GPS城市控制网设计毕业论文


    梧州市GPS城市控制网设计
    目录
    梧州市GPS城市控制网设计目录………… …………… ………1
    中文摘………………………………………… ………………3
    英文摘………………………………………………………… 4
    第章 引言……………………………………………………… 5
    第二章 GPS控制网布设求原
    第节 网等级精度指标…………………………………8
    第二节 布网原……………………………………………9
    第三节 网形设计基形式连接方式…………………10
    第四节 GPS控制网设计方案常规网较优选……13
    第五节 选点埋石……………………………………………18
    第六节 仪器检查……………………………………………20
    第三章 梧州市GPS控制网设计
    第节 工程项目名称目设计………………………21
    第二节 测区概况……………………………………………21
    第三节 已资料分析利…………………………………23
    第四节 方案设计技术分析………………………………24
    第五节 方案较优选……………………………………26
    第六节 观测方案设计工作实施………………………33
    第四章 GPS成果检核数处理
    第节 已知点性检验………………………………41
    第二节 GPS外业观测成果检核…………………………43
    第三节 数预处理…………………………………………46
    第四节 GPS网差设计……………………………………47
    第五节 GPS网面坐标转换设计…………………………48
    第五章 GPS高程设计
    第节 模型确定……………………………………………54
    第二节 高程拟合方法………………………………………55
    第三节 水准精度估算………………………………………57
    结束语………………………………………………………………59
    致谢…………………………………………………………………60
    参考文献………………………………………………………61
    附录(踏勘报告)………………………………………………62
    附录二(坐标系关说明)…………………………………64
    附录三(GPS点记)……………………………………………65
    附录四(GPS点环视图)…………………………………………66
    附录五(GPS点标石类型)………………………………………67
    附录六(GPS测量手簿记录格式)………………………………69


    中文摘

    设计针梧州市城市发展实际情况结合梧州市城市发展规划城市建设理方案通GPS控制网常规三角控制网济技术分析较优选出GPS控制网设计两种GPS设计方案较优选出中种方案进行优选GPS设计方案网形设计技术分析GPS数处理面坐标转换GPS正常高设计等

    关键词:
    GPS控制网 方案设计
    性检验 数处理
    济技术分析









    ABSTRACT OF ENGLISH
    ABSTRACT
    This design of GPS control network aim arts the actual circumstance that development of WuZhou City and combination the develop programming of WuZhou City and manage the project with city developments and comparing the GPS control network with normal triangle control network economic technique of control net and regulations the analysis comparison then select the GPS control net design as the best design Use the comparison two different GPS control network project design then the better project is selected among them later on Finally again process the better GPS design the net form of the project the designtechnique analysisthe GPS data handleconvert the ordinate and the GPS usual height etc

    KEY WORDS
    GPS control net Project design
    Dependable examination Data handles
    Economic and technique analysis





    第章 引 言
    全球定位系统 (Global Positioning System-GPS)卫星基础线电导航系统具全性(航空航天陆海洋)全球性全天性连续性实时性导航定位定时功类户提供精密三维坐标速度时间1957年10月世界第颗造卫星成功发射空间科学迅速发展类进入崭新时代满足军事部门民部门连续实时三维导航迫切求1973年美国国防部便开始组织海路空三军研究建立新代卫星系统计划目前称授时测距导航系统全球定位系统 通常称全球定位系统
    年GPS 定位技术国已蓬勃发展国测量精密工程测量壳运动监测资源勘察城市控制网等方面应取成验进步展示GPS定位技术显著优越性巨潜力二十世纪GPS定位技术进步发展应更广泛国济建设国防建设发展科学技术进步做出新贡献
    城市控制网方面常规方法完成受方面素限制GPS(全球定位系统)逐步取代常规测绘方法担
    GPS测量较常规测量精度均匀直接获空间三维直角坐标外优越性体现方面:
    1 设计布点方便灵活
    GPS测量成果面分布图形关求点间相互通视布网设计实际选点基受约束具较充分灵活性建立工程控制网时省略工程渡点
    2受时间气候条件限制
    测量工作者实现全天24时作业受阴天黑夜起雾刮风雨雪等气候影响减少完成务时间提高工作效率
    3定位精度计算结果精度高
    载波相位观测量做相定位目前达典型精度10(1ppm)观测时间需1时定位手段难达计算结果优城市测量规范求城市基控制网精度指标
    4观测时间短操作简便
    着GPS系统断完善软件断更新观测时间变越越短目前20km相静态定位仅需15~20分钟动态相定位测量时流动站出发时观测1~2分钟然时定位站仅需秒钟着GPS接收机断改进动化程度越越高接收机体积越越重量越越轻GPS测量操作越越简便
    5费低
    影响测量成素两:设备费工作费根GPS测量特点:需通视时间短精度高时省常规测量方法需通视造标费工期缩短减少工作费目前GPS接收机价格较高着市场扩价格会幅度降低
    6功应广
    GPS系统仅测量导航测速测时应领域然断扩
    年国已建成北京武汉海西安拉萨乌鲁木齐等永久性GPS踪站进行GPS卫星精密定轨高精度GPS 定位测量提供观测数精密星历服务致力国广域差分GPS方案建立参全球导航卫星系统(GNSS)GPS增强系统(WASS)筹建时国已着手建立卫星导航系统(双星定位系统)够生产导航型测型GPS接收机GPS技术应正更深层次发展











