GPS控制网技术设计方案.doc

GPS控制网技术设计方案

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2020年5月29日
文档仅供参考

辽 宁 科 技 大 学
课程设计说明书

设计题目: 鞍山市及周边E级
GPS控制网技术设计书
学院、系: 资源与土木工程学院
专业班级: 测绘工程 -2
学生姓名: 张贺
指导教师: 宁殿民 杨凤芸
成 绩:

12 月 31 日

目录

一、作业目的及任务 - 1 -
二、测区概况 - 1 -
三、测量依据、原则 - 4 -
四、技术指标 - 4 -
五、技术设计内容步骤 - 8 -
六、高程控制的布设 - 11 -
七、1:500测区地形图测绘 - 12 -
八、工作进程、时间安排 - 12 -
九、检查验收 - 13 -
十、上交资料 - 13 -
十一、经 费 预 算 - 14 -

一、作业目的及任务
为满足鞍山市及周边的规划设计用图的需要,受鞍山市委市政府(甲方)委托,辽宁科技大学资源与土木工程学院测绘工程08级学生(乙方)承揽1:500、1: 数字化地形图测量任务。现我单位首先需完成鞍山市及周边规划设计约378平方公里的E级GPS控制网布设。为统一技术要求,以保证成果质量,特编写本技术设计书。
1、范围:根据提供预定方案设定的位置(1:5万地形图),按照提供的有关资料,以及上述范围进行1:500、1: 地形图的测绘。
2、遵照国家颁布的<城市测量规范>进行1:500、1: 地形图测量布设E级GPS点及5”导线控制点、IV等水准高程测量。按500米的密度进行设立,实地绘制点之记。
3、以上成果要求提供一套数字化地形图电子文件及地形图。
本次测绘作业主要包括以下几项:
1、 测区E级GPS控制网布设
2、 测区1:500地形图约378平方公里。
3、 四等水准路线总长约200公里。
任务:以上成果要求提供一套数字化地形图电子文件及地形图。
二、测区概况
鞍山市地处辽东半岛中部,是中国最大的钢铁工业基地。有钢都之称。因市南郊有一对形似马鞍的山而得名。东部、北部靠辽阳,南部与凤城、庄河毗邻,东南部与大石桥市接壤,西部与盘山、辽中县连接。市中心距辽宁省人民政府所在地沈阳市89公里,东距煤铁之城本溪市96公里,南距大连市308公里,西南距营口鲅鱼圈新港120公里,西距盘锦市103公里。
地理坐标位于东经122°10′—123°41′,北纬40°27′—41°34′。全境南北最长175公里,东西最宽133公里。总面积为9252.4256平方公里,占辽宁省总面积的8.4%。其中市区624.294平方公里(铁东区21.451平方公里,铁西区28.784平方公里,立山区15.9平方公里,千山区558.159平方公里),海城市2732.083平方公里,台安县1393.9916平方公里,岫岩满族自治县4502.057平方公里。
地势地貌 　　
鞍山市的地势地貌特征是东南高西北低,自东南向西北倾斜。东南属于千山山脉延伸部分的山区,一般海拔300——600米;最高为岫岩的帽盔山,海拔1141米,海城一棵树岭次之;山区主峰海拔931米,面积约为5271．44平方公里,占全市总面积的56．97％。中部为千山山脉向西部冲积平原过渡地带,属低山坡岗丘陵区,一般海拔100——200米,面积约为1232．56平方公里,占全市总面积的13．32％。长(春)大(连)铁路以西系辽河、浑河、太子河冲积平原,一般海拔5——20米,全市海拔最低的是台安县韭菜台乡杨塘村,海拔仅2米;平原面积约为2748．4256平方公里,占全市总面积的29．71％。　　
河流水系 　　
鞍山市境内有大小河流40余条。其中,较大的河流有辽河、浑河、太子河、大洋河、哨子河。前3条为过境河,后2条流源均在岫岩满族自治县境内。辽河系全国七大江河之一,也是流经鞍山市境内的最大河流。该河从台安县西佛镇达连泡入境,由新华农场的沟哨子镇出境,经盘山县入渤海。在台安境内河段长70公里,平均河宽200米,流域面积898平方公里。台安县境内还有台安县与黑山县的界河绕阳河、台安县与大洼县的界河外辽河以及小柳河等,均系辽河的支流。浑河源于辽宁省清原县长白山支脉滚马岭,流经抚顺、辽中、辽阳等市、县,于台安县黄沙坨镇朝阳堡村入境,向西南方向流至海城市西四镇三叉河汇入太子河,经营口入渤海。该河系海城市与台安县的界河。在鞍山境内河段长67.6公里,其中海城段31.6公里,台安段36公里,平均河宽140米,流域面积3107平方公里。太子河经辽阳县唐马寨入海城市高坨子镇境内,由东北向西南流至西四镇与浑河汇合。该河是海城市西部平原的大型河流,境内河段长34.7公里,平均宽123—150米,流域面积为3009.8平方公里。源于海城境内的海城河、五道河、三通河以及源于鞍山市区的沙河、南沙河、杨柳河、运粮河均汇入太子河。大洋河系岫岩满族自治县境内两大内河之一。发源于岫岩县偏岭乡一棵树岭南侧,由西北流向东南,称偏岭河。在南流过程中,接纳境内的哈达河、汤池河、雅河、牛河、沟连河等,至哨子河乡哨子河街东与哨子河汇合,经马岭村王家沟东山头出境,至东港市入黄海。境内流长180.2公里,流域面积1968.4平方公里。哨子河系岫岩满族自治县境内另一主干河流。正源在三家子乡华山村北黑背区岔口,侧源在华山村西北胡家岭。两源在王家东山汇合称哨子河。河段长171.85公里,流域面积2155.03平方公里。其支流有牧牛河、石庙子河、青河、古洞河等河流。　　
气候类型 　　
鞍山市地处中纬度的松辽平原的东南部边缘,属于暖温带大陆性季风气候区。主要气候特点是:四季分明,雨热同期,干冷同季,降水充沛,温度适宜,光照丰富,大风、冰雹、旱涝、霜冻等灾害性天气在不同年份和季节均有不同程度的发生。春季(3月——5月)大风多,降水少,日照长,回暖快,蒸发大,湿度小;夏季(6月——8月)降水多且集中,暴雨多发生在此季,气温高而少酷热;秋季(9月——11月)天高气爽,雨量骤减,气温急降;冬季(12月——次年2月)雪少北风多,干燥寒冷。鞍山所辖区域虽属同一个气候带,但因地理环境(地形、地貌、距海远近)不同而有差异。年降水量为640——880毫米,自东南向西北逐次减少;年平均℃气温平原地区为8.0——9.0℃,而东部和东南部山区为6.3——7.0℃;日照小时数年平均为2350-2700小时,西北部多于东南部。

