于图书馆四周分布四个已知的稳固的坐标点，故选取南面和北面的DG32和DG25作为此次控制网的控制点。　　学校内分布着许多已知的控制点坐标，而图书馆四周的坐标如下表5-1：表5-1 河南工程学院已知点坐标点名 X（M） Y（M） H（M）备注 DG25 3832779.357 471131.768 163.396 DG26 3832788.708 471339.272 160.602 DG27 3832914.104 471345.478 157.971 DG28 3832973.848 471323.831 159.492 DG29 3833108.449 471286.542 160.549 DG30 3833164.277 471209.856 161.290 DG31 3833080.867 471122.790 162.864 DG32 3832996.872 471022.156 163.144 这些已知点坐标为此次GPS变形监测提供了大量的便利和参考依据。 5.2 参照的规范、精度和技术等级 5.2.1 参照的规范及GPS测量等级 GPS测量规范及规定是由国家质检主管部门或行业主管部门所制定发布的。目前最新的规范是2009年国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2009。[7] 在此规范中，将GPS测量划分为5个等级，它们分别是B级、C级、D级和E级，下表给出了各个等级GPS测量的主要用途。表5-2-1如下：表5-2-1 各个等级GPS测量的主要用途级别用途 B 国家二等大地控制网，地方或城市坐标基准框架，局部形变监测等 C 三等大地控制网，区域、城市及工程测量的基本控制网 D 四等大地控制网 E 中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测等的控制测量由于本次GPS变形监测是在河南工程学院进行，监测对象是校内的图书馆，综上并依照上表可以看出我们本次的GPS测量等级应为E级。 5.2.2 GPS网精度根据GB/T 18314-2009，B、C、D、E级GPS网的精度不应低于下表5-2-2。表5-2-2 GPS网的精度指标级别相邻点基线分量中误差相邻点平均距离（km）水平分量(mm) 垂直分量（mm） B 5 10 50 C 10 20 20 D 20 40 5 E 20 40 3 参照上表我们可以看出E级GPS网的各项详细精度指标，参照上述指标来指导我的这次GPS变形监测控制网设计。[8] 5.2.3 GPS测量精度指标　　各个等级GPS测量的相邻点间基线长度的精度用下面公式表示： δ²=a²+(bd) ² 式中，δ为基线向量的弦长中误差，单位为mm，a为固定误差，单位为mm，b为比例误差系数，单位为ppm，d为相邻点的距离，单位为km。具体要求见下表5-2-3。表5-2-3 GPS测量精度指标等级平均距离/km a/mm b/ppm 最弱边相对中误差二等 9 ≤10 ≤2 1/12万三等 5 ≤10 ≤5 1/8万四等 2 ≤10 ≤10 1/4.5万一级 1 ≤10 ≤10 1/2万二级＜1 ≤15 ≤20 1/1万 5.2.4 密度指标　　根据GB/T 18314-2009,各级GPS网中相邻点间的距离最大不宜超过该等级网平均距离的两倍。各级城市GPS网相邻点间的最小距离应为平均距离的1/3-1/2，最大距离应为平均距离的2-3倍。根据预先在图上的选点情况，并加上实地勘察的结果，由于图书馆是个近似对称的建筑物，所以其敏感关键点位间的距离不会相差太多，故我所选择的监测点符合上述密度指标。[9] 6 控制网设计方案 6.1 坐标参照系　　GPS网所采用的坐标参照系可根据布网的目的用途而定。而我们这次的GPS测量等级则为E级。利用GPS定位技术来进行全球性的或区域性的地球动力学研究时，通常采用ITRF坐标。目前，用户已可通过互联网方便地获得精密星历以及测区周围的IGS基准站的站坐标和观测值，通过高精度联测来求得起始点在ITRF坐标框架中的其实坐标。也可通过与测站附近的该等级GPS点，即2000国家大地坐标系统的点，联测来获得起始坐标。因为图书馆附近已经分布了许多已知的稳固的控制东，所以我们可以充分利用这些已知的控制点。[10]利用GPS定位技术来建立（加密，扩充，检核，加强）城市控制网或工业矿企业的独立控制网时，起算点的坐标可采用上述坐标系中的坐标。综上所述2000国家大地坐标系统即为此次的坐标参照系。 