    第二章 GPS控制网布设求原
    第节 网等级精度指标
    根国家测绘局部分中华民国测绘行业标准<<全球定位系统(GPS)测量规范>>国家建设部<<城市测量规程>>测区实际情况决定梧州市布设城市三等GPS控制网城市三等GPS控制网精度指标见表:
    表2-1 城市三等GPS控制网精度指标
    等级
    固定误差a(mm)
    例误差系数b(ppm)
    相邻点距离(km)
    相邻点距离(km)
    相邻点均距离(km)
    三等
    ≤10
    ≤5
    1
    10
    5~2
    GPS测量精度标准通常GPS网中相邻点间距离中误差表示形式:
    (21)
    式中:
    ———— GPS基线量距离(弦长)中误差(㎜)
    a ————GPS接收机标称精度中固定误差 (㎜)
    b ————GPS接收机标称精度中例误差系数 (ppm)
    D ————GPS网中相邻点间距离(Km)
    次设计GPS接收机施工单位拥南方NGS200标称精度:
    =5mm±2ppm
    第二节 布网原
    GPS网布设起常规网许优越处测站点间求通视常规网样网形特殊求布设GPS网时般遵循原:
    1GPS网布设应根作业目作业时卫星分布状况预期达精度成果性效率综合考虑优化设计原进行网形设计
    2GPS网般应干独立观测环构成采附线路形式构成检核条件提高网性
    3GPS网中两相邻点距离规定布设考虑次布网特殊情况点间距允许超出规定
    4GPS网点点间求通视考虑利常规测量方法联测加密保证点少通视方
    5布设GPS网点时应量测区前面控制点重合重合点总数少三特殊情况方例外
    6GPS网点应选择交通良易达容易破坏方便减少迁站时耗提高工作效率
    7GPS网点应设易安装接受设备视野开阔远离功率线电发射源附面积水域强烈干扰卫星信号接受物体方
    8GPS网中点利已水准点联测高程外应根需适进行高程联测三等网具体情况联测定数目高程点采等外水准测量精度相方法进行
    第三节 网形设计基形式连接方式
    GPS网特征条件相关计算
    观测时段数: (2-2)
    式中:C观测时段数n网点数m点设站次数N接收机台数
    JC×N×(N1)2 J n1
    J C×(N1) J C×(N1)(n1)
    J:观测基线总数 J:必基线数 J :独立基线数 J :余基线数
    二GPS网布设形式
    根测区形点位精度求GPS网形基形式种:
    1 三角形网
    图2-1示


    图2-1
    种形式GPS网图形结构坚固具良检力效发现观测成果粗差确保网性种网形缺点观测量较接收机数量较少时观测工作时间延长种网形布设梧州市满足梧州市发展需
    2 环形网
    图2-2示



    图2-2
    种网形较检力性工作量较非直接观测基线边精度较直接观测基线边低相邻点间基线精度分布均应种形式网布设城郊满足城乡发展需
    3 符合线路星形网
    图2-3图2-4示


    图2-3 图2-4
    两种图形结构简单布设灵活检力发现粗差力差种形式网山区偏远乡镇里交通便发展速度较慢布设种形式网形济效率
    三GPS网连接形式
    根途GPS网图形布设通常点连式边连式网连式边点连式四种基形式
    1 点连式
    指相邻步图形间仅公点连接种方式布网强度弱没少非步图形闭合条件图2-5:种网般单独布设




    图2-5 图2-6
    2 边连式
    边连式指步图形间条公基线连接图2-6种布网方案网强度较高较复测边非步图形闭合条件相仪器台数条件观测时段数点连式增加精度求较高控制网
    3 网连式
    网连式指相邻步图形间两公点相连接种方法需4台接收机显然种密集布图方法强度性指标相高花费费时间较般适较高精度控制测量
    4边点连式
    图2-7边点连式点连式
    边连式机结合起组成GPS网
    保证网强度提高网
    指标减少外业工作量降低成
    种理想布网方法 图2-7
    5三角锁(边形)连接
    图2-8点连式边连式组成连续发展三角锁步图形连接形式适狭长区GPS布网铁路公路线工程勘测



    图2-8
    6导线网形连接(环形图)
    步图形布设直伸状形导线结构GPS网独立边应组成封闭状形成非步图形检核GPS点性适精度较低GPS布网该布网方法点连式结合起布设
    第四节 GPS控制网设计方案常规网较优选
    GPS测量常规测量方法原理相两者测量前准备工作测量时作业程测量实施程费
    1GPS测量常规测量方法原理较
    典测量基三角测量导线测量建立面网三角高程测量水准测量建立高程网已知点面高等级控制点基光学原理类仪器(纬仪水准仪光电测距仪全站仪等)完成项测量工作观测原理基光学原理已知点选择面观测时互相通视点位选择考虑点点间通视条件网点构成图形强度
    GPS测量利GPS卫星点位系统已知点天空卫星测量时需面某点安置GPS接收机步接收GPS卫星发出卫星信号测出GPS点位坐标基线量已知点选择空中工作原理基载波电码求面点相互通视点位三选择意(需满足GPS观测求)
    2 GPS测量常规测量作业程举例较
    次设计控制面积较设计时间较紧迫没整梧州市全面设计套常规网方案仅取中重点发展城区萃华村块进行常规网设计(见页图2-9图2-10)块GPS网设计方案作较通较出常规网GPS网间优越性差


    2-9 GPS网设计图

    图2-10 常规网设计图
    ⑴常规网工作安排设计:
    8分4组组2适时重新分配手组置测站三组置镜站测站固定组专门负责专记录专观测(样利观测精度加速作业程)观测安排表2-2:
    表2-2 常规网外业观测工作安排
    时间
    观测站
    镜站

    第天


    高旺
    萃华村 木材厂 涧岭

    木材厂
    萃华村 高旺 涧岭

    第二天

    竹柜背
    萃华村 木材厂 潘屋

    潘屋
    萃华村 竹柜背 新兴村

    第三天


    新兴村
    萃华村 竹柜背 潘屋

    涧岭
    萃华村 高旺 新兴村

    第四天

    萃华村
    竹柜背 潘屋 新兴村 木材厂 涧岭 高旺

    萃华村
    竹柜背 潘屋 新兴村 木材厂 涧岭 高旺

    次工作中采仪器全站仪镜站全站仪配套站牌三棱反光镜提高测边精度次设计测距采测距精测四条边作已知边中两条检核三角网观测三等求完成水角观测全圆方法观测6测回垂直角观测4测回
    ⑵GPS网工作安排设计:
    次测量工作6分3组完成组2仪器采单位三台套GPS接收机(南方NGS200)三等城市测量规范求进行全站仪测出中两条边作检核边测边工作GPS测量工作时进行具体安排见表2-3:
    表2-3 GPS网外业观测工作安排
    日期
    起止时间
    观测站号