三、测量依据、原则
1、平面采用1954年北京坐标系,高程采用1956年黄海高程系。
2、<全球定位系统(GPS)测量规范>(GB/T18314— )。
3、<城市测量规范>(CJJ8—99)。              
4、<1:500、1:1000、1: 地形图图式>。
5、<三、四等水准测量规范>(GB12898-91)国家技术监督局颁布。
6、<大比例尺地形图机助制图规范>(GB14912-94)国家技术监督局颁发。
7、经过审批的本工程<技术设计书>。
四、技术指标
1、GPS网的主要技术要求。
等 级 等级
平均距离(KM)
A(mm)
B(1*10-6)
最弱边相对中误差
三 等
5
≤10
≤5
1/80000
四 等
2
≤10
≤10
1/45000
注:当边长小于200m时,边长中误差应小于20mm。
当GPS网的世界大地坐标系统转换成1954年北京坐标系统时,应满足投影长度变形值不大于2.5cm/km;当长度变形值不大于2.5cm/km时,采用高斯正形投影统一3º带的平面直角坐标系统;当长度变形值大于2.5cm/km时,可采用投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3º带的平面直角坐标系统或高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统。
2、GPS网中相邻点间距离
项目 级别
AA
A
B
C
D
E
相邻点间最小距离
300
100
15
5
2
1
相邻点间最大距离

