E级GPS控制网有关技术的要求.doc

附录E E级GPS控制网有关技术要求(参考)

一、控制网执行得技术标准
1、全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314—2001),中华人民共与国国家标准;
2、《国家三、四等水准测量规范》(GB128981991),中华人民共与国国家标准;
3、技术设计书。
二、使用仪器
测量采用得GPS接收机型号及其标称精度。
三、布网方案
1、布网要求
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)为相邻点间得距离。GPSE级网得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得1/2～1/3;最大距离应为平均距离得2～3倍。
表1　GPS网得主要技术要求
级　别
平均距离(km)
(mm)
(1×106)
最弱边相对中误差
E级
0、2～5
≤10
≤20
1/45000
注:当边长小于200m时,边长中误差应小于20mm。
2、布网原则与网形设计
(1)GPS网应根据测区实际需要与交通状况进行设计。GPS网得点与点间不要求每点通视,但考虑常规测量方法加密时得应用,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得沿用,对凡符合GPSE级网布点要求得旧有控制点,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得边数应符合表2得规定。
非同步观测得GPS基线向量边,应按所设计得网图选定,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得规定
级　别
E　　级　　
闭合环或附合线路边数(条)
≤10
(4)为求定GPS点在54北京坐标系中得坐标,应与当地54北京坐标系中得原有控制点联测,联测总点数不得少于3个。
(5)为了求得GPS网点正常高,应进行水准测量得高程联测,高程联测采用等级水准测量方法进行,联测得GPSE级控制点且应均匀分布于网中。
四、选点与标石埋设
1、选点
在了解任务、目得、要求与测区自然地理条件得基础上,进行现场踏勘,最后进行选点。选点应符合下列要求:
(1)点位得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)点位得基础应坚实稳定,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与操作,视野应开阔,视场内周围障碍物得高度角一般应小于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得干扰;
(5)点位附近不应有对电磁波反射(或吸收)强烈得物体,以减少多路径效应得影响;
(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得控制点及其标石,但利用旧点时应检查旧点得稳定性、完好性,符合要求方可利用;
(8)选好点后应按合理得方法给GPS点编号。
此外,有时还需考虑测区内得通讯设施、电力供应等情况,以便于各点之间得联络与设备用电或充电。
综上所述,结合测区得实际情况, GPS控制点宜布设在较高得永久性建筑物、山顶及其它符合要求得地方,或已成型得较宽得城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固得建(构)筑物上。
2、标石埋设
(1)E级GPS点得标石及标志规格参见附录D,标石得中心标志用铜材料制作,标志中心应刻有清晰、精细得十字丝;
(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,或现场浇灌得标石凝固后2～3天方可观测。
五、作业要求
1、基本技术要求
为保证GPS测量精度,采用载波相位静态相对定位作业模式,E级GPS测量作业得基本技术要求应符合表3得规定。
表3　E级GPS测量作业得基本技术要求
级　别
卫星截止高度角(°)
有效观测卫星数
平均重复设站数
时段长度(min)
数据采样间隔(s)
PDOP值
E级
≥15
≥4
≥1、6
≥40
15
＜10
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。
2、GPS卫星预报与观测调度计划
(1)保证GPS作业观测工作顺利进行,保障观测成果达到预定得精度,提高作业工效,在进行GPS外业观测之前,应事先编制GPS卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角与方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何强度因子等内容。
