川豫鲁天然气管道(东明-齐河)工程段(e级)gps控制网设计说明书-本科论文.doc

目 录
1． 测区概况…………………………………………………………………………………… 2
2． 保证质量的主要措施及要求……………………………………………………………… 2
3． 工作安排 ……………………………………………………………………………………2
4． 要求及规范 ………………………………………………………………………………… 2
5． 规格和精度 …………………………………………………………………………………3
6． 已有资料及利用 ……………………………………………………………………………3
7． GPS接收机选型及检验………………………………………………………………………3
8．（E）级GPS网………………………………………………………………………………4
8.1平面控制测量…………………………………………………………………………… 4
8.2高程测量………………………………………………………………………………… 4
8.3选点的基本要求………………………………………………………………………… 5
8.4布网设计的原则………………………………………………………………………… 5
8.5埋石要求………………………………………………………………………………… 6
8.6观测及基本技术要求…………………………………………………………………… 6
8.7观测作业要求…………………………………………………………………………… 8
8.8 GPS网平差处理………………………………………………………………………… 9
9．外业成果解算及检核………………………………………………………………………… 9
9.1同步观测环检核………………………………………………………………………… 9
9.2异步观测环检核………………………………………………………………………… 10
10．GPS网平差过程和要求 ……………………………………………………………………10
10.1网平差过程和要求………………………………………………………………………10
11．提交结果资料项目………………………………………………………………………… 10

川豫鲁天然气管道（东明—齐河）工程段
（E级）GPS控制网设计书

内容摘要：川豫鲁天然气管道东明—齐河段质量的主要措施及要求、平面控制测量、
高程测量、观测及基本技术要求、GPS网平差处理。

关键词：平面控制测量 GPS控制测量 高程测量 数据处理

引言：为了改善东部的能源短缺，满足东部经济发展的需要，加快城市建设，为川鲁豫天然气管道（东明—齐河）工程段测量带状地形图提供可靠的基础数据，保障各工程段顺利成功的连接，由中原油田勘察设计研究院对此段工程进行勘察，测量相关数据和带状地形图，设计出管线图。

一 测区概况
川豫鲁天然气管道东明—齐河段全线长180公里，是西气东输的重要工程之一，本工程是为了改善东部的能源短缺，满足东部经济发展的需要，更充分、有效、合理的利用能源，改善能源分布不均的状况，测区从南到北途径东明市、黄河、濮阳县、范县、齐河，并且穿越黄河，跨越汤濮铁路，由于线路跨越的范围较大，沿线村庄较多，沟渠纵横，地形较为复杂，为以后的测量带状地形图带来不便。
二 保证质量的主要措施及要求
在生产过程中，认真推行全面质量管理，建立有效的质量控制网络，确保所需数据的质量。作业前，技术人员和作业人员都必须认真详细的学习规范、规定和有关文件精神，在充分了解规范、图式和设计书及有关要求的基础上，做到统一认识和统一标准，为确保质量符合要求打下基础。做好仪器设备的检验校正工作，使仪器设备处于良好的状态，对使用的资料要认真检查，保证资料的正确性和合法性。作业过程中，测绘队领导和技术人员要经常深入作业现场，了解情况，发现问题及时解决。检查验收工作要及时跟上，保证做到按质按量按时完成任务。
三 工作安排
（一）三月初开始，三月十号外业工作结束，三月中旬提供全部结果资料。
（二）所需仪器设备：静态GPS六台套、汽车三部、钢尺六把、铁锤一把、带十字丝钢钉50根、带十字丝的水泥桩10个、红漆两桶、测量技术人员7人，共10人。
（三）工人工资5万元，食宿费用及其他共2万元，总计7万元。
四 要求及规范
为了统一川豫鲁输气管道工程测量技术要求，应该遵循以下要求及规范：
（一）《工程测量规范》（GB 50026—93）
（二）《长距离输油输气管道测量规范》（SY/T 0055—2003）
（三）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/ 18314—2001）
（四）本区测量技术设计书
如上述规范与本设计书有矛盾的以本设计书为准。本设计书未写入或未提及的按上述规范执行。
五 规格和精度
（一）坐标系统采用1954年北京坐标系统，高程采用1985国家高程基准。
（二）平面采用高斯正投影，按6度分带，中央子午线为117度。横坐标+500000。
六 已有资料及利用
（一）形图资料：中华人民解放军总参谋部测绘局1：50000地形图（1954年北京坐标系，1985年黄海高程系）。
（二）二等点测量资料：东明、大瓜张、黄庄、催楼、吴屯、大辛庄，都保存良好可做为首级GPS网平面起算点。其数据如下表：
（表1） 已知点的三维坐标
点名
Y(N)
X(E)
Z（H）
东明
3912929.500
324639.700
64.980
大瓜张
4075311.150
482623.000
22.100
黄庄
4017060.100
403201.200
35.780
崔楼
3948375.500
354042.680
50.280
吴屯
3968920.110
359686.430
46.820
大辛庄
4055621.988
442926.429
27.018
（三）、测区内的已知点年数已久，作业前应对其进行兼容性进行检测。
七 GPS接收机选型及检验
GPS接收机是完成任务的关键设备，其性能、型号、精度、数量和测量的精度有关，GPS接收机的选用可参考（表2）