1000
250
40
15
10
相邻点间平均距离
1000
300
70
15-10
10-5
5-2

3、布网原则与设计
(1) GPS网应根据测区实际需要和布网状况进行设计。GPS网的点应有二点以上的点相互通视,有利于常规测量施测时的应用。
(2) 在布网设计中应顾及原有的测绘成果以及各种大比例尺地形图的沿用。
(3) 为求定GPS点在地面坐标系的坐标,应与附近的国家高级控制点联测,联测点数不应少于2个。
(4) GPS网应由一个或若干个独立观测环构成,也可采用附合线路形式构成。各等级GPS网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合下表规定:
等级
三等
四等
一级
闭合环或附合路线的边数(条)
≤8
≤10
≤10

4、GPS选点与标石埋设
(1)选点前应收集与工程相关的各项资料:测区1:5万地形图;原有控制测量资料,包括点的平面坐标、高程、坐标系统、技术总结等有关资料,以及其它测绘部门所布设的控制测量成果资料。
(2)各等级三角点均应建立永久性的测量标志。标石是三角点永久性的点位标志,标石中心应嵌入中心标志,中心标志代表三角点的中心位置。建造的觇标必须标形端正,标心和圆筒应与铅垂线平行,结构牢固;内架与基板结构密合;基面平整;内外架无接触。觇标的圆筒中心、回光台中心、标石中心应位于同一铅垂线上,其最大偏离以标石中心的铅垂线为准,不得超过0.1m。
(3) GPS点位的选择应符合技术要求,有利于使用其它测量方法进行联测;点位的基础应坚定稳固,易于长期保存,并有利于安全作业; 点位应便于安置接收设备和操作,视野开阔,被测卫星的地平高度角应大于15。;点位应远离大功率无线点发射源(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;点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体。应在橹柱的适当位置用色漆注明三角点的点名、等级、建造单位、建造年月;无外架的墩标,则用红漆写在仪器墩向南的侧面上。造标埋石时要将点之记的点位说明,标石断面图的相关高度和有关数据填注清楚。标石采用四等三角点标石。
(4)各等级GPS点均需埋设永久性标石,标石埋设采用混凝土预制桩埋设,也可采用现场灌制标石。
(5)标石材料:三角点标石应用混凝土灌制,或用相同规格的花岗石、青石等坚硬石料代替。
(6)标石埋设要求:
①、盐碱地区埋设混凝土标石,须加涂沥青,以防腐蚀。
②、在泥土松软、地下水位较高的地区或沼泽地区埋设标石时,除应尽量选择好埋石地点以外,应在盘石下边浇灌混凝土底层。
③、埋石时,须使各层标石的标志中心严格在同一铅垂线上,其偏差不大于3mm。并用钢尺量取各层标石面间的垂直距离,填记于点之记的标石断面图中,结果取至厘米。
5、仪器设备的技术要求
(1)接收机的选择
等级
项目

三等
四等
一级
接收机类型
双频或单频
双频或单频
双频或单频
标称精度
≤(10mm+5ppmp*d)
≤(10mm+5ppm*d)
≤(10mm+5ppm*d)
观测量
载波相位
载波相位
载波相位
同步观测
接收机数
≥3
≥2
≥2