    8:00~9:00
    萃华村 竹柜背 潘屋
    10:30~11:30
    萃华村 新兴村 潘屋
    14:00~15:00
    萃华村 新兴村 涧岭
    16:30~17:30
    萃华村 涧岭 高旺

    第二天
    8:00~9:00
    萃华村 高旺 木材厂
    10:30~11:30
    萃华村 木材厂 竹柜背

    通较出GPS测量常规方法测量节省力节省部分工作时间GPS带处理软件常规测量差方法更方便快捷
    3GPS测量常规测量实施程费较
    FAm+Bn+C (2-3)
    中:
    F:成函数 A:GPS设次站费
    m:网总摆站数 B:站埋石费
    n:总埋石点数 C:资料费
    选择点位新点位点需埋石造标收费标准2002年1月国家测绘局新颁布测绘工程产品价格计算计算结果:
    三角控制测量造标采低型标Ⅱ级类计算点价格1395793元7点埋石造标总价值:
    1395793×7=977055元
    控制测量中三等三角点观测Ⅱ级类点价格792418元三等测距导线Ⅱ级类条边价格63591元观测费:
    7924.18×7+63591×8=1063422元
    常规控制网测量总费:
    977055+1063422=2040477元
    GPS控制网测量造标采普通标石Ⅱ级类计算点价格758757元观测费Ⅱ级类计算点价格636078元GPS测量总费:
    758757×7+721201×7+63591×4=1290335元
    较出GPS控制网局部设计已常规网表现出优越性工作时间减少两天费降低7万元整梧州市控制网设计中32点节省力物力财力数目采GPS测量明显优常规测量方法次设计决定布设GPS控制网采GPS测量方法完成项测量工作
    第五节 选点埋石
    次设计利梧州市原许控制点结合单位已实测新控制点(单位提供1:100000形图取详见附图)增加GPS新点GPS测量观测站间定求相互通视网图形结构较灵活选点工作常规控制测量选点简便点位选择保证观测工作利进行保证测量结果性着
    重意义选点工作开始前搜集解关测区理情况原测量控制点分布标架﹑标型﹑标石完状况绝适宜点位外选定GPS点点位时应遵循原:
    1点位周围应便安置天线GPS接收机视野开阔视场周围障碍物高度角般应15º
    2观测站附应面积水域电磁波反射(吸收)强烈物体减弱路径效应影响
    3点位远离线电发射源高压线离线电发射源距离200m远离高压输电线距离50m避免周围磁场信号干扰
    4点位应选择交通方便方提高作业效率
    5点位应选择面基础坚固方便保存
    6选定点位时应考虑测量手段联测扩展选点位置需进行水准联测时选点员应实踏勘水准路线提出关建议
    7选定GPS点应考虑观测站附件良电力设备通信设备(电话电报邮电)供应测站间联络设备电
    8利旧点时应检查标石完整性稳定性
    9点位选定新点旧点均应规定绘制点记点环视图(详见附录三)
    二埋石
    次设计GPS网点采普通型标石20cm长锈钢棒制作中心标志标石表面制GPS等级施测单位名称施测时间等字样求形式:
    1 种天线墩必须附强制中装置
    2 埋石工作应严格GPS测量规范求进行
    3 种GPS点标石类型(详见附录五)
    选点埋石工作完成应提交技术资料:
    ① 点记点环视图(详见附录四)
    ② GPS网选点网图(测区较选点埋石观测期完成时展点图代)
    ③ 土占批准文件测量标志委托保书
    ④ 选点工作技术总结(包括详细交通情况车种类车次通视供电充电情况等)
    第六节 仪器检查
    测量前仪器进行检验般进行三项检验:般检视通电检验实测检验三项检验合格方




