GPS控制測量技術(shù)設(shè)計書
一、 任務(wù)概述
本次GPS控制測量任務(wù)和作業(yè)內(nèi)容是位于玉溪市元江縣境內(nèi)，為配合元江縣的城市總體規(guī)劃，需要在元江縣測繪大比例尺地形圖。需要在元江縣城20km2的測區(qū)范圍內(nèi)建立D級GPS網(wǎng)。
2.測區(qū)概況
元江哈尼族彝族傣族自治縣，位于云南省中南部，地處元江中上游，介于北緯23°19′至23°55′，東經(jīng)101°39′至102°22′之間。東與石屏縣接壤，南與紅河縣相連，西與墨江縣毗鄰，北緊靠新平縣�？h人民政府駐澧江鎮(zhèn)，距玉溪市所在地130公里，距省會昆明210公里。
3.測區(qū)范圍
測區(qū)地理坐標為東徑101°39′，北緯23°19′′至23°55。
測區(qū)位置及面積
X:718.0km—724.0km； Y: 20483995.600—62.5km。
施測范圍呈不規(guī)則形狀，范圍面積約22.0km2。
4.測量技術(shù)設(shè)計依據(jù)
（1）CH 2001-92《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》
（2）CJJ 73-97《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》
（3）CH 1002-95《測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定》
（4）CH 1003-95《測繪產(chǎn)品質(zhì)量評定標準》
（5）CJJ 8-85《城市測量規(guī)范》
5.測區(qū)已有資料成果情況
測區(qū)現(xiàn)有資料較少，沒有可利用的成果圖以及地藉圖。
二、 GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案
1.技術(shù)要求與布網(wǎng)原則
根據(jù)中華人民共和國測繪行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》和燕郊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的具體情況，確定該測區(qū)可建立D級GPS網(wǎng)，GPS網(wǎng)中相鄰點之間的距離滿足下表要求
根據(jù)規(guī)程規(guī)范，D級GPS網(wǎng)的精度要求如下表：
項目 技術(shù)要求
平均邊長(km) 5～10
固定誤差a(mm) ≤10
比例誤差b(mm) ≤10
最弱邊相對中誤差 1/45000
在實際布網(wǎng)設(shè)計時遵循以下幾個原則：
Ⅰ GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。
Ⅱ GPS網(wǎng)作為測量控制網(wǎng)，其相鄰點間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻。
Ⅲ GPS網(wǎng)點應(yīng)盡量與原有地面控制點相結(jié)合。重合點一般不少于3個（不足時應(yīng)聯(lián)測），且在網(wǎng)中分布均勻，以可靠地確定GPS網(wǎng)與地面之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
Ⅳ GPS網(wǎng)點應(yīng)考慮與水準點重合，而非重合點，一般應(yīng)根據(jù)要求以水準測量（或相當精度的測量方法）進行聯(lián)測，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準聯(lián)測點。
Ⅴ 為了便于GPS的測量觀測和水準聯(lián)測，減少多路徑影響，GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方。
Ⅵ 為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測或擴展，可在GPS網(wǎng)點附近布設(shè)一通視良好的方位點以建立聯(lián)測方向，方向點與觀測站距離一般應(yīng)大于300米。
2.GPS網(wǎng)型網(wǎng)型方案設(shè)計
GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有點連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點混合連接、三角鎖連接、導線網(wǎng)連接、星形連接等幾種基本方式。本次主要采用邊連接式，每次用至少三臺接收機，組成GPS網(wǎng)，能保證網(wǎng)的幾何強度，提高網(wǎng)的可靠指標。
1、選點與埋標
①選點
由于GPS測量觀測站之間不一定要求相互通視,而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活,所以選點工作比常規(guī)控制測量的選點要簡便。但由于點位的選擇對于保證觀測工作的順利進行和保證測量結(jié)果的可靠性有著重要的意義,所以選點工作還應(yīng)遵守以下原則:
Ⅰ 應(yīng)設(shè)在易于安裝接受設(shè)備、視野開闊的較高點上;
Ⅱ 目標要顯著,視場周圍15?以上不應(yīng)有障礙物,以減小GPS信號被遮擋或被障礙物吸收;
Ⅲ 應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源(如電臺、微波站等),其距離不小于200m;遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道,其距離不得小于50m。以避免電磁場對GPS信號的干擾;
Ⅳ 附近不應(yīng)有大面積水域或不應(yīng)有強烈干擾衛(wèi)星信號接受的物體,以減弱多路徑效應(yīng)的影響;
Ⅴ 應(yīng)選在交通方便,有利于其他觀測手段擴展與聯(lián)測的地方;
Ⅵ 基礎(chǔ)穩(wěn)定,易于點的保存;
Ⅶ 人員應(yīng)按技術(shù)設(shè)計進行踏勘;在實地按要求選定點位。當利用舊點時,應(yīng)對舊點的穩(wěn)定性、完好性,以及覘標是否安全、可用性進行檢查,符合要求方可利用。
②標志埋設(shè)
GPS點應(yīng)埋設(shè)具有中心標志的標石，以精確確定點位，點的標石和標志必須穩(wěn)定、堅固長久保存和利用。
每個點位標石埋設(shè)結(jié)束后，應(yīng)按下表填寫點的記錄, 并提交以下資料：
(1)點的記錄。
(2)GPS網(wǎng)的選點網(wǎng)圖。
(3)土地占用批準文件與測量標志委托保管書。
(4)選點與埋石工作技術(shù)總結(jié)。
2.作業(yè)原則與要求
GPS外業(yè)工作一方面，要有較多的多余觀測，以提高觀測成果的精度和可靠性，另一方面，還要考慮各待測點的點位精度的均勻性和各觀測時段的獨立性。因此，GPS外業(yè)工作的原則是：
① GPS網(wǎng)中各待測點的設(shè)站次數(shù)應(yīng)相同；
② 優(yōu)先測量點間距離較近的點，同時沿最短距離欠站；
③ 應(yīng)該聯(lián)測相距較遠的高等級已知點；
④ GPS網(wǎng)中各待測點每次重復設(shè)站都使用不同的接受機。
確定觀測時段時，需要分析最新的星歷預(yù)報并與實地結(jié)合的原理選定，選擇合適的PDOP值以保證觀測精度，確保工作順利進行，減少作業(yè)返工量。
各級GPS外業(yè)測量均有技術(shù)要求，本次控制測量采用D級GPS網(wǎng),按照規(guī)程規(guī)范，其基本技術(shù)要求按下表中相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行：
四等GPS相對定位測量的主要技術(shù)規(guī)定
同時觀測有效衛(wèi)星數(shù) ≥4
衛(wèi)星截止高度角 15?