(2)外业观测
① 基本技术要求
等级
项目
观测方法
卫星高 度角(。)
有效观测
卫星数
时段长度 (分钟)
数据采集间隔(秒)
PDOP

四等
静态
快速静态
≥15
≥4
≥5
≥45
≥15
10~60
≤6
一级
静态
快速静态
≥15
≥4
≥5
≥45
≥15
10~60
≤6
② 观测作业要求:每时段采集数据前,作业员应量取天线高,记录此时段的接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、故障情况;一个时段观测过程中不得进行关闭接收机又重新启动、进行接收机初始化(发现故障除外)、改变卫星高度角、改变数据采集间隔、改变天线位置;观测员在作业期间不得擅自离开测站,并应防止仪器受震动和被移动,防止人和其它物体靠近仪器、以免遮挡卫星信号;观测时不应在接收机旁使用手机和对讲机,避免干扰卫星信号;在观测过程中应保证接收机正常工作,数据记录正确,每天观测结束后,应及时将数据输出到计算机硬、软盘上,确保观测数据不会丢失。
(3)数据处理
①基线解算的质量检验:无论采用单基线模式或多基线模式解算基线,都应在整个GPS网中选择一组完全的独立基线构成独立环,各独立环的全长闭合差应满足 W≤2*¶*SQR(3*n) ,W为环闭合差,n为独立环中的边数,¶为标称精度; 复测基线的长度较差,不宜超过 ds≤2*¶*SQR(2).
②复测与重测:无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基线相联结,则在该点上必须补测或重测不得少于一条的独立基线。
③GPS网平差处理:无约束平差中,基线向量的改正数(VDx、VDy、VDz)绝对值应满足VDx≤3*¶ VDy≤3*¶ VDz≤3*¶,当超限时,可认为该基线或其附近存在粗差基线,应采用软件提供的或人为的方法剔除某些误差较大的基线值,直至符合要求; 约束平差中,基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差(dVDx、dVDy、dVDz)应符合dVDx≤2*¶ dVDy≤2*¶ dVDz≤2*¶,当超限时,可认为作为约束的已知坐标、距离、已知方位与GPS网不兼容,应采用软件提供的或人为的方法剔除某些误差较大的约束值,直至符合要求。
6 、 判断和检查点间的通视
图2-23
若地貌不复杂,设计者又有一定读图经验时,则可较容易地对各相邻点间的通视情况作出判断。若有些地方不易直接确定,就得借助一定的方法加以检查。下面介绍一种简单可靠的方法—图解法。
如图2-23所示。设为预选的点,为方向上的障碍物,三点的高程如图中所注。
取一张透明纸,将其一边与两点相切,在三点处分别作纸边的垂线,垂线的长度依三点的高程按同一比例尺绘在纸上,得、、。连接,若在之上(如本例所示),则不通视;如在之下,则通视。但必须注意:当很接近时,还得考虑球气差的影响。例如,当距任一端点为1.2km时,虽比低0.1m,但实际上并不通视。

五、技术设计内容步骤
(一)已有资料分析
1、图件资料
1)本工程收集到王家庄、国家三等点小营盘、国家三等点泥沟堡、国家三等点扑鸽拉子,此四点作为本工程平面控制起算点。
2)本工程收集到鞍山市委一个国家二等水准点,系1956年黄海高程系成果,作为本工程高程控制起算点。
3)委托方提供的1:5万地形图,1:5万地形图的地物、地貌逼真,取舍恰当,为本次测量工作的交通、选埋、控制点联测及测图分幅等工作提供了方便。
4)  起算数据列表如下:
点名
纵坐标
横坐标
高程
备    注
A
Xa
Ya
18.4
国家三等点
小营盘
B
Xb
Yb
7.3
国家三等点
王家庄
C
Xc
Yc
23.5
国家三等点
泥沟堡
D
Xd
Yd
74.4
国家三等点
扑鸽拉子