级别
AA
A
B
C
D、E
单频/双频
双频/全波长
双频/全波长
双频
双频或单频
双频或单频
观测量至少有
L1、L2载波相位
L1、L2载波相位
L1、L2载波相位
L1载波相位
L1载波相位
同步观测接收机数
≥5
≥4
≥3
≥3
≥2
八 （E）级GPS网
（一） 平面控制测量
1．平面控制测量可采用电磁波测距导线测设，线路长度不远于30千米与国家已知控制点或GPS接受收机测设的控制点进行联测。
2．联测的已知控制点应是国家等级控制点。
3．采用GPS接收机测量控制点时，参照《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/ 18314—2001）规范中的E级要求执行。最大点间距可以达到15千米左右，野外观测时，可观测一个时段。
4．首级控制从已知国家三角点中选取不于3个控制点，作为E级GPS起算点。起算点要求分布合理，构网图形良好。
5．测区内共布设E级GPS点36个，包括起算点，E级GPS点分布应能覆盖控制整个测 区。
6．由于受地形和边长的限制，点与点间可以不通视。
7．选点和埋石应按照《规程》有关要求执行，其基本技术要求应该符合现行行业标准《规程》的规定。
（二） 高程测量
管道测量对高程的要求比较严格，要想提高高程测量的精度，大地高（差）测定的精度是影响GPS水准精度的主要因素之一，因此可以用以下办法：
1．提高局部GPS网基线解算的起始点坐标的精度，改善GPS星历的精度，选用双频接收机，观测是应选择最佳的卫星分布，减弱多路径误差和对流层延迟误差，大于10千米的GPS网点应实测气象参数。
2．提高联测几何水准的精度。
3．提高转换参数的精度。
4．提高拟合计算的精度。
（三） 选点的基本要求
1．点位应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上。
2．点位目标要显著，视场周围15度以上不应有障碍物，以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收。
3．点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于200 m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m。以避免电磁场对GPS信号干扰。
4．点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接受的物体，以减弱多路径效应的影响。
5．点位应选在交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方。
6．地面基础稳定，易于点的保存。
7．选点人员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选定点位。当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性，以及站标是否安全、可用性进行检查，符合要求方可利用。
8．网形应有利于同步观测边、点联结。
9．当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。
10．GPS点均应按实地绘制点之记（包括利用的旧点）。并应符合规程的要求。
11．GPS点的点号命名为Hxxx：如H001 .H025。
（四） 布网设计的原则
GPS图形设计时，因GPS同步观测不要求通视，所以其图形设计具有较大的灵活性。GPS网的图形设计主要取决于工程所要求的精度、用户的要求、经费、时间、人力、以及投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。
1．GPS网的点与点间尽管不要求通视，但考虑到利用常规测量加密时的需要，每点应有一个以上通视方向。
2．为了顾及原有城市测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，应采用原有城市坐标系统。对凡符合GPS网点要求的旧点，应充分利用其表石。
3．GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或符合线路。各级GPS网中每个闭合环或符合线路中的边数应符合下表：（表2）
（表2） 最简独立闭合环或符合线路边数的规定
级别
A
B
C
D
E
闭合环或符合线路的边数