    第三章 梧州市GPS控制网设计
    第节 工程项目名称目设计
    工程项目名称
    梧州市GPS控制网设计
    着济断发展城市规模断扩原城市控制网已显示出适应性局限性满足梧州市未规划建设发展需充分解梧州市十年规划期建设计划基础结合梧州市原三角点导线点GPS技术布设更规模控制网
    二工程设计
    1国家测绘局1992年6月发布中华国测绘行业标准<<全球定位系统(GPS)测量规范>>
    3 国家建设部1998年审定发布<<全球定位系统城市测量技术规程>>
    4 国家建设部1985年分布城市测量规范
    5 梧州市期发展规划
    第二节 测区概况
    1测区简介:
    设计区位广西壮族治区东部桂江浔江西江汇合处北纬23º25′23º55′东111º09′111º29′市域面积4577方公里市域口847万建成区面积13方公里城市口211万辖3城区(83区委会)1郊区(3乡19村)1988年3月国务院决定梧州市辖苍梧县列海济开发区
    梧州市汉壮瑶满回苗彝侗仫佬毛南等10民族中汉族口占99%外测区美英法澳日等43国家区华侨4800外籍华4000定居港澳胞15000
    测区处广西山字构造东南翼东北高西南低北部山南部丘陵山林木终年郁郁葱葱北回线通城南镜屏山市区均海拔24米属亚热带季风气候夏长雨冬短严寒年均温度211℃月均温度119℃七月均温度289℃年均降雨量15036毫米全年均日1915时霜期350天
    梧州市处三江水运枢纽特殊理位置素广西水门户称型码头6座中简易集装箱码头1座机械200台货物吞吐量达12000顿50500顿级货运船850艘客轮天港口开出30班船客运量万次梧州港已成珠江水系仅次广州港第二港中国十河港口
    梧州市交通较发达二级公路通桂林柳州南宁广州等水路西江水珠江途码头梧州市长洲岛建区级飞机场航班通桂林南宁广州深圳等
    2测区规划发展:
    适应城市日益发展需梧州市决定期开展项重点项目工程根梧州市国土资源局提供规划资料显示梧州市准备旺甫公社附兴建片工业园区龙珠附兴建型体育馆新里村附区域划作火车站潘屋白五亮作开发新城区第站落户梧州桂林梧州桂梧高速公路准备兴建落脚梧州南宁广州高速公路计划中长洲岛正计划兴建型水利枢
    纽工程项目正紧锣密鼓筹划中
    基工程控制整城区配合城市发展目次设计决定作三等城市GPS控制网全面控制整城市辖区域
    第三节 已资料分析利
    1次设计采形图五六十年代梧州市辖区域1:50000形图该图1955年4月航测1957年2月调绘1966年7月修测1967年制图出版图采:
    1954年北京坐标系
    1954年黄海高程系等高距10米
    1965年版图式
    2次设计采参考形图:
    ①1966年调绘1967年版图式梧州市辖区域(包括梧州市太漓口旺步寨岭)1:10000形图
    ②1969年编绘1969年版图式梧州市1:100000形图(该图单位提供)
    3该网布设成东西长26㎞南北长20㎞略显弧形控制网控制面积约200方公里
    4设计区旧点资料:3三等三角点16四等导线点1三等水准点7城市四等控制点(该点单位提供详见附图)踏勘查询解旧点均完损加利
    第四节 方案设计技术指标
    次布网采相定位方法采单位拥GPS接收机中三台结合测区实际情况设计加强GPS定位精度提高强度性限度节省力物力财力决定采三角网结合环形网步环间采边点连接方式
    1仪器选:
    次设计外业测量单位三台GPS接收机相关指标:
    仪器 南方测绘NGS200
    台数 3台
    频率 单频
    通道数 8通道
    标称精度 5mm+2ppm
    外GPS测量通风干湿温度计空盒气压计等仪器程参考<<全球定位系统(GPS)测量规范>>
    2数采集技术设计:
    测量模式: 静态测量
    卫星高度角: ≥15°
    效观测卫星数: ≥4
    精度子GDOOP : ≤6
    观测时段长度: ≥60min
    均重复设站数 ≥2
    数采样间隔: 15s
    3 GPS技术指标见表3-1
    表3-1 GPS技术指标
    等级
    均距离(km)
    a(mm)
    b(mm)
    弱边相中误差
    三等
    2~5
    ≤10
    ≤5
    145000
    等级
    闭合环边数(条)
    标称精度
    卫星高度角
    三等
    ≤10
    ≤10mm+5ppm
    ≥15°
    等级
    效观测卫星数
    均重复设站数
    时段长度(min)
    三等
    ≥4
    ≥16
    ≥45

    4观测方法:
    次GPS网采载波相位静态相定位模式仪器标称精度达5mm+2ppm完全满足精度求作业方法:三套接收机设备分安置网中三角形三端点三条基线边步观测4颗卫星1时左右种模型特点:观测基线边应构成种闭合图形便观测成果
    检验提高成果性GPS网差精度
    第五节 方案设计较分析优选
    梧州市规划区设计三等GPS控制网着重点城区开发城区重点控制般城区量控制原结合优化设计原理设计两种方案网形设计见方案图方案图二(方案图方案图二见页图)通两种方案较优选出种较合理方案作次设计方案


    方案较
    1方案方案二设计方式较
    两设计方案区梧州市中心苍梧公路桂梧公路桂江西江整体布设GPS控制网重点发展城区网点密度稍方案采三角网布网形式(详见方案图)三角网具良检力效发现观测成果粗差确保网性方案二方案基础采三角网环形网相结合布网方式(详见方案二图)方案设计指导思想满足精度基础量减少力物力财力偏远乡镇山村济发展速度较慢点位精度求高布设环形网
    2技术分析较
    面两方案中选出优方案面技术面分析较:
    表 3-2 两方案特征值较

    方案
    方案二
    总点数
    32
    32
    总基线数
    84
    75
    独立基线数
    56
    50
    必观测基线数
    31
    31
    余观测基线数
    25
    19
    复测基线数
    10
    9
    观测时段数
    28
    25
    均点设站率
    263
    234
    总体性指标



    3济费分析较
    方案总点数32总设站数84站前800元站计算800×84=674万元全站仪中5条边进行检核测距Ⅱ级类6400元条测距费6400×5=32万元数处理时Ⅱ级类站849元差费849×84=713万元方案总费
    =674+32+713=1707万元
    方案二总点数32总设站数75站前800元站计算800×75=6万元全站仪中4条边进行检核测距Ⅱ级类6400元条测距费6400×4=256万元数处理时Ⅱ级类点849元差费849×75=637万元方案总费
    =6+256+637=1493万元
    方案二方案节约约2万元
    4精度分析较
    两种方案精度点位相差边长相差两种方案精度相差符合三等城市测量规范求
    分析出方案二方案花费少技术指标相差精度满足求消耗力物力财力时间方案少方案二方案优设计选择方案二
    二首选方案特征分析
    次设计GPS网采三角网环形网相结合该网32点组成中旧网点19包括3国家三等三角点(孔离顶白云山太山)15四等导线点(山三山顶木桶顶蜈蚣山青叶山新兴村中团村恩义村涧岭火流岭扶典埇山头龙珠鸡爬石顶典口)1国家三等水准点(埇村)9城市GPS控制点(潘屋竹柜背簪木材厂萃华村高旺石角埇河西旺步头)4GPS新点(太利埇社埇口)网控制总面积200方公里均点控制625方公里
    1方案设计特征值
    表3-3方案设计特征值
    总点数
    32
    总基线数
    75
    独立基线数
    50
    必观测基线数
    31
    余观测基线数
    19
    复测基线数
    9
    步环总数
    25
    异步环总数
    10
    设站总数
    66
    观测时段数
    25
    均点设站率
    234
    短边边长
    17km
    长边边长
    66km
    均边边长
    37km
    已知三等三角点
    3
    已知四等导线点
    15
    已知四等GPS点
    9
    GPS新点
    4
    已知三等水准点
    1
    总体性指标


    表3-4 独立测量次数占例
    次设站点数
    4
    占总点数例
    53
    二次设站点数
    18
    占总点数例
    48
    三次设站点数
    7
    占总点数例
    28
    四次设站点数
    1
    占总点数例
    53
    五次设站点数
    2
    占总点数例
    134

    2精度指标
    设计网中弱边边长相中误差:

    图形中均边长相中误差:

    计算结果均满足城市三等精度求
    步环全长闭合差限差:

    式中:——环中相邻点间均距离误差
    n —— 闭合环中边数
    现步环中均距离取三等GPS控制网网形中均边长限差:
    =145ppm
    3济费
    较分析知网济费约1493万元
    第六节 观测方案设计工作实施
    根较优选方案二GPS外业测量观测方案设计原理作业安排:
    拟定观测计划:GPS网规模点位精度求GPS卫星星座图形强度参加工作接收机数量交通通讯勤保障 (食宿供电)
    二观测计划容包括:
    1编制GPS卫星见性预报表:高度角≥15度限制输入测区中心某测站概略坐标输入日期时间应超20天星历文件编制GPS卫星见性预报图
    2选择卫星强度图形:GPS定位中测卫星观测站组成图形强度子空间位置子(GDOP)代表绝定位相定位GDOP值应≤6
    3选择佳观测时段:卫星≥4颗分布均匀GDOP值≤6时段佳时段
    4观测区域设计划分:GPS网点数较网规模较参加观测接收机数量限交通通讯便时实行分区观测增强网整体性提高网精度相邻分区应设置公观测点公点数量少3
    5编制作业调度表:作业组观测前应根测区形交通状况网精度高低仪器数量GPS网设计卫星预报表测区天时理环境等编制作业调度表提高工作效率作业调度表包括观测时段测站号测站名称接收机号等(详见次设计作业调度表)
    三观测工作包括:天线安置观测工作观测记录观测数质量判定等
    1天线安置
    ⑴ 正常点位天线应架设三脚架安置标志中心方直接中天线基座圆水准气泡必须整
    ⑵ 特殊点位天线需安置三角点站标观测台回光台时应先站标顶部拆防止GPS信号遮挡时标志中心反投影观测台回光台作安置天线果站标顶部法拆接收机天线直接安置标架观测会造成卫星信号中断影响GPS测量精度种情况进行偏心观测偏心点选离三角点100m方心元素应解析法精密测定
    ⑶ 天线定标志线应指正北顾磁偏角影响减弱相位中心偏差影响天线定误差定位精度异般应超正负3—5°
    ⑷ 刮风天气安置天线时应天线进行三方固定防倒碰坏雷雨天气安置天线时应注意底盘接防雷击天线
    ⑸ 架设天线宜低般应距面1m天线架设圆盘天线间隔120度三方分量取天线高三次测量结果差应超3mm取三次结果均值记入测量手薄中天线高记录取值1mm
    ⑹ 测量气象参数:高精度GPS测量中求测定气象元素时段气象观测应少3次(时段开始中间结束)气压读01mbar气温读01℃般城市工程测量记录天气情况
    ⑺ 复查点名记入测量手簿中 电缆天线接收机进行连接检查误方通电仪器
    2开机观测
    开机作业目捕获GPS卫星信号进行踪处理量测获需定位信息测量数天线安置完成离开天线时位置面安放GPS接收机接通接收机电源天线控制器连接电缆预热静置启动接收机进行观测
    接收机锁定卫星开始记录数观测员仪器机提供操作手册进行输入查询操作掌握关操作系统前意键输入般正常接收程中禁止更改设置参数
    通常说外业观测工作中操作员应注意事项:
    ⑴ 确认外接电源电缆天线等项连接完全误方接通电源启动接收机
    ⑵ 开机接收机关指示显示正常通检方输入关测站时段控制信息
    ⑶ 接收机开始记录数应注意查关测量卫星数量卫星号相位测量残差实时定位结果变化存储介质记录等情况
    ⑷ 时段观测程中允许进行操:关闭重新启动进行测试(发现障外)改变卫星高度角改变天线位置改变数采样间隔动关闭文件删文件等功键
    ⑸ 观测时段中气象元素般应开始中末观测记录次时段较长时适增加观测次数
    ⑹ 观测程中特注意供电情况出测前认真检查电池容量否充足外作业中观测员远离接收机听仪器低电报警时予处理否会造成仪器部数破坏丢失观测时段较长观测工作建议量采太阳电池汽车电瓶进行供电
    ⑺ 仪器高定规定始末量测次时输入接收机存卡记入测量手簿中
    ⑻ 接收机观测程中接收机讲机雷雨季节架设天线防止雷击雷雨境时应关机停测卸天线
    ⑼ 观测站全部预定作业项目检查均已规定完成记录资料完整误方迁站
    ⑽ 观测程中时查仪器存硬盘容量日观测结束应时数转存计算机硬软盘确保观测数丢失
    3观测记录
    ⑴ 观测记录
    观测记录GPS接收机动进行均记录存储介质(硬盘硬卡记忆卡等)容:
    a.载波相位观测值相应观测历元
    b.历元测码伪距观测值
    c.GPS卫星星历卫星钟差参数
    d.实时绝定位结果
    e.测站控制信息接收机工作状态信息
    ⑵ 测量手簿
    测量手簿接收机启动前观测程中观测者时填写记录格式现行<<规范>><<规程>>中略差视具体工作容选择进行便里列出<<规程>>中城市工程GPS网观测记录格式供参考
    GPS外业观测手薄
    ______________工程GPS外业观测手薄
    观测者姓名________ 日期 ____年____月____日
    测站号 ________
    天气状况 ________ 测站号______时段号______
    测站似坐标 测站
    ______ 新点
    度E_____ º_____ ′ ______ 等点
    纬度N_____ º_____ ′ ______ 等水准点
    高程_____________ (m) ___________________
    记录时间__北京时间__ UTC__区时
    开录时间_________ 结束时间_________
    接收机号___________ 天线号__________
    天线高 ___________ 测校正值___________
    1_________2__________3__________均值__________
    天线高量取方式略图

    测站略图障碍物情况

    观测状况记录
    1电池电压___________(块条)
    2接收卫星号_____________________________________
    3信噪(SNR)____________________________________
    4障情况_______________________________________
    5备注

    备注栏应记载观测程中发生重问题问题出现发生时间处理方式等
    观测记录测量手簿GPS精密定位必须认真时填写坚决杜绝事补记追记
    3记录求
    外业观测中存储存储介质数文件应时拷贝式两份分保存专保防水防静电资料箱存储介质外面适处应贴制标签注明文件名网区名点号时段名采集日期测量手簿编号等
    接收机存数文件转录外存介质时进行剔删调数实施重新加工组合操作指令
    四次梧州市GPS控制网外业工作作业调度表设计:
    表3-5 外业工作作业调度表
    日期

    时段号

    起止时间
    GPS观测站接收机号
    1号机
    2号机
    3号机

    1

    1
    8:00~9:00
    孔离顶

    中团村
    2
    10:30~11:30
    埇村

    新兴村
    3
    14:30~1530
    中团村
    恩义村
    新兴村
    4
    1630~17:30
    涧岭
    恩义村
    新兴村

    2


    5
    8:00~9:00
    三山顶
    埇村
    潘屋
    6
    10:30~11:30
    三山顶
    木桶顶
    竹柜背
    7
    14:30~1530
    新兴村
    涧岭
    萃华村
    8
    1630~17:30
    高旺
    涧岭
    火流岭


    3

    9
    8:00~9:00
    新兴村
    萃华村
    潘屋
    10
    10:30~11:30
    竹柜背
    萃华村
    潘屋
    11
    14:00~1500
    萃华村
    竹柜背
    木材厂
    12
    1540~16:40
    高旺
    竹柜背
    木材厂
    13
    17:20~18:20

    河西
    木材厂

    4

    14
    8:00~9:00
    木桶顶
    竹柜背

    15
    10:30~11:30



    16
    14:30~1530

    蜈蚣岭
    石角埇
    17
    1630~17:30
    河西
    白云山
    石角埇

    5

    18
    8:00~9:00
    社埇口
    青叶山
    蜈蚣岭
    19
    10:30~11:30
    利埇
    青叶山
    蜈蚣岭
    20
    14:30~1530
    利埇
    白云山
    扶典埇
    21
    1630~17:30
    鸡爬石顶
    龙珠
    扶典埇

    6

    22
    8:00~9:00
    河西
    火流岭
    旺步头
    23
    10:30~11:30
    扶典埇
    山头
    旺步头
    24
    14:30~1530
    鸡爬石顶
    典口
    龙珠
    25
    1630~17:30
    太山
    山头
    龙珠





    第四章 GPS成果检核数处理
    第节 已知点性检验
    GPS测量获三维坐标属WGS84坐标系(心坐标系)梧州市54北京坐标系(参坐标系)保证旧系统中许资料性必须进行新旧坐标转换然已知点参坐标存粗差时转换结果必然受歪曲设计必设计项措施已知点性进行检验
    检验公式检验方法:
    GPS网点坐标转换通常采BURSAWOLF模型针梧州市情况
    (4-1)
    式中:
    12…n GPS面网重合点号
    54北京坐标(参坐标)
    WGS84坐标(心坐标)
    坐标移量
    K 尺度变化参数
    R 旋转矩阵(正交矩阵)
    规定面某点g参坐标系原点式(4-1)g模型等式时差表示:
    (4-2)
    式中:






    (4-2)式出点相参坐标原点基线量变化涉三旋转角(旋转矩阵R三独立参数)尺度变化参数K
    已知点较误差粗差必然会引起尺度变化参数K变化然旋转矩阵会产生变化尺度变化参数变化情况检验已知点性方法全组合方法已知点分成组组分求尺度变化参数K呈现出致性说明已知点反说明已知点存问题
    列出误差方程解法方程解尺度变化参数K表示式:
    (4-3)
    已知点高未知情况通常先GPS网进行约束差GPS三维基线量方差——协方差阵转换已知点属高斯面坐标系中然进行二维约束差前面推导方法二维变换时尺度变化参数K表达式:
    (4-4)
    式(4-4)中 先GPS网约束差点三维坐标转换成坐标利高斯投影正形公式求相应点面坐标然反求相参坐标系原点基线量

    第二节 GPS外业观测成果检核
    外业观测成果检核保证外业观测质量实现预期定位精度重环节外业观测务完成必须测区观测资料质量进行检核便发现合格成果根情况采取相应解决措施
    般性检查核实
    根测站时段信息文件列项逐项检查
    ⑴站名站名号否输入误
    ⑵时段号否输入误
    ⑶开关机否规定步
    ⑷天线高气象数测量结果否符合求
    ⑸否观测预报卫星
    ⑹没发生短暂失锁障报警否已排障
    ⑺实时定位解否收敛稳
    ⑻资料否齐全
    二时段步边观测数检核
    1数剔率 剔观测值数应获取观测值数值称数剔率时段观测值数剔率值应10﹪
    2采单基线处理模式时采种数学模型基线解步时段中三边步环坐标分量相闭合差全长相闭合差超表4-1列限差
    表4-1 步坐标分量环线全长相闭合差限差(ppm·D)
    限差类型
    等级
    坐标分量相闭合差
    环线全长相闭合差
    三等
    30
    50

    三重复观测边检核
    条基线边观测时段边长结果种具独立观测结果边重复观测边重复观测边意两时段长度较差均应相应等级规定精度(均边长计算)2倍
    四步观测环检核
    环中边台接收机步观测时边独立闭合差应恒零模型误差处理软件缺陷种步环闭合差实际零种闭合差般数值定位结果产生明显影响作成果质量种检核标准
    般规定三边步环中第三边处理结果前两边代数差值应列数值
    (4-5)
    (4-6)
    (4-8) (4-9)
    闭合环分量闭合差应环闭合差: (4-10)
    五异步观测环检核
    采单基线模式基线模式结算基线应整GPS网中选取组完全独立基线构成独立环独立环坐标分量闭合差全长闭合差应符合式:
    (411)
    (412)
    (413)
    (414)
    式中:
    ——环中相邻点间均距离误差
    ——闭合图形闭合差限值
    ——闭合图形中基线边数
    六补测重测
    1施测求外业缺测漏测数处理观测数满足规定时关成果应予补测
    2检核发现边观测数闭合环超限时分析应中部分全部成果进行重测
    3需进行补测重测边应量安排起进行步观测

    第三节 数预处理
    数预处理目原始数进行编辑加工整理分流产生种专信息文件进步差计算做准备基容:
    1数传输
    2数分流
    3统数文件格式
    4卫星轨道标准化
    5探测周跳修复载波相位观测值
    6观测值进行必改正
    第四节 GPS网差设计
    GPS网差两种基形式整体差分阶段差中整体差指GPS网原始观测值项改正组成误差方程二法构成法方程解算出定系数种方法观测量定参数差工作复杂需型高速计算机优点理严密整体性分阶段差先步观测原始数进行分压差解算出站间基线量(坐标差)然基线量观测值相关权阵权进行GPS网相关差解算出点三维坐标相应方差——协方差权逆阵等种GPS网差较简单现代微机进行根前实际情况梧州市布设网形特征精度求网差宜采分阶段差
    项质量检验符合求独立基线组成闭合图形三维基线量相应方差协方差作观测信息点WGS84坐标系三维坐标作起算进行GPS网约束差约束差提供控制点WGS84坐标系中三维坐标基线量三坐标差观测值总改正数基线边长点位边长精度信息
    约束差确定效观测量基础国家坐标系进行三维约束差已知点坐标作强制约束固定值进行三维约束差
    第五节 GPS网面坐标转换设计
    GPS定位成果属WGS-84坐标系实际成果属某国家坐标系方坐标系必须进行坐标转换
    次设计测区坐标系54-北京坐标系测区控制点均属54-北京坐标系求WGS-84坐标系转换54北京坐标系次坐标转换设计采布尔沙模型步骤先GPS网WGS-84坐标系进行差求出网中已知点空间坐标转换坐标然坐标投影高斯面具体程:
    WGS-84坐标系中GPS控制网三维差
    设意两点ijGPS基线量观测值设网中点WGS-84坐标系中直角坐标未知参数记:
    (4-15)
    中坐标似值改正值符号^表示差值观测值WGS-84坐标系中三维坐标差未知参数间十分简单关系式:
    (4-16)
    式中表示改正值写出相应误差方程:
    (4-17)
    中---
    WGS-84坐标系中进行GPS网差时般取GPS基线量提供尺度方位作尺度基准方位基准取单点定位某点三维坐标取某已知点坐标作位置基准实取该点坐标参数改正值0设该点基准方程:

    ( 4-18)

    式(4-17)组成全部误差方程式(4-18)基准方程写:
    (4-19)
    (4-20)
    中包含全网点坐标未知参数V表示全部GPS基线量观测值改正值LGPS基线量构成常数项视全网观测值式(4-20)中:
    (4-21)
    设全网GPS基线量观测值方差阵权阵未知参数解:
    (4-22)
    式中协数阵:

    (4-23)
    中G应满足:
    AG0
    通常取:
    (4-24)
    实际计算时式(4-18)代入式(4-19)误差方程(4-19)式中消然二法间接差法求解协数阵
    GPS网WGS-84坐标系进行三维差两作:
    1检查GPS基线量否粗差明显系统误差考察GPS网部精度GPS基线量观测精度
    2提供GPS网中点相某点高数便进步求点高
    二三维坐标转换
    WGS-84坐标三维差接着进行WGS-84坐标系转换空间直角坐标系
    设两空间直角坐标系O1-X1Y1Z1O2-X2Y2Z2两坐标系原点O1O1重合坐标轴行应坐标轴间存三微旋转角记 尺度1设O2-X2Y2Z2尺度1+般称意点Pi两坐标系中坐标( )()间关系式三维坐标系转换模型布尔沙(Bursa)模型
    (425)
    式中:O1O2-X2Y2Z2中坐标成移参数称旋转参数尺度参数
    三空间直角坐标系转换直角坐标系
    空间直角坐标转换坐标运列公式:

    ( 426)

    式中:



    xyz空间差GPS点坐标ab均WGS84坐标椭球基参数物理常数
    四坐标转换高斯-克吕格面坐标
    计算公式:


    (4-27)

    式中:
    x赤道起子午线弧长
    (4-28)
    N卯酉曲率半径t计算精度投影中央子午线度差:
    (4-29)
    面(4-28)式(4-29)式中参数均克氏椭球参数
    通述投影时GPS点高斯面坐标xyd属WGS-84坐标利已知点面两种坐标值(54北京坐标值WGS-84坐标值)布尔莎坐标转换模型式求解出该面转换参数
    (430)
    式中:
    坐标移量
    54北京坐标(参坐标)
    ——WGS84坐标(心坐标)
    K——尺度子
    Q——旋转参数
    利已求出转换参数代入式求出GPS点54北京坐标系中面坐标







    第五章 GPS高程设计
    GPS相定位三维基线量差高精度高差GPS网差GPS点WGS84高H8实际应中面点高程采正常高系统定方法高转换正常高Hr设面点正常高Hr高正常高间关系图5-1表示:

    表面

    Hr
    似水准面

    参考椭球面
    图5-1
    图知:
    Hr+ (5-1)
    式中:高程异常
    目前精确计算GPS点正常高常方法GPS水准高程
    第节 模型确定
    目前GPS水准高程计算模型分两类:类移动法拟合模型属点逼类样条函数模型属分片逼鉴梧州市丘陵山整测区水准面起伏较采分片逼样条函数拟合模型较利
    根测区中已知点面坐标xy高程异常样条关系:
    (5-2)
    (5-3)
    式中:





