工程GPS控制网测量课程设计

1工程GPS控制网测量课程设计按照测绘工程专业教学计划的安排，空间定位技术及应用课程在进行了课堂教学之后，还要进行为时一周的课程设计，使学生在GPS控制测量技术设计方面得到锻炼。这是一个重要的实践性教学环节，也是完成全部工程控制网测量教学任务的最后一个环节。第一节课程设计大纲一、课程设计的目的和要求本课程设计的题目是工程GPS控制网技术设计。工程GPS控制网技术设计是在学完《大地测量基础》、《空间定位技术及应用》课程之后，对所学知识的一次综合性实践和应用。在课程设计中，每个同学要对所学知识进行概括和总结，使课程各部分内容融会贯通，应用系统的GPS测量知识，对工程技术设计作出推理、判断和决策，分析和解决工程GPS控制网布设中的一系列技术问题，做到学以致用。本课程设计的目的是：1、总结和检验《空间定位技术及应用》基本知识的学习情况。通过布设工程GPS控制网的技术实践，深化已有知识，拓宽新的知识，掌握工程GPS控制网技术设计的方法。2、将《空间定位技术及应用》课程中涉及到的大量的、零散的、独立的观点和资料，按照设计任务通知书的要求，经过演绎和归纳、分析与综合、抽象与具体的逻辑结合，而完成技术方案设计任务，达到培养和提高学生的逻辑思维能力和创造性思维能力的目的。3、技术设计说明书是对工程设计进行解释与说明的书面材料，是一种技术性文件。设计者通过对自然语言——文字和人工语言——图像、表格公式等各种书面符号的综合应用，可进行科技写作的锻炼，培养科技写作的能力。为了达到上述目的，在进行课程设计时应满足如下要求：1、设计的项目和内容应该齐全并符合本大纲之规定。设计的四个阶段：编制技术任务书、设计构思、绘制工作图、编制工程设计说明书，不可偏颇。2、全部设计的论点（论断）应该正确、深刻、明确表示设计人所提出的主张、意见和看法。论据力求做到真实、典型、充分、新颖，论据和观点应用本质的和必然的联系。要求公式推导准确，推理符合逻辑规则。3、认真编写技术设计说明书，在谴词、造句、布局、谋篇及行款格式等方面，都要加强自我训练。在文字语言中力求做到：精确（确切无误）、简约（语意精辟、容量较大）、清晰（体现鲜明的逻辑性、条理性、确定性）、平实（纯朴无华、庄重严谨）。图形语言（表、图等）要能说明问题，易于理解，简洁清晰，安排得当，并且不与文字相重复。三、信丰县地籍测量GPS控制网2测绘任务来源：为了满足信丰县第二次土地资源详查工作的需要，信丰县人民政府委托我校在县城进行测量，测制1：500数字化地籍图近40平方公里，具体范围由信丰县土管局圈定；双方于2008年4月8日签订了测绘合同，要求在2009年12月底完成。四、测区自然地理条件及已有测绘成果资料（巢湖市位于安徽省中部，巢湖之滨，属于江淮丘陵区的南部，距合肥市约70公里。实习区位于市区北部山区，其范围是东经117°47′—117°54′，北纬31°36′—31°42′。区内三面环山，南面近邻巢湖。山脉走向为35°－40°，平面图上呈“M”形延伸，主要由龟山、马家山、平顶山、朝阳山、碾盘山、凤凰山、大尖山、岠嶂山等组成。最高峰大尖山海拔高程350m，一般山区海拔高程100－300m，最低处狮子口海拔高程仅20m。实习区西南部的巢湖为我国五大淡水湖泊之一，东南为裕溪河冲击平原，地形平坦，水系发育，系属长江流域。最大的河流为裕溪河，是沟通省会合肥、巢湖与长江的水上通道。实习区交通极为便利，淮南铁路贯穿境内，高等级公路四通八达（图1—1）。以巢湖市为中心，有干线连结合肥市、芜湖市、马鞍山市、江苏省南京市以及邻县庐江、无为、含山等地，乡村都有支线相通。水运以巢湖为中心，水轮、木帆船沿水运可通往合肥及长江沿岸各城镇。图1—1巢湖市交通位置图巢湖市属于北亚热带湿润气候区。气候温和，四季分明，雨量适中，光照充分，热量条件较好，无霜期长，全年在232—247天。年平均气温为15.7—16.1℃，最高可达40℃，最低在-7℃，年平均降水量1200mm，一般在1000—1158mm之间。季节分布不均，春季（三—五月）占年降水量28—32%，夏季（六—八月）占38—44%，秋季（九—十一月）占18—19%，冬季（十二—二月）占10—11%，一年内七月降水最多，十二月最少。区内属于季风气候区，风向有明显的季节性变化，夏季以偏南风为主，冬季以偏北风为主。年平均风速3.0—3.4米/秒，春季最大为3.4—3.7米/秒，秋季最小，为2.6—3.2米/秒。农产品以水稻、小麦为主，豆、薯次之。经济作物有棉、麻、茶叶、油菜、芝麻、花生等；水果有花红、桃、杏、石榴等；水产品有鱼、虾、河蟹等，尤以巢湖银鱼驰名中外，素有鱼米之乡之美称。矿产有煤、白云石、化工石灰岩、熔剂石灰岩、水泥石灰岩、硅石、萤石、耐火粘土、陶用粘土和驰名省内外的半汤矿泉水等。工业较发达，主要为水泥、化工、机械及轻工业等，规模较大的工厂有巢湖水泥厂、安徽维尼纶厂、柴油机厂、油泵油咀厂、铸造厂、坦克修配厂等成果资料1、有等级控制点：①测区附近有总参测绘局测设的2个国家Ⅲ等点猪婆石、茶棚下，经检测精度符合要求后可做为四等平面控制的起算点使用。②测区附近有国家Ⅱ等水准点赣桃—9、赣桃—10、Ⅱ信中1，经检测精度符合要求后可做为四等水准的起算点使用。2、1986年江西省测绘局出版的1：1万地形图，1969年总参测绘局出版的1：5万地形图，可作为测区的设计、工作计划用图。六、课程设计完成后应交的资料1、供图上设计用的1:50000比例尺地形图，其上应标明设计方案的具体网点。1:50000比例尺信丰测区GPS控制网设计图，需标明已知点及新布设的未知点之点位及点名，水准联测路线。3第二节技术设计中若干问题的说明在进行工程GPS控制网技术设计时，会遇到许多技术设计原则灵活应用的问题。本节提出的基线网图形设计和GPS网设计原则，以便于设计时采用一、GPS基线向量网的图形设计1、图形设计的原则网的图形设计主要是取决于工程的具体要求，但是同时必须考虑经费、时间和人力的消耗以及接收机数量和后勤保障条件等，在满足精度要求的前提下将消耗减至最低。具体而言，通常要遵循下列原则：（1）GPS网应尽量采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，这样来增加检核条件以提高网的可靠性。（2）观测站点网点应尽量与原有的地面控制网点相重合，重合点一般不应少于3个（不足时应联测），且在网中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网之间的转换系数。