2、 坐标系统、高程系统和基本等高距、图幅分幅
1) 平面采用1954年北京坐标系、高程采用1956年黄海高程系。
2) 基本等高距1:500为0.5米、1: 为2.0米。
3) 测区地球平均曲率半径R=6365500m,大气折光系数K=0.14。
4)1:500图幅采用自由分幅,1: 图幅采用50*50正规分幅;图幅号采用图幅西南角坐标X,Y的千米数表示,X坐标在前,Y坐标在后,1:500、1: 中间以短线相联;图号由西往东、由北往南用阿拉伯数字按顺序编号,即1、2、3、……;图幅内有明显地形、地物名的应标注图名。
5)图幅编辑时:图名、图号、图幅号应按上下顺序排列在图幅上方的正中;图幅上方右侧标注工程名称;图幅左下方标注测绘单位名称。
(二)  施工质量、进度保证及技术难点解答
1)经过实地踏勘,本测区部分位于丘陵地区、山地广布、丘谷之间地势起伏延绵,这些都给测绘工作带来了一定的困难。为了保证生产质量、施工进度及后继工程服务,我单位组织专业技术小组进行踏勘、搜集资料、编写设计书,严格按ISO9000质量管理体系操作运行。
2)组织了以张某等5名工程师,5名专业技术员, 8名测工组成共5小组的队伍。
3)组织了下列主要测绘仪器:Trimble 4000SE全球定位接收机5台、杰科FALDY-7i型全站仪1台(尼康2”级)、拓普康211D全站仪1台(5”级)、索佳BS3自动安平水准仪1台、西安光学仪器厂产大平板仪4台套、东芝便携式手提电脑1台、方正1800A台式电脑4台,佳能4650型喷墨式打印机1台、摩托罗拉GP88型对讲机5台、PCE500S计算机1台及各相应配套设备。
4)我单位实行质量责任终身制,对以后的质量跟踪、后继服务等起到一定的保障。
5)为了保证工程的顺利进行,我单位组织了各小组对本工程可预见的技术难点、工程质量及进度、安全生产等问题进行了讨论,本工程是块状地形约378平方公里,经讨论决定平面位置采用全球定位系统,联测高等级控制点,以边连式、点连式推进布设首级GPS点26个,高程测量由于一般的四等附合水准路线控制的路线不长,路线过长时最弱点中误差难以保证,故决定采用布设四等水准网的方式进行施测,以确保四等水准高程的精度,平差时按结点网进行严密平差,在施测过程中,与三角高程进行比较发现问题便及时处理。
有对照最新航片修测出版的1:10000地形图8张,图件精度满足控制选点设计要求,可供踏勘和图上选点使用;另有测区1: 0地形图一张,可供踏勘使用。
(三)、平面控制的设计实施
1、 首级控制的设计
国家三等点
王家庄
首级控制拟在三等国家三角点的基础上布设GPS网。GPS网的网形结构见如下示意图:
国家三等点
小营盘
国家三等点
泥沟堡
国家三等点
扑鸽拉子

整个网由多个同步环组成,整体平差。平面起算数据为辽宁省测绘局提供的四个国家三角点成果。由于原四等网采用高斯－克吕格分带投影, 3°带中央子午线为123°。本次测区位于东经122°10′—123°41′,北纬40°27′—41°34′,离中央子午线不远,长度变形较小,其变形没有超过了国家规范规定的2.5cm/km的要求,故采用3°带投影,取1954年北京坐标系。GPS网的布设规格和技术要求均按规范规定的作业依据有关条款执行。
首级控制点在地面均为现场混凝土浇灌约为0.5米深的标石,屋顶点为凿刻标志。控制点均选在高建筑物上或较为稳固便于使用的地面上,便于寻找和长期保存。点号编号统一采用n(n=1、2、3、…)。
首级网的观测采用Trimble 4000SE单频GPS接收机(五台套)进行外业观测,其标称精度为:
距离:10+2×10-6×d(mm)
高程:20+2×10-6×d(mm)
方向:1+5/d(s)
其中d为基线边长度(单位:公里)。
全网共由9个同步环组成,26个控制点(其中4个已知点),重复设站数为1.731 > 1.6,平均边长为8.829cm < 10cm(即平均边长在2—5公里),每条基线观测时长50~60分钟,观测方法和限差要求均按规范规定的有关条款执行。内业在笔记本电脑上利用Trimble公司的专用数据传输软件传输数据,基线解算和平差处理采用武汉大学的GPSADJ　GPS网与地面网平差或联合平差软件。软件均为商品化软件能确保成果计算的正确性和可靠性,计算中数字取位均按规范有关条款执行。
2、 加密控制
加密控制拟在GPS网控制点基础上利用经严格检验的全站仪TOPCON　GTS311(其标称精度为:测角2″,测距2+2×10－6mm)和NIKON　DTM430E(其标称精度为:测角2″,测距3+2×10－6mm)布设1~2个点的支导线。支导线的距离往返观测。限差要求均按规范规定的有关条款执行。
3、 判断和检查点间通视
已知点A(高程18.4m)与8号点(57.9m),根据技术指标中第六条判断点间通视的方法,能够知道已知点A与8号点通视。
六、高程控制的布设
高程控制拟在测区内已有三等水准点和四等水准点按四等水准要求布设附合水准路线。在地面上的GPS点和部分支导线点联测入水准路线中,平面控制没有的地方在路线上每隔1~2公里凿刻一个水准标石。水准测量采用经严格检的S3型自动安平水准仪SOKKIΛ CB2Ⅱ和经检验的区格式木质双面水准标尺进行观测,观测方法和限差要求及数字取位均按规范有关条款执行。水准平差按测站定权和距离定权进行两次严密平差,以便检核。
七、1:500测区地形图测绘
测区地形图测绘,外业数据采集设备为经严格检验的全站仪TOPCON　GTS311(精度:测角2″,测距2+2×10－6mm)、NIKON　DTM430E(精度:测角2″,测距3+2×10－6mm)、TOPCON　GTS225(精度:测角6″,测距5+3×10－6mm)、其操作严格按照1:500数字化地形图碎部测量的技术要求执行。内业采用南方CASS7.1成图系统数字化成图,成果由绘图仪打印和光盘刻录输出
八、工作进程、时间安排
由于时间紧任务重,为了保质保量地完成本次作业任务,安排5个测绘小组同时开工,各小组除上述各套仪器设备外,还各配备对讲机一对,电记本电脑一部等。
其进度安排如下表:
时间
小组
任务
备注
.5.10— .5.17
甲、乙、丙、丁、戊
测区踏勘、GPS控制点、导线点和水准点选点埋石
联系住宿、饮食、交通等
.5.18— .5.22
甲、乙、丙、丁、戊
水准观测、检查计算平差,数据整理;GPS控制点外业观测和内业数据整理,平差解算