≤5

≤6

≤6

≤8

≤10
4．GPS网的边长要符合要求，如下表：（表3）
（表3 ） GPS网的边长要求 单位：（km）
级别
项目
AA
A
B
C
D
E
相邻点最小距离
300
100
15
5
2
1
相邻点最大距离
2000
1000
250
40
15
10
相邻点平均距离
1000
300
70
15—10
10—5
5—2
（五） 埋石要求
1．GPS网点一般应埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位
2．固定桩要选择在永久地物上做标志、带十字丝的钢钉或埋设水泥桩。点位选择在坚硬的铺装路面上时，一般采用长15cm、Ø20mm的钢筋钉作为点位标志，在其顶面中心钻一小孔（或刻一个“十”字），位于软质地面上的点位，埋设[12cm×12cm]（顶）×[20cm×20cm]（底）×50cm（高）的水泥桩。
3．埋桩时，桩要露出地面50mm。
4．点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。
（六） 观测及基本技术要求
GPS点作业应符合下表的要求（表4）

级别
项目

AA

A

B

C

D

E
卫星截止高度角（度）
10
10
15
15
15
15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥20
≥9
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥10
≥6
≥4
≥2
≥1.6
≥1.6
级别
项目
AA
A
B
C
D
E
时段
长度
（min）
静态
≥720
≥540
≥240
≥60
≥45
≥40
快速
静态
双频+P（Y）码
—
—
—
≥10
≥5
≥2
双频全波
—
—
—
≥15
≥10
≥10
单频或双频半波
—
—
—
≥30
≥20
≥15
采样间隔
（s）
静态
30
30
30
10—30

快速静态
—
—
—
5—15
5—15
5—15
时段中任
一卫星有
效测时间
（min）
静态
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
快速
静态
双频+P（Y）码
—
—
—
≥1
≥1
≥1
双频全波
—
—
—
≥3
≥3
≥3
单频或双频半波
—
—
—
≥5
≥5
≥5
注：
①在各时段中观测，观测时间符合规定的卫星，为有效观测卫星；
②计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数；
③观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段；
④观测时间段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。
（七） 观测作业要求
1．作业组应严格按调度表（如：表5）的时间作业。保证同步观测的是同一组卫星组。当情况有变化需要修改调度计划时，应经作业队负责人同意，观测组不能擅自更改计划。时段长度双频机不得小于20分钟，单频机不得小于45分钟，超过五公里时，时段长度适当延长，有效观测卫星数应多于4颗，数据采集间隔为15秒。
2．接收机电源电缆和天线电缆应接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。
3．每时段开机前，作业员应量取天线高，并及时输入相关信息（测站名、日期、时段号、天线高、改正数等）信息，关机时再量取一下天线高作为检核，两次量取的天线高互差不得大于3mm，取平均值作为最后结果，记录在手薄。如果互差超限，应查明原因，提出处理意见记入测量手簿的备注栏中。天线高的量取方法应符合《规程》。
4．接收机开始记录数据后，作业员可使用专用功能键选择菜单，查看测站信息. 接收卫星数. 卫星号. 各通道信噪比. 实时定位结果及存储介质记录情况等。
5．仪器工作正常后，作业员应及时逐项填写测量手簿中的各项内容，当观测时间超过60分钟以上时，应每隔30分钟记录一次，记录手簿应遵循《规程》。
6．一个时间段观测过程中不得进行以下操作：关闭接收机并重新启动；进行自动测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变数据采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文件等功能键。
7．观测员在作业期间不得擅自离开测站，防止仪器受到震动或人为移动，防止人或其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。
8．接收机在观测过程中不应在接收机旁边使用对讲机、手机、雷雨过境时应关机停测，并取下天线以防雷击。
9．观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时把数据转存到计算机的硬或软盘上，确保观测数据不被丢失。
10．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。
（表5） GPS作业调度表
时段
编号
观测
时间
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
机号
机号
机号
1