6.2 GPS布网形式　　　GPS的布网形式是指在建立GPS网时的观测作业方式，包括网店的个数与参与观测的接收机的比例关系、观测时段的长短、观测时段数以及在观测作业期间接收机所处的地位等特征。现有的布网形式有跟踪式、会战式、多基准站式、同步图形式和单基准站式。[11] 　　根据图书馆的实际情况，我选取了8个观测点以及图书馆四周的2个控制点来构成网形。而同步图形扩展式，就是几台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其他的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量的过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形组成。在该布网形式中，接收机的数量通常少于GPS网的点数；所有接收机的地位是对等的，没有主次之分。这种布网形式具有扩展速度快，图形强度高，且作业方法简单的优点。由于我们选择了8个监测点以及两个控制点作为此次构成网形的网点，但是接收机的数量有限，考虑到成本经费问题，不可能选取10台接收机来进行观测，综上选择同步图形扩展式作为此次的布网形式。 6.3 GPS的网形　　GPS规范中对多边形的边数和附合导线的边数做出了要求，GB/T 18314-2009的规定见下表6-3。[12] 表6-3 GB/T 18314-2009对最简独立环和附和路线边数的规定等级 B C D E 闭合环和附合导线的边数 ≤6 ≤6 ≤8 ≤10 　6.4 GPS变形监测的网形　　依据上述所有规范规定，以及图书馆的实地勘察情况，我选取了8个观测点和2个控制点来构成控制网。图中DG32和DG25为已知的稳定控制基准点，1-8号点位为图书馆的关键部位监测点。施测过程中则使用同步图形扩展式作为此次观测的布网形式。图形如下：图3：控制网设计图 7 外业工作 7.1 选点 7.1.1 选点前准备　　在选点和埋石工作前，根据所设计的网形图，到实地勘察图书馆的周围环境，确定设计的点位是否符号实际要求，以及周围有没有信号发射塔、大面积水域和高大的障碍物等，并携带必要工具，如墨水、钢尺、通信工具、锤子、铁钉等工具。　　 7.1.2 选点的基本要求尽管GPS测量并不要求相邻监测点间通视，但是点位的选择还是能影响到观测的工作能否顺利进行。如果点位选择错误很可能导致施测过程受阻，所以在选点时必须要注意到以下要求才能降低误差，提高效率。[13] (1)　在观测站的四周视野要开阔，高度角15°以上不允许存在过高过大的障碍物。测站上便于安置GPS接收机和天线，可方便地进行观测。 (2)　必须要远离大功率的无线电信号发射源（如电台、电视机、微波炉中继站），以免损坏接收机天线。还要跟高压输电线、变压器等保持一定得距离，避免干扰。 (3)　所设的测站要远离房屋、围墙、广告牌、山坡及大面积平静水面（湖泊、池塘）等信号反射体，否则会出现严重的多路径效应，从而引起过大的误差。测站应位于地质条件好、点位稳定、易于保护的地方，并尽可能顾及交通等条件。 (4)　如果有，应该充分利用符合要求的原有控制点的标石和观测墩。 (5)　应尽可能使所选测站附近的小环境（指地形、地貌、植被）与周围大环境保持一致，以避免或减少气象元素的代表性误差。综上按照图上选择的初步位置以及对点位的基本要求，在图书馆进行实地勘察，周围没有强烈的信号发射源，也与高压电运输线相距较远，成片的障碍物也不存在，周围地势相当的开阔，只有东南面有一个人工的小湖，由于它的面积很小，在此不考虑它的多路径效应，故忽略不计。图书馆附近的地质是大理石地板和水泥路，上面分布的已知控制点非常稳固。根据这些实地的情况我选定了图书馆四面关键部位的8个点位，并用油漆做好了标记。由于图书馆的北面和南面已经存在已知的控制点，并且已经经过多次测量控制使用，其稳定性，可靠性和完好性都符合要求，故这两点选为控制点。 7.2 埋石 7.2.1 埋石准备根据已经选好的点位，并携带选点图纸，我们两到3名测量小组工作人员到现场进行埋石工作。所需的工具为锤子、钢钉、铁片、钢尺等，建造观测墩进行强制对中。 7.2.2 埋石作业要求根据实地的情况，我们要在各个监测点建立强制对中装置以便接收机的安置。而埋石工作必须按照以下要求进行：（1）对监测点建立的强制对中装置，其对中误差不得大于1mm。（2）利用旧点时，应确认该标石完好，并符合埋石的要求，且能长期保存。（3）方位点上应埋设标石，并加以标记。