.5.22— .5.31
甲、乙、丙、丁、戊
测区1:500数字化测图,外业碎部点数据采集,外业检查,内业数字化成图

.6.1~ .6.3
甲、乙、丙、丁、戊
测区378个平方公里1:500数字化地形图的测量,绘图及检查。

.6.3~ .6.5
甲、乙、丙、丁、戊
内业数据和图形的检查,资料整理。

九、检查验收
1、检查验收分三级进行。一级为作业员自检自查;二级为作业队专职检查员队作业员所交成果的检查,队专职检查外业检查不少于图幅数的30％,内业检查为60％;三级检查为院抽样检查,外业不少于15％,内业不少于50％。
2、检查内容。按测量有关规定检查
十、上交资料
1、 测绘技术设计书和技术总结书各一份。
2、 平面控制点图一张。
3、 平面和高程控制点成果表一份。
4、 控制点点之记一份。
5、 1:500测区地形图底图一份。
6、 1:500测区地形图蓝图三份。
7、 成果汇总光盘一张。                                

  注意事项
    ①．为了保证工程获得优良效果,必须严格遵守纪律。同事间要发扬团结友互相帮助的精神,克服困难,认真踏实地进行工作;
②．注意安全,杜绝事故。不准野外生火,不准下滇池游泳;
③．不能擅自单独行动,外出时必须向队长请假;
④．周末不放假,有事必须写假条,并经队长批准后才能离开实习基地;
⑤．爱护测量仪器,按操作要求和操作程序正确操作,不准座仪器箱。对损坏或丢失工具者,应照价赔偿。
十一、经 费 预 算
  一、工程预算
  已知点4个
  控制点26个
4*11925.66(购买)=47702.64元
8*7771.92(埋石)=62175.36元
14*4140.90(观测)=57972.60元
  甲方给乙方合计 167850.60元

二、支出预算
  仪器损耗:200万*5％=10万
  工人工资:计划用25人
分为5个小组 5人/组
每组一台电脑 5组公用一个软件
电脑5000元 软件10000元
5000*5+10000=35000元
25人 * 3500元/月(平均工资)=87500元
吃喝住 25元/天一人 30天*25元*25人=18750元
  租汽车: 5辆*100元/天=500元(约用20天)
  约500*20=10000元
  油钱 50元/天*5辆=250元 250元*20天=5000元
  另外不可遇见花销:(生病,住院,修车等)5万元
支出合计:306250元
合计总费用:474100.60元