同时亦应考虑与水准点相重合，而非重合点应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以提高高程测量的精度。（3）观测站点一般应设在视野开阔和交通便利的地方以利于观测及水准联测，同时为了便于与经典方法联测或扩展，必须考虑在GPS网点附近布设一些通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。2、基本图形的选择根据GPS网的测量的不同用途，GPS网的独立观测边，应构成一定的几何图形，图形的基本形式如下：（1）三角形网GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据经典测量可知，这种图形的几何图形几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。但其观测工作量较大，尤其当接收机数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长，因此通常只有当网的精度和可靠性要求较高，接收机数目在三台以上时，才单独采用这种图形，如下图所示：（2）环形网4环形网是由若干含有多条独立观测边的闭合环组成的网，这种图形与经典测量中的导线相似，图形的结构比三角形稍差。此时闭合环中所含基线边的数量决定了网的自检能力和可靠性（3）星型网二、GPS网的设计准则为了达到GPS测量高精度、高效益的目的，减少不必要的耗费，在测量中遵循这样的原则：在保证质量的前提下，尽可能地提高效率、降低成本。所以对GPS测量各阶段的工作，都要精心设计，精心组织和实施。建议用户在测量实施前，对整个GPS测量工作进行合理的总体设计。总体设计，是指对GPS网进行优化设计，主要是：确定精度指标，网的图形设计，网中基线边长度的确定及网的基准设计。在设计中用户可以参照有关规范灵活地处理，下面将结合国内现有的一些资料对GPS测量的总体设计简单地介绍一下。2、选点为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量要求，测站上空应尽可能的开阔，在高度截止角以上不能有成片的障碍物；为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有大功率无线发射源（如电视台、电台、微波站等）；在50m内不能有高压输点线和微波无线点信号传递通道。为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号发射强烈的地形地物，如高层建筑、成片水域等；为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方；测站还应选择在易于保存的地方。3、基线长度GPS接收机对收到的卫星信号量测可达毫米级的精度。但是，由于卫星信号在大气传播时不可避免地收到大气层中电离层及对流层的扰动，导致观测精度的降低。因此在使用GPS接收机测量时，通常采用差分的形式，用两台接收机来对一条基线进行同步观测。在同步观测同一组卫星时，大气层对观测的影响大部分都被抵消了。基线越短，抵消的程度越显著，因为这时卫星信号通过大气层到达两台接收机的路径几乎相同。同时基线越长时，起算点的精度对基线的精度的影响越大。起算点的精度常常影响基线的正常求解。因此，建议用户在设计基线边时，应兼顾基线边的长度。通常，对于单频接收机而言，基线边应以20km范围内为宜。基线边过长，一方面观测时间势必增加，另一方面由于距离增大而导致电离层的影响有所增加。54、网的基准可以通过下面的一些方法提高GPS网的可靠性：（1）增加独立基线数（2）保证一定的重复设站次数（3）保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连（4）在布网时要使网中的所有最小异步环的边数不大于6条6、提高GPS网精度的方法可以通过下列方法提高GPS网的精度：为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线；为提高整个GPS网的精度，可以在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架；在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条；若要采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高/正高，则需在布网时选定一定数量的水准点。水准点的数量应尽可能的多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包含在其中；为提高GPS网的尺度精度，可采用增设长时间、多时段的基线向量。一、导线网的布设应符合下列规定：1导线网用作测区的首级控制时，应布设成环形网，且宜联测2个已知方向。2加密网可采用单一附合导线或结点导线网形式。3结点间或结点与已知点间的导线段宜布设成直伸形状，相邻边长不宜相差过大，网内不同环节上的点也不宜相距过近。二、导线点位的选定，应符合下列规定：1点位应选在土质坚实、稳固可靠、便于保存的地方，视野应相对开阔，便于加密、扩展和寻找。2相邻点之间应通视良好，其视线距障碍物的距离，三、四等不宜小于1.5m；四等以下宜保证便于观测，以不受旁折光的影响为原则。3当采用电磁波测距时，相邻点之间视线应避开烟囱、散热塔、散热池等发热体及强电磁场。4相邻两点之间的视线倾角不宜过大。5充分利用旧有控制点。三、导线点的埋石应符合附录B的规定。三、四等点应绘制点之记，其他控制点可视需要而图上设计应遵循以下各点：（1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。（2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。（3）6布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。（4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为2～4km；城市建筑区和工业区为1～2km。（5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统