(2)编制预报表所用概略位置应采用测区中心位置得经、纬度。
(3)作业组在观测前应根据参加作业得GPS接收机台数、网形及卫星预报表编制作业调度表,其内容应包括观测时间、测站号、测站名称以及接收机号等项内容。
3、观测准备
(1)每天出发工作前应检查电池容量就是否充足,仪器及其附件就是否携带齐全。
(2)作业前应检查接收机内存就是否充足。
(3)天线安置应符合下列要求:
① 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态,然后再安置天线;
② 天线可用脚架直接安置在测量标志中心得铅垂线方向上,对中误差应小于3mm。天线应整平,天线基座上得圆水准所泡应居中;
③ 天线定向标志应指向正北,定向误差不宜超过±5°。
4、观测作业要求
(1)观测组应严格按调度表规定得时间进行作业,以保证同步观测同一卫星组。当情况有变化需修改调度计划时,应经作业队负责人同意,观测组不得擅自更改计划。
(2)接收机电源电缆与天线应连接无误,接收机预置状态应正确,然后方可启动接收机进行观测。
(3)各观测时段得前后各量取天线高一次,两次量高之差不大于3mm。取平均值作为最后天线高,记录在手簿。若互差超限,应查明原因,提出处理意见记入手簿备注栏中。
天线高就是指观测时天线平均相位中心至测站中心标志面得高度,分为上、下两段:上段就是指相位中心至天线底面得高度,这就是常数hc,由厂家给出;下段就是从天线底面至测站中心标志面得高度,由观测员在现场采用倾斜测量方法直接量取。具体方法就是:从三脚架三个空档(互成120°)测量天线底盘下表面至测站中心标志面得距离,互差应小于3mm,取平均值为L,天线底盘半径为R,再利用厂家提供得hc,按天线高 求出。目前大部分仪器都可以直接量取仪器得斜高,再通过软件进行换算。
(4)接收机开始记录数据后,作业人员可根据仪器液晶屏或指示灯了解仪器得工作状态,查瞧测站信息、接收卫星数数量、卫星号、电源状况、数据采集情况等。
(5)仪器工作正常后,作业员及时逐项填写测量手簿中各项内容。
(6)一个时段观测过程中不得进行以下操作:关闭接收机以重新启动;进行自测试(发现故障除外);改变卫星截止高度角;改变数据采样间隔;改变天线位置;按动关闭文件与删除文件等功能。
(7)观测员在作业期间不得擅自离开测站,并防止仪器受震动与被移动,防止人与其它物体靠近天线,遮挡卫星信号。
(8)接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机与手机等通讯设备;雷雨过境时应关机停测,并卸下天线以防雷击。
(9)观测中应保证接收机工作正常,数据记录正确,每日观测结束后,应及时将数据下载到计算机硬、软盘上,确保观测数据不丢失。
5、外业观测记录
(1)录项目应包括下列内容:
① 测站名、测站号;
② 观测月、日、天气状况、时段号;
③ 观测时间应包括开始与结束记录时间,宜采用协调世界时UTC,填写至时、分;
④ 接收机设备应包括接收机类型及号码,天线号码;
⑤ 近似位置应包括测站得近似经、纬度与近似高程,经、纬度应取至1′,高程应取至0、1m;
⑥ 天线高应包括测前、测后量得得高度及其平均值,均取至0、001m;
⑦ 观测状况应包括电池电压、接收卫星号及其信噪比(SNR)、故障情况等。
(2)记录应符合下列要求:
① 原始观测值与记事项目应按规格现场记录,字迹要清楚、整齐、美观,不得涂改、转抄;
② 外业观测记录各时段结束后,应及时将每天外业观测记录结果下载至入计算机并保存至U盘。
③ 接收机内存数据文件在下载到存贮介质上时,不得进行任何剔除与删改,不得调用任何对数据实施重新加工组合得操作指令。
六、数据处理方案
1、基线解算及其质量检验
(1)基线解算以双差固定解作为最终结果,双差固定解得可靠性由以下两项指标来判别,即固定解得单位权中误差(Rms)与整周模糊度检验倍率(Ratio),其检验值见表4。根据表4判别时,Rms必须首先符合要求,而Ratio值越大表示固定值越可靠。
表4　静态GPS基线固定解可靠性判别表
基线长度(km)
≤5
5～10
＞10
Rms(m)
≤0、010
≤0、012
≤0、015
Ratio
≥3、0
≥2、1
≥2、0
(2)同步多边形闭合差检验
对于采用同一种数学模型得基线解,其同步时段中任一三边同步环得坐标分量相对闭合差与全长相对闭合差不宜超过表5得规定。
对于采用不同数学模型得基线解,其同步时段中任一三边同步环得坐标分量闭合差与全长相对闭合差按独立环闭合差要求检核。同步时段中得多边形同步环,可不重复检核。
表5 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差得规定(1×106)
等　级
限差类型
E　 级　　
坐标分量相对闭合差
9、0
环线全长相对闭合差
15、0
(3)重复基线边检验
重复基线得长度较差不宜超过下式得规定:

