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1 GPS网中各点平均边长

A A A

B

C

D E

级

别项目

平均距离

1

000

300 70

10~1

5

5~10

0.2~

5

（2）外业观测要求

表2 各级GPS测量基本技术要求规定

AA A B C D E

卫星截止高度角（°）10 10 15 15 15

1

5

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

A

A

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

≥

5

≥

2 单频或双

频半波

- - - ≥

30

≥

5

≥

2

采样间隔

S

静态

3

3

3

1

0~30

1

0~30

1

0~30 快速静态

- - - 5

~5

5

~15

5

~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σ按下式计算：

22

()

a b d

σ=±+?

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1 GPS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 ≤20 1/45000 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 22c h L R h =-+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）≤5 5～10 ＞10 Rms(m) ≤0.010 ≤0.012 ≤0.015

Ratio ≥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 σ≤

式中：σ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：

33333x y z s n n n n ωσωσωσωσ

≤≤≤≤

式中: n :为闭合环边数；

σ:为E 级GPS 控制网规定的精度（按实际平均边长计算）

s ω=22

2x y z ωωω++

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的独立基线相连接，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的基线，但应保证舍弃基线后的独立环所含基线数不超过表2的规定，否则应重测该基线或者有关的同步图形。

（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，起算数据的带号，采用的坐标系等。如岳麓山校区的起算数据为3度带的1954北京坐标，则中央子午线经度为114°，故采用1954北京坐标系，取中央子午线经度L

＝114°的3°带高斯投影。即有：参考椭球为克拉索夫斯基椭球，长半径a=6378245m，扁率α=1/298.3；中央子

午线经度L

＝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，以一个点的WGS－84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的三维无约束平差。以提供各GPS控制点在WGS－84坐标系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息，并生成GPS高程拟合的数据文件。

在三维无约束平差中，基线向量的改正数（V

δx 、V

δy

、V

δz

）绝对值应满足下

式要求：

V

δx

≤3σ

V

δy

≤3σ

V

δz

≤3σ

式中：σ为E级GPS控制网规定的基线的精度。

当超限时，可认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的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

在无约束平差确定的有效观测量基础上，以起算数据中提供的已知点作为强

制约束的固定值，进行二维约束平差。平差结果就输出各GPS控制点在前述的坐标系统中的二维平面坐标，基线向量改正数，基线边长、方位以及坐标、基线边长、方位的精度信息，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的约束条件，以发现作为约束的已知坐标与GPS网不兼容（即约束平差结果严重扭曲GPS无约束平差结果的精度）。

4、水准联测

为满足GPS控制网高程拟合的需要， GPS-E级控制点应联测一定比例的四等水准。联测水准的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

，目前主要有GPS水准高程、GPS重力高要精确计算各GPS点的正常高H

程和GPS三角高程等方法。其中GPS水准高程是目前GPS作业中是常用的方法。用于GPS高程拟合计算的方法主要是曲面拟合法（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和移动曲面法）。

七、上交的资料

1、GPS控制测量技术设计书；

2、GPS控制点点之记；

3、GPS控制点外业观测手簿；

4、GPS控制网平差报告；

5、GPS控制网网图及坐标成果表；

6、GPS控制测量技术总结。

附页1

调度表

时段编号观测时间测站号/名测站号/名测站号/名机号机号机号

1 2014.10.24

10:48-11:53

A1 X1 X2

二一五

2 2014.10.22

17:19-18:25

A1 X1 D1

一二五

3 2014.10.18

08:20-09:30

A1 D1 E2

一五二

4 2014.10.18

09:41-10:46

A1 E2 E1

一二五

5 2014.10.24

12:55-14:07

A1 E1 E3

二五一

6 2014.10.24

10:53-11:50

A1 E3 X2

一二五