根据上述要求在图书馆一层选取的8个观测点上插入钢钉建立强制对中装置，进行强制对中，而其北面和南面的两个已知控制点已经埋设好标石，为不锈钢钉，由于之前校内测量时已经多次使用过这两个控制点，并且得出的结果准确，所以这两个控制点不用在埋设标石，其完好无损符号要求，可以使用。 8 测量方案的施测 8.1 仪器的选择、工具、人员配备接收机的配备要考虑类型和数量两方面的问题。 GPS接收机是建立GPS网的关键性设备，没有GPS接收机就没有网。GPS接收机的性能和质量直接关系到观测成果的质量。不同等级的GPS测量对接收机的要求不同，在GPS测量中，所采用的接收机类型应满足规范要求，如下表所示。尽可能采用双频全相位接收机进行观测，这样有利于观测周跳探测、电离层折射影响的消除以及观测值质量的保证。[14]其规范要求见表8-1。表8-1 GPS测量对接收机性能和数量的要求级别 A B C D、E 单频/双频双频/全波长双频双频或单频双频或单频观测值种类 L1、L2载波相位及双频码伪距 L1、L2载波相位 L1载波相位 L1载波相位其他性能可外接频标，3个以上数据端口，可输出实时数据流、导航定位数据和差分修整数据、课储存7天30s采样数据 - - - 同步观测接收机数 - ≥4 ≥3 ≥2 理论上，在一个时段中，我们知道观测的接收机数量越多，网的结构就越好，另外，测量的进度也会越快，测量成果的精度也会较高。但是，具体进行作业的时候必须要考虑到成本经费等问题，所以不可能每个点位上都安置接收机，我们通常都会选择有限个数量的接收机来完成工。，而且作业调度的复杂度也与接收机的数量成正比，接收机越多，调度越困难。所以既要保证作业的效率又要保证调度的复杂度，在一般的工程应用中，接收机的数量最好为偶数，数量为4-6台。根据上面的的规范，以及精度要求，我选择LeicaGPS1200系列测量系统，这是一类新型、高端的双频GPS/GNSS接收机测量系统。该系统包括GX1200接收机、RX1200用户界面操作系统、AX1201天线、徕卡测量办公软件（LGO）组成。对于LeciaGPS1200接收机，相位观测值精度可以达到毫米级，而码观测值精度可以达到厘米级，距离观测中没有出现严重偏差，信号跟踪性能非常好，在24小时的观测中，相位观测值中周跳很少。因此选择这台仪器可以圆满的完成设计要求。考虑到成本经费问题，不可能每个观测点上都放置接收机，故设定数量为6台。人员组成为：队长、内业处理人员、观测小组、后勤保障人员共计4人组成。工具配备为：除去仪器外需要携带的工具为：钢卷尺、垂球、笔、记录薄、罗盘。 8.2 仪器的检查拿到仪器后测量前必须进行检查以确保机器能圆满完成工作。检查要求有一下几项：（1） GPS接收机和天线的外观是否良好，外层涂漆是否有脱落，是否有挤压摩擦造成的伤痕，仪器天线的型号是否正确。（2）各种零部件及附件、配件等是否齐全完好，是否与主机匹配。（3）需禁固的部件是否松动和脱落。（4）通电后信号灯是否工作正常。（5）按键及显示系统是否正常。（6）接受卫星信号的强度是否正常。（7）电池、电缆、电源是否完好。（8）天线或基座上的圆水准器和光学对中器是否正常工作。（9）气象仪表工作是否正常。以上检查工作都要认真检查完毕，确定无误后方可进行测量工作。 8.3 外业观测作业技术要求　　在完成选点埋石后，下一步的工作就准备进行外业观测作业，其规范及技术要求参照下表8-3。[15] 表8-3 GPS网测量的基本技术要求项目级别 B C D E 卫星截止高度角/（°） 10 15 15 15 同时观测有效卫星数 ≥4 ≥4 ≥4 ≥4 有效观测卫星总数 ≥20 ≥6 ≥4 ≥4 观测时段数 ≥3 ≥2 ≥1.6 ≥1.6 时段长度 ≥23h ≥4h ≥60min ≥40min 采样间隔 30 10-30 10-30 10-30 上表说明：（1）有效卫星是指连续观测不短于一定时间的卫星，对于GPS网测量该时间为15min。（2）计算有效卫星数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除重复卫星数。（3）时段长度为从开始记录数据到结束记录之间的时间段。（4）观测时段数大于等于1.6是指采用网观测模式时，每测站至少观测一时段，其中至少六成的至少观测两个时段。 8.4 观测方法 8.4.1 接收机参数设置　　在进行外业观测期间，接收机必须设置统一的卫星截止高度和采样间隔参数，此次观测中我设置仪器的卫星截止高度角为5°，采样间隔为5s，观测时段采用1小时，每期观测两遍，观测周期为一周，总观测时间为一个月，即四周，共计观测8次。 