    已知点坐标xy定坐标AB定系数点负载D刚度
    第二节 高程拟合方法
    根高程拟合水准面起伏趋势着密切关系特征拟合方式分三种:面拟合面相关拟合曲面拟合考虑测区实际情况次设计决定采面相关拟合方法具体处理程:
    1根GPS观测量进行高程差求出点WGS-84参考系高程
    2利莫洛琴斯基公式逐点计算出WGS-84坐标系转换参考系
    (5-4)
    式中:
    WGS-84坐标系长半轴扁率该点坐标参考系长半轴扁率

    WGS-84坐标系转换坐标系三维转换系数
    3测区已知水准点作基准点然计算
    (5-5)
    (5-6)
    (5-5)(5-6)式:
    (5-7)
    设基准点值标0
    (5-8)
    GPS点
    (5-9)
    设真值计算值
    =()+ (5-10)

    (5-11)
    4利已知水准点两种高程进行拟合


    (5-12)
    式中已知水准点已知项然利进行拟合
    面相关拟合:
    (5-13)
    式中:该点基准点南北东西距离定系数
    第三节 水准精度估算
    利GPS进行城市测高定程度满足求必须部分点进行水准联测进行检验准确度性保证网质量GPS测定正常高误差包括种:
    1
    (514)
    式中GPS水准均边长
    计算
    2GPS测定高误差
    (515)
    式中: 采仪器标称精度
    相邻两点间边长距离误差(单位:mm)
    GPS测定高误差
    (516)
    3坐标转换误差
    GPS测出高属WGS-84坐标系转换成54北京坐标系时般考虑两坐标系间移参数椭球差样高程影响值:

    (517)
    式中:ik表示基线两单点号BLNM纬度度卯酉圈子午圈曲率半径
    拟合计算误差:般认足够已知点模型误差认
    综合述四项误差网精度估算公式:
    (518)









    结束语
    次设计适应梧州市济发展迎合梧州市市区整体规划需原城市常规控制网基础进行GPS控制网设计整梧州市辖区域GPS网控制利城市发展
    历两月学探索利完成梧州市GPS城市控制网设计毕业文设计项工作学中掌握许关GPS测量方面知识原理中学会许设计思路较方法感性设计中学理性思想次设计验力提高













    致谢
    整文设计程中许帮助指导中学间相互探讨学学时纠正设计中某错误提供供参考设计思路深表感谢帮助数指导老师XX开始设计前种参考资料制定设计方设计方法设计程中时予程度指导纠正文设计未足提出工作结合实际设计结合生产指导思想时带领组成员作GPS外业工作增强操作力表示衷感谢外值提梧州市国土局技术服务站罗锦新站长设计中辞辛劳介绍测区相关情况出测区相关图纸供参考表示深深感谢感谢图书馆予种帮助工作员










    参考文献
    ⒈坐标转换GPS控制网差计算软件系统刘杰白征东济学出版社19975
    ⒉GPS测量高成发民交通出版社199910
    3 GPS卫星测量原理应周忠谟易杰军测绘出版社199212
    4 全球定位系统(GPS)测量规范国家测绘局发布199210
    5 全球定位系统城市测量技术规程北京市测绘设计研究院建设部发布19974
    6 测绘工程产品价格国家测绘局颁布20021
    7 GPS测量原理应徐绍铨张华海杨志强王泽民武汉测绘科技学出版社199810
    8 GPS网差前已知点性检验周光文黄筱蓉测绘通报19972
    9 中国国家A级网数处理精度评估测绘学报19962
    10 GPS网数质量控制测绘通报20009
    11 GPS测量中选点构网推进四川测绘19942
    12 GPS城市控制测量应中研究测绘通报20009





    附录
    踏勘报告
    梧州市GPS控制网设计根需图纸初步选定点位利梧州市国土局面试机会梧州市测区进行期两天实踏勘
    次设计图1965年板式图纸较老加城市发展较快测区许物貌发生变化农田变成高楼厦山土丘变导线点水准点已破坏移动次踏勘目检查测区次设计国家三等三角点国家四等导线点水准点完性性解测区致情况解测区交通条件理位置解测区现状发展解选点位否满足GPS网点点位求针种情况选点位进行修正改进
    梧州市踏勘时间较紧时忙面试没够测区选点位进行完全踏勘仅市点位选GPS选点进行踏勘解踏勘交通工具梧州市国土局汽车天时间里踏勘点位:国家三等三角点(白云山)国家四等导线点(扶典埇火流岭涧岭新兴村木桶顶蜈蚣岭青叶山)单位提供GPS点位(潘屋竹柜背萃华村木材厂高旺河西石角埇旺步头)设计选GPS新点(太利埇)然时间关系点必点位单位直具体情况已解免实踏勘时距离市区较远点位努力查询资料解委托单位事帮忙踏勘事电话解情况
    次实踏勘程中梧州市国土局工作员帮助原选点位实符合求单位提供城市发展规划报告城市四等GPS点资料帮助进行点位踏勘利完成梧州市GPS控制网设计点位选择
    踏勘梧州市规划局重点保护民保护意识强选旧点保护完没破坏移动新选GPS点位布设交通方便通讯方便易保护方
    次踏勘GPS网点点位满足求:
    1 点位选择远离功率线电发射台高压输电线距离基200m(根目估)
    2 点位附没面积水域电磁波反射(吸收)强烈物体
    3 点位周围土质良视场周围障碍物高度角15°
    4 选点位时顾常规测量方法联测GPS新点保证少相邻点通视方









    附录二
    坐标系关说明
    1 WGS84坐标系球椭球基参数物理常数
    ⑴.椭球基参数:
    长半径
    球引力常数(含气层)
    正常化二阶带谐系数
    球转角速度
    ⑵物理常数:
    短半径
    扁率
    第偏心率方
    第二偏心率方
    椭球正常重力位
    赤道正常重力位
    2.54北京坐标系参考椭球基参数:
    长半径
    短半径
    扁率
    第偏心率方
    第二偏心率方
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