E级GPS测量技术设计书

章贡区E级GPS控制网设计书江西理工大学应用科学学院2016年6月23日一、任务概述为了满足章贡区第二次土地资源详查工作的需要，章贡区人民政府委托我校在中心城区进行测量，测制1：500数字化地籍图近50平方公里，具体范围由章贡区土管局圈定；双方于2016年6月20日签订了测绘合同，要求在2016年8月底完成。为完成本次测图任务需要布设一控制网，要求2个月内完成。二、测区概况章贡区位于江西省南部、赣州市中偏西北部，北纬25°40′16″～25°58′56″、东经114°46′44″～115°3′40″间。东、南、北与赣县接壤，西与南康市、赣州经济技术开发区相邻，总面积375.52平方千米。2009年底，辖水东、水南、水西、沙石、沙河5个镇和赣江、解放、南外、东外4个街道办事处，共57个行政村，48个街道社区居民委员会和10个镇辖居民委员会。章贡区属低山丘陵区。地势由东南、西北向中部倾斜，略呈马鞍形。东南、西北高，为丘陵山地，中部平缓，为河谷平原。最高点为峰山，海拔1016.4米；最低点在水西镇白田村西部田塅，海拔93米。境内河流有章江、贡江，交汇合流为赣江而北去。美丽的赣州古城正处于低山、丘陵的环抱，章、贡、赣江的环绕之中，构成“山为翠浪涌，水作玉虹流”的靓丽风光，有“千里赣江第一城”誉称。境内山脉被章、贡、赣三江截为东、东南、西北三部分，分属武夷山脉、九连山脉、罗霄山脉余脉。全境有群山作屏障，中部有三江滋润土地，尽夺山川之灵气。章贡区属亚热带季风湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，光照充足。年均气温19.4℃，无霜期286日，年均降水量1494.8毫米,年均日照1888.5小时；冬盛行偏北风，夏盛行偏南风，年均风速1.9米/秒，适宜各种生物繁衍生长。三、测量依据1、《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314—2009）；2、《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73—99）；3、《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ/T066—98）；4、《数字产品质量要求》（GB17491.1）;四、已有资料利用情况1、有等级控制点：①测区附近有国家二等三角点：3个，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2个，经检测精度符合要求后可做为四等水准的起算点使用。2、2010年卫星遥感图可作为测区的设计、工作计划用图。五、布网方案1、GPS测量主要技术要求（1）平均边长表1GPS网中各点平均边长AAABCDE级别项目平均距离10003007010~155~100.2~5（2）外业观测要求表2各级GPS测量基本技术要求规定AAABCDE卫星截止高度角（°）101015151515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≥2≥4≥4观测时段数≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6表3观测技术要求AAABCDE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≥5≥2单频或双频半波---≥30≥5≥2采样间隔S静态30303010~3010~3010~30快速静态---5~55~155~15级别项目级别项目时间中任一卫星有效观测时间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、在时段中观测时间符合表7中第七项规定的卫星，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、观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。5、所做E级GPS控制网还应符合以下要求：相对中误差1/45000；cpop值6；闭合环或附合路线边数8。工具：水泥钉、1台能够正常使用的计算机及中海达GPS静态接收机4台套/组、联机使用的HDS2003数据处理软件。2、布网要求GPS网相邻点间基线中误差按下式计算：22()abd式中a(mm)为固定误差；b(ppm)为比例误差系数；d(km)为相邻点间的距离。GPS-E级网的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的1/2～1/3；最大距离应为平均距离的2～3倍。表1GPS网的主要技术要求级别平均距离(km)a(mm)b(1×10-6)最弱边相对中误差E级0.2～5≤10≤201/45000注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。3、布网原则与网形设计（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。GPS网的点与点间不要求每点通视，但考虑常规测量方法加密时的应用，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的沿用，对凡符合GPS-E级网布点要求的旧有控制点，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的边数应符合表2的规定。非同步观测的GPS基线向量边，应按所设计的网图选定，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的规定级别E级闭合环或附合线路边数（条）≤10（4）为求定GPS点在80西安坐标系中的坐标，应与当地80西安坐标系中的原有控制点联测，联测总点数不得少于3个。（5）为了求得GPS网点正常高，应进行水准测量的高程联测，高程联测采用等级水准测量方法进行，联测的GPS-E级控制点且应均匀分布于网中。六、作业要求1、选点在了解任务、目的、要求和测区自然地理条件的基础上，进行现场踏勘，最后进行选点。选点应符合下列要求：（1）点位的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）点位的基础应坚实稳定，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和操作，视野应开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于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的干扰；（5）点位附近不应有对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减少多路径效应的影响；（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的控制点及其标石，但利用旧点时应检查旧点的稳定性、完好性，符合要求方可利用；（8）选好点后应按合理的方法给GPS点编号。此外，有时还需考虑测区内的通讯设施、电力供应等情况，以便于各点之间的联络和设备用电或充电。综上所述，结合测区的实际情况，GPS控制点宜布设在较高的永久性建筑物、山顶及其它符合要求的地方，或已成型的较宽的城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固的建（构）筑物上。2、标石埋设（1）E级GPS点的标石及标志规格参见附录D，标石的中心标志用铜材料制作，标志中心应刻有清晰、精细的十字丝；（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，或现场浇灌的标石凝固后2～3天方可观测。3、观测准备（1）每天出发工作前应检查电池容量是否充足，仪器及其附件是否携带齐全。（2）作业前应检查接收机内存是否充足。（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的铅垂线方向上，对中误差应小于3mm。天线应整平，天线基座上的圆水准所泡应居中；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的时间进行作业，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）接收机电源电缆和天线应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。（3）各观测时段的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。天线高是指观测时天线平均相位中心至测站中心标志面的高度，分为上、下两段：上段是指相位中心至天线底面的高度，这是常数hc，由厂家给出；下段是从天线底面至测站中心标志面的高度，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的距离，互差应小于3mm，取平均值为L，天线底盘半径为R，再利用厂家提供的hc，按天线高22chLRh求出。（4）接收机开始记录数据后，作业人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、实时定位结果及存贮介质记录情况等。（5）仪器工作正常后，作业员及时（每隔15min）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；按动关闭文件和删除文件等功能。（7）观测员在作业期间不得擅自离开测站，并防止仪器受震动和被移动，防止人和其它物体靠近天线，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和手机等通讯设备；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/年积日、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的近似经、纬度和近似高程，经、纬度应取至1′，高程应取至0.1m；⑥天线高应包括测前、测后量得的高度及其平均值，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原始观测值和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录入计算机硬、软盘；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的操作指令。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，双差固定解的可靠性由以下两项指标来判别，即固定解的单位权中误差（Rms）和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）≤55～10＞10Rms(m)≤0.010≤0.012≤0.015Ratio≥2.5≥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的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不宜超过表5的规定。对于采用不同数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差要求检核。同步时段中的多边形同步环，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的规定（1×10-6）等级限差类型E级坐标分量相对闭合差6.0环线全长相对闭合差10.0（3）重复基线边检验重复基线的长度较差不宜超过下式的规定：22ds式中：为E级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）（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的规定：33333xyzsnnnn式中:n:为闭合环边数；:为E级GPS控制