8.4.2 设站及观测过程（1）对中、整平和量仪器高　　天线安放在三脚架上，稍微固定，可用光学对中器或垂球进行对中，对中误差不能超过1mm。用天线上的圆水准泡和长水准气泡整平天线。用钢卷尺在互为120°的三处量取天线高，当互差不大于3mm时，取中数取用。否则应重新对中、整平天线后再量取。（2）定向　　安置GPS接收机的天线是，应将天线上的标志线指向正北方向，用罗盘确定正北方向。其天线定向误差不能超过5mm。对于未标示定向标志的接收机天线，可预先指定定向标记，每次按此标记安置仪器。（3）观测记录　　根据图上的控制网，在BG32和BG25控制点上各安放一台接收机，并固定不动，在1、2、3、4号观测点上各安放接收机一台，安置仪器一定要稳固可靠。　　经检查接收机电源电缆和天线等连接无误后方可开机。开机后输入测站名，观测单元号等然后进行作业。接收机开始记录数据后，观测员要记录C/A码及P码伪距；载波相位观测值；观测时刻；卫星星历等。还要及时查看接收的卫星数、卫星编号、卫星的健康状况、各通道的噪音比、单点定位结果、余留的内存量及电池的电量，如果发现上述异常，应及时记录，以免作业受阻。　　每隔一个小时记录一次观测卫星好、天气状态、实时定位的PDOP值。当1、2、3、4号点位均观测完毕时，将这些点上的接收机换到5、6、7、8号点位上，重复上述操作，并记录数据。将成果记录在GPS测量手薄中。　　以上1-8号观测点均观测一遍后，并记录好数据，方可进行第二遍观测。待第二遍观测完毕后第一期监测完毕。下一周进行第二期观测，以此类推，总观测时间为一个月。（4）注意事项　　观测时，在接收天线10m内不能使用对讲机，不能移动天线，要防止人员和其他物体碰动天线。可以派小组队员对天线进行看护。迁站前一定要确定所有预定的作业项目均已全面完成并且符合要求，记录和资料都完整，方可迁站。　 8.4.3 记录　　记录内容包括以下几个方面：（1） C/A码及P码伪距；载波相位观测值。（2）观测时刻t。（3）卫星星历。（4）测站及接收机的初始信息：测站名，观测单元号，时段号测站的近似坐标，接收机编号和天线编号，天线高，观测日期，采样间隔，截止高度角等。　　　对于GPS测量的记录有如下要求：（1）及时填写各项内容，书写要认真仔细，字迹工整清晰。（2）一律用铅笔进行记录，尽量不要涂改和追记。（3）接收机内部内存中的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在存储介质外面贴上相应的标签。（4）观测手薄事先应连续编页，装订成册，不得有缺损。 9 外业观测成果的数据处理 9.1 观测记录完整性及合理性检查　　观测记录的完整性可由各作业小组在野外进行，也可以交给内业数据处理来处理。检查项目包括：（1）记录手薄中的内容是否完整，记录方式是否正确，天线高的数值是否合理。如果偏差过大应及时与外业人员联系，商议对策。（2）通过点位缩略图和测量近似坐标等判定设站是否正确，若发现与点之记或原设计坐标存在较大差异，需要与外业工作人员核实。 9.2 外业观测数据质量的检核　　外业观测数据质量的检查是通过对外业GPS观测数据进行处理，这里我们可以使用我们选择的徕卡仪器配套的相关数据处理软件来对处理结果进行检核。反应GPS外业观测数据质量的数据处理结果是基线解算的结果和GPS网无约束平差的结果，即所得的坐标值。　　由于我采用的是静态监测模式，所以数据处理采用静态数据处理模式进行。静态数据处理模式是以每一期观测数据做一次相对定位，然后通过计算两期间监测点的坐标差来测定变形量。然后各期通过静态相对定位来获得基线向量，再进行网平差，从而获得监测点的坐标，获得坐标后我们就可以根据两期间监测点的坐标差采用统计检核的方法来确定该坐标差是否是变形量。最后把每期8个监测点的x、y、z坐标值做列表对比，从而确定变形量。　　在GPS观测中，网中的任意两个监测点的同步观测结果可以得到这两个点间的基线向量观测值，为了提高精度，我们将不同时段的基线向量组成网，从而进行整体平差。其基线解算过程和网平差过程使用BERNESE数据处理软件来解算。 9.2.1 观测数据的预处理外业观测结束后，应及时从接收机中下载数据并进行数据处理，以便对外业数据的质量进行检核。