2

（八） GPS网平差处理
在各项质量检核符合要求后，以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差阵作为观测信息，以一个点WGS—84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。无约束平差应提供各控制点在WGS—84系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息。
无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足下式：
≤3σ ≤3σ ≤3σ
式中，σ为该等级基线的精度。
否则，认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的方法或人工方法剔除粗差基线，直至符合上式要求。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（ ，，）应符合下式要求：
≤2σ ≤2σ ≤2σ
式中，σ为相应等级基线的规定精度。
否则，认为作为约束的已知坐标，已知距离，已知方位与GPS网不兼容，应采用软件提供的或认为的方法剔除某些误差大的约束值，直至符合上式要求。
九 外业成果解算及检核
为了评估外业观测成果质量，保证外业成果达到相应的精度，外业观测时要及时对当天观测数据进行处理和检核，对于不合格的测站数据应进行补测，以保证外业数据真实可靠。外业检验项目包括：
（一） 同步观测环检核
当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的，所以其闭合差应恒为零，但是由于模型误差和处理软件的内在缺陷，使得这种同步环的闭合差一般数值很小，不至于对定位结果产生明显影响，所以也可把它作为成果质量的一种检核标准。
一般规定，三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于下列数值。
≤σ ≤σ ≤σ
≤σ
（二） 异步观测环检核
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网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式：
≤ ≤ ≤ ≤
式中：n——闭合环边数
σ——相应级别规定的精度
十 GPS网平差过程和要求
（一） 网平差过程和要求
同一级网所有点观测完毕，各类闭合差检查通过后，汇集全部数据，按照补网略图，挑选独立基线，进行“二维约束平差”，高程采用拟合方法推算。在进行二维约束平差时，用相同的已知点且已知点具有不同坐标系成果，分别参加“二维约束平差”计算。如参与约束的已知点坐标为1954年北京坐标系，所解的所有点都为1954年北京坐标系。
（二） 网平差数据内容及要求
不论采取何种GPS后处理软件均要求平差计算后提供以下基本信息：
1．测区和测站基本信息
2．观测值数据和测站数据删除率
3．平差所采用的坐标系统，基本常数
4．起算数据和数据处理方法
5．平差结果和平差精度
十一 提交结果资料项目
1．测量任务书与专业设计书；
2．点之记、卫星可见性预报表和观测计划
3．外业观测记录、测量手簿及其他记录
4．接收设备、气象及其他的仪器的检验资料
5．外业观测数据质量分析及野外检核计算资料
6．数据加工处理中生成的文件、资料和成果表
7．GPS网展点图
8．技术总结和成果验收报告

附表一 毕业设计（论文）任务书
题目名称：川豫鲁天然气管道（东明—齐河）工程段（E级）GPS控制网设计书
学生姓名
汪山林
所学专业
测绘工程
班级
03 测绘
指导教师姓名
沙丛术
所学专业

职称
副教授
一、设计（论文）主要内容
（一） 测区概况
（二）保证质量的主要措施及要求
（三）工作安排
（四）要求及规范
（五） 规格和精度
（六）已有资料及利用
（七）GPS接收机选型及检验
（八）（E）级GPS网布设原则和选点的要求
（九） 外业成果解算及检核
（十） GPS网平差过程和要求
（十一）提交结果资料项目
二、毕业设计的主要技术指标（文科不填）
GPS网的边长要求 单位：（km）
级别
项目