有效觀測衛(wèi)星總數(shù) ≥4
觀測時間段 ≥1.6
觀測時段長度/min ≥10
數(shù)據(jù)采樣間隔 5～15
時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間/min ≥3
點位幾何圖形強度因子/PDOP <8
3.GPS觀測及數(shù)據(jù)記錄
天線安置完成后，在離開天線適當位置的地面上安放GPS接收機，接通接收機與電源、天線、控制器的連接電纜，即可啟動接收機進行觀測。
接收機鎖定衛(wèi)星并開始記錄數(shù)據(jù)后，觀測員可按照儀器隨機提供的操作手冊進行輸入和查詢操作。
通常來說，在外業(yè)觀測工作中，儀器操作人員應(yīng)注意以下事項：
Ⅰ 當確認外接電源電纜及天線等各項連接完全無誤后，方可接通電源，啟動接收機。
Ⅱ 開機后接收機有關(guān)指示顯示正常并通過自檢后，方能輸入有關(guān)測站和時段控制信息。
Ⅲ 接收機在開始記錄數(shù)據(jù)后，應(yīng)注意查看有關(guān)觀測衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星號、相位測量殘差、實時定位結(jié)果及其變化、存儲介質(zhì)記錄等情況。
Ⅳ 一個時段觀測過程中，不允許進行以下操作：關(guān)閉又重新啟動；進行自測試(發(fā)現(xiàn)故障除外)；改變衛(wèi)星高度角；改變天線位置；改變數(shù)據(jù)采樣間隔；按動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵。
Ⅴ 每一觀測時段中，氣象元素一般應(yīng)在始、中、末各觀測記錄一次，當時段較長時可適當增加觀測次數(shù)。
Ⅵ 在觀測過程中要特別注意供電情況，除在出測前認真檢查電池容量是否充足外，作業(yè)中觀測人員不要遠離接收機，聽到儀器的低電壓報警要及時予以處理，否則可能會造成儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)的破壞或丟失。對觀測時段較長的觀測工作，建議盡量采用太陽能電池板或汽車電瓶進行供電。
Ⅶ 儀器高一定要按規(guī)定始、末各量測一次，并及時輸入儀器及記入測量手簿之中。
Ⅷ 接收機在觀測過程中不要靠近接收機使用對講機；雷雨季節(jié)架設(shè)天線要防止雷擊，雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測，并卸下天線。
Ⅸ 觀測站的全部預(yù)定作業(yè)項目，經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成，且記錄與資料完整無誤后方可遷站。
Ⅹ 觀測過程中要隨時查看儀器內(nèi)存或硬盤容量，每日觀測結(jié)束后，應(yīng)及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機硬、軟盤上，確保觀測數(shù)據(jù)不丟失。
四、數(shù)據(jù)處理方案
1.數(shù)據(jù)預(yù)處理
為了獲得GPS觀測基線向量并對觀測成果進行質(zhì)量檢核，首先要進行GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理結(jié)果對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行分析并做出評價，以確保觀測成果和定位結(jié)果的預(yù)期精度。GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分基線向量解算和網(wǎng)平差兩個階段。各階段數(shù)據(jù)處理軟件均采用隨機所帶軟件。處理的主要內(nèi)容有：GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化、時鐘多項式的擬合和標準化。
2.基線解算及GPS網(wǎng)平差
Ⅰ 基線解算
基線數(shù)據(jù)解算采用隨機軟件包GPPS（Ver 5.2）或S olution(Ver 2.1)軟件求解，基線解算采用消電離層的雙差浮點解或加點離層改正的雙差整數(shù)解（固定解），其主要技術(shù)參數(shù)如下：
衛(wèi)星截止高度角≥150
電離層模型為：Standard模型
對流層模型為Hopfiled或Computed模型。
星歷為廣播星歷或精密星歷
采用L1頻率或L1L2兩個頻率
Ⅱ GPS網(wǎng)平差
GPS網(wǎng)的平差計算應(yīng)用Solution2.6軟件在WGS-84空間直角坐標系下 進行三維無約束平差，以檢查本次GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度。同時為將WGS-84坐標系 下的GPS基線觀測值投影到高斯平面上，并轉(zhuǎn)換到 1980西安坐標系或1954北京坐標系中（或地方獨立坐標系），采用GPSADJ（Ver 2.0）軟件包或Solution(ver 2.1)軟件包進行二維約束平差。
五、提交的成果資料
GPS測量任務(wù)完成后，上交如下資料：
⒈ 測量任務(wù)書與專業(yè)設(shè)計書；
⒉ 點之記、環(huán)視圖和測量標志委托保管書；
⒊ 外業(yè)觀測記錄（包括原始記錄的存儲介質(zhì)及其備份）、測量手簿及其它記錄（包括偏心觀測）；
⒋ 接收設(shè)備、氣象及其它儀器的檢驗資料；
⒌ 外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及野外檢核計算資料；
⒍ 數(shù)據(jù)加工處理中生成的文件（含磁盤文件）、資料和成果表；
⒎ GPS網(wǎng)展點圖；
⒏ 技術(shù)總結(jié)和成果檢查報告