由于我们得到的观测数据中可能含有粗差，格式不统一等问题，所以我们要进行观测数据的预处理，其主要内容为：（1）对数据进行平滑滤波检查，从而可以剔除掉粗差；（2）我们要将各类数据的格式统一化，也就是将各种数据转换成相互兼容的标准化数据格式，以便后期我们计算使用；（3）找到整周跳变点，并且还要修复一些观测值；（4）最后对一些观测值进行模型改正。　　GPS观测数据的预处理是GPS变形监测的基础，也是后期数据处理是否得当的关键，如果没有这些预处理可能我们最后得到的结果就没有意义，所以预处理非常重要。 9.2.2 数据处理方法　　我们这次GPS观测数据的测后处理，由于GPS的数据处理相当的复杂，为了工作效率，我们采用徕卡测量办公软件LGO来自动完成，内容主要包括基线解算和GPS网平差，从而得到各个观测点的三维坐标，并列表比较每期观测每个坐标的X、Y、Z坐标值的变化量，从而确定变形量。　　 9.2.3 误差来源　　GPS定位中出现的各种误差，按性质可分为系统误差和随机误差两大类。其中，系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性来讲，都比随机误差要大的多，但是他们又有规律可循，可以采取一定得方法和措施来消除。总体来讲误差可分为以下几个方面：（1）卫星星历误差；（2）卫星钟的钟误差；（3）电离层的延迟；（4）对流层的延迟；（5）多路径效应；（6）接收机钟的钟误差；（7）接收机的位置误差；（8）接收机的测量噪声误差；　　综合上述误差并结合在图书馆的实际作业情况，能影响到此次作业的误差主要为：与卫星有关的误差和信号传播的误差。其他的误差来源根据我们选择的仪器和图书馆四周的环境，多路径效应和接收机有关的误差几乎不可能影响到结果。所以这些误差可以忽略不计。针对以上两种误差我们采用以下方法来消除：（1）我们可以忽略卫星钟的数学同步误差；（2）可以通过其他渠道例如国际GNSS服务的IGS来获取精确的卫星钟差；（3）还可以通过观测值的相减来消除掉公共的钟差值；（4）采用精密星历来消除或消弱星历误差；（5）采用相对定位模式； 9.3 补测和重测　　如果在施测的过程中发生以下情况时要进行补测或是重测：（1）外业却测，漏测，或观测值不满足技术规范表中的相关规定时，应及时补测。（2）复测基线的边长较差超限，同步闭合环闭合差超限，可剔除该基线而不必进行重测，但剔除该基线向量后，新组成的独立环所含的基线数不得超过相关规定，否则应重测与该基线相关的同步图形。　　对于需补测或重测的时段或基线向量，要分析其具体的原因，尽量安排在一起进行同步观测。补测或重测的原因及处理方式等应该写入数据处理报告中。 10 工作进度及经费预算 10.1 工作进度计划　　根据所选的方案，以及实地勘察的结果，结合人员配备，仪器选择和经费预算，工作量决定为一个月完成，工作进度见表10-1。表10-1 工作进度表工作项目时间人员配备备注选点 5月1号队长，测量员2名可以增加一天时间埋石 5月2号测量员2名可以增加一天时间施测作业 5月到6月所有工作成员必须完成数据处理 6月1号到3号内业数据处理人员可以增加一天时间 10.2 经费预算　　具体经费预算表见下表10-2。表10-2经费预算表项目收费标准数目单项费用（元）观测墩 300/个 8 2400 徕卡接收机 5000/个 6 30000 AX1201天线 500/个 6 3000 LGO数据处理软件 200/个 1 200 工程师工资 5000/月 1 5000 测量员工资 3000/月 3 9000 其他费用 1000 总计 39600 11 上交资料　　根据设计方案实地施测并数据处理后无误，成果资料及图纸。资料如下：（1）测量任务书和技术设计书；（2）点之记、选点资料和埋石资料；（3）接收机、天线、气象设备、罗盘以及其他工具；（4）所有记录表包括外业观测记录手薄、测量手薄、备注手薄等；（5）仪器中树立处理生成的文件、资料和最终成果表；（6）此次施测的技术总结和成果验收报告。致谢　　　在本设计的写作过程中，我的导师张慧峰老师给予了我莫大的帮助，从选题开始，老师及时恰当地指导了我的选题，到开题报告，老师又倾注了大量的心血来帮助我改进开题思路，从而使得这篇设计得以顺利开始。在正式设计的写作前，由于自己掌握的地区资料不完善，张老师给我了许多资料，使得方案设计更加合理。在写作的过程中，遇到了许多的困惑和难题，又是张老师耐心的讲解和回答，才使得我突破重重难关，最终完成了这篇设计。在此对张老师表示由衷的感谢和崇高的敬意！

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