AA

A

B

C

D

E
相邻点最小距离
300
100
15
5
2
1
相邻点最大距离
2000
1000
250
40
15
10
相邻点平均距离
1000
300
70
15—10
10—5
5—2
三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于下列数值。
≤σ ≤σ ≤σ ≤σ
同名基线相应改正数的较差（ ，，）应符合下式要求：
≤2σ ≤2σ ≤2σ
毕业设计（论文）开题报告
附表二

题目名称：川豫鲁天然气管道（东明—齐河）工程段（E级）GPS控制网设计书
学生姓名
汪山林
专业
测绘工程
班级
03 测绘
一．选题的目的意义
（一）把实习和内业更好的联系起来，进一步了解GPS在控制测量中应用的作业流程。
（二）保证测区内地形图的现势性，为测带状地形图提供可靠的基础数据。
（三）本设计对我以后的工作及工程测量的外业作业具有很大的意义。

二、国内外研究综述
管道选线的原则是将线路最短、投资最低的线路作为最佳线路线。目前，国外选线一般都是利用卫星图片、航行图纸及遥感测量所获得的资料作为研究线路的依据，并规定选定的线路长度不得超过航空距离的12%。
    美国和苏联在线路勘察设计技术方面比较先进。美国阿拉斯加输气管道的线路勘测，采用先进的摄影技术，从U-2飞机和NASA的CV990飞机上拍摄地面情况，使用了一种高分辨率的脉冲聚雷达仪、美国空军卫星定位系统和T14100全球导航仪。苏联主要采用航空测绘技术，并开发了相应的软件程序，对航测数据进行计算机自动化处理，建立了勘测自动化系统，获得了显著的经济效果。我国西气东输管道选线和定线过程中采用了卫星遥感技术，以地理信息系统(GIS)技术为平台，直接从最新的遥感影像图上进行线路选择，然后再将选定的坐标用全球卫星定位系统(GPS)进行现场定位，线路度由最初可研阶段的4167km缩短为3900km，节约投资约27×108元
三、毕业设计（论文）所用的方法
（一）从实习单位收集相关资料
（二）结合相关专业课本知识
（三）结合专业老师的精心指导

四、主要参考文献与资料获得情况
（一）《控制测量》上册（第二版）孔祥元、梅是义主编 武汉大学出版社 2002年1月
（二）《工程测量》 陈龙飞、金其坤编著 同济大学出版社 1990年8月。
（三）《建筑施工技术》（第一版）吴来瑞、邓学才编著 中国建筑工业出版社 1997年10月
（四）川豫鲁天然气管道总设计书
（五）《 GPS测量应用 》徐绍铨 张华海 武汉大学出版社 2001年3月
（六）《数字地图测绘》 张书华 沙丛术 北京理工大学出版社 2005年7月

五、指导教师审批意见

年 月 日
附表三 毕业设计（论文）中期检查报告

题目名称：川豫鲁天然气管道（东明—齐河）工程段（E级）GPS控制网设计书
设计人姓名
汪山林
所学专业
测绘工程
班级
03 测绘
一、阶段性成果
（一）通过一个月的实习，我加深了对运用GPS控制测量工作流程的理解。
（二）从实习单位收集相关资料，并进行整理。
（三）结合相关专业课本知识等资料把之前收集并整理的资料加以理解，并进行进一步理解。
（四）制定方案进行对比并最终确定方案。
二、存在的问题
由于实习的内容有限及一些相关资料的收集不足，使该设计某些方面还有一定的缺陷，另外，我自身对本设计所涉及的某些知识掌握还不够到位。
三、拟采取的研究方法和可行性分析
（一）从实习单位收集相关资料
（二）结合相关专业课本知识及专业老师的指导
（三）本设计对外业的进展具有指导意义
四、指导教师对学生劳动纪律、设计（论文）进展等方面的评语

年 月 日
毕业设计（论文）的评价意见

指导教师评语：

分数： 签名： 年 月 日
评阅人评语：

分数： 签名： 年 月 日
答辩小组评语：

答辩小组成员签字：
分数： 签名： 年 月 日
答辩委员会意见（同意给优、良、中、及格、不及格等次）

分数： 签名： 年 月 日

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