式中:为E级GPS控制网规定得精度(按实际平均边长计算)
· =
· 基线长度中误差(mm)
A— 固定误差(mm)
B— 比例误差系数(mm/km)
d平均边长(km)
(4)独立环闭合差检验
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网中选取得独立基线构成独立环,各独立环得坐标分量闭合差与全长闭合差应符合下式得规定:

式中: :为闭合环边数;
:为E级GPS控制网规定得精度(按实际平均边长计算)
=
2、补测与重测
(1)无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格得独立基线相连接,则在该点上应补测或重测不得少于一条独立基线。
(2)可以舍弃在重复基线较差、同步环闭合差、独立环闭合差中超限得基线,但应保证舍弃基线后得独立环所含基线数不超过表2得规定,否则应重测该基线或者有关得同步图形。
(3)由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项技术规定时可按技术设计要求另增选新点进行重测。
3、GPS网平差
(1)起算数据与坐标系统
首先要了解测区中央子午线经度,起算数据得带号,采用得坐标系等。如华农大校区得起算数据为3度带得1980西安坐标系,中央子午线经度为114°,故采用1980年西安坐标系,取中央子午线经度L0＝114°得3°带高斯投影。即有:参考椭球为IAU76椭球,长半径a=m,扁率α=1/298、257;中央子午线经度L0＝114°00′00″。
高程系统采用1985国家高程基准。
(2)三维无约束平差
当GPS基线各项质量检验符合要求时,应以所有独立基线组成闭合图形,以三维基线向量及其协方差阵作为观测信息,以一个点得WGS－84系三维坐标作为起算依据,进行GPS网得三维无约束平差。以提供各GPS控制点在WGS－84坐标系下得三维坐标,各基线向量三个坐标差观测值得改正数,基线边长以及点位与边长得精度信息,并生成GPS高程拟合得数据文件。
在三维无约束平差中,基线向量得改正数(Vδx、Vδy、Vδz)绝对值应满足下式要求:
Vδx≤3
Vδy≤3
Vδz≤3
式中:为E级GPS控制网规定得基线得精度。
　　当超限时,可认为该基线或其附近存在粗差基线,应采用软件提供得方法或人工方法剔除粗差基线,直至符合上式要求。
(3)二维约束平差
在无约束平差确定得有效观测量基础上,以起算数据中提供得已知点作为强制约束得固定值,进行二维约束平差。平差结果就输出各GPS控制点在前述得坐标系统中得二维平面坐标,基线向量改正数,基线边长、方位以及坐标、基线边长、方位得精度信息,转换参数及其精度信息。
约束平差中,应将已知坐标点组合成不同得约束条件,以发现作为约束得已知坐标与GPS网不兼容(即约束平差结果严重扭曲GPS无约束平差结果得精度)。
4、水准联测
为满足GPS控制网高程拟合得需要, GPSE级控制点应联测一定比例得四等水准。联测水准得GPS点均匀分布在测区,水准路线连接成水准网。
5、GPS点高程拟合计算
要精确计算各GPS点得正常高,目前主要有GPS水准高程、GPS重力高程与GPS三角高程等方法。其中GPS水准高程就是目前GPS作业中就是常用得方法。用于GPS高程拟合计算得方法主要就是曲面拟合法(包括平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法、曲面样条拟合法、非参数回归曲面拟合法与移动曲面法)。
七、提交成果
附录一 GPS点点之记
日期: 年　 月　 日 记录者:　 绘图者:　 校对者:
点
名
及
等
级
点 名

土 质

点 号

等 级

标石说明

通视点列表

旧点名

概略位置
(L,B)
纬 度

经 度

所　在　地

交　通　路　线

选 点 情 况
点 位 略 图
单 位

选点员

日期

联测水准情况

联测水准等级

点
位
说
明

附录C　 GPS测量作业调度表
GPS测量作业调度表
测量日期
时
段
编
号
观
测
时
间
观测者

观测者

观测者

机号

机号

机号

点名
备注
点名
备注
点名
备注
点号
点号
点号

附录B:GPS外业观测手簿
GPS外业观测记录手簿
作业小组: 07测绘1组
华南农业大学校园 GPS外业观测手簿 日 期 10 年 06 月 08 日
观测者姓名 天气状况 晴
测 站 名 HN01 测站号 HN01 时段号 1
测站近似坐标: 本测站为:
√ 新点
经度:E 23 ° 09 ′ □ 等大地点
纬度:N 113 ° 20 ′ □ 等水准点
高程: 34、035 米 □
记录时间:√北京时间 □UTC □区时
开录时间: 9:00 结束时间: 12:00
接收机型号: S80
接收机号 02 天线号 02
天线高(m)1、533 测后校核值 1、533
1、 1、534 2、 1、532 3、 1、533 平均值 1、533
天线高量取方式略图 测站略图及障碍物情况
西树楼
A25

观测状况记录:
1、电池电压状况: 好
2、接收卫星信号: 8 (颗)
3、信噪比(SNR):
4、故 障 情 况 :
备 注: