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基于GPS控制测量的研究及独立网平差法.doc

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基于 GPS 控制 测量 研究 独立 网平差法
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目:基于 GPS 控制测量的研究及独立网平差法资源工程学院开题报告2014 年 3 月 19 日论文(设计)题目:基于 GPS 控制测量的技术研究及独立网平差法姓名 曹晓荣 年级 2011 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师 陈绍杰(教授)论文选题的目的、意义;1、选题目的 本文选题的目的主要基于以下几个方面;第一,了解 GPS 的相关理论知识;第二,将 GPS 技术和控制测量想结合;第三,进行测量结果的处理,解算和检核;第四,针对解算方法,研究一种新的平差方法。2、选题意义 原始的控制测量方法不仅会受到很多条件的约束,而且效率精度也不够高,随着知识经济的兴起,全球化、信息化、工业化的不断渗透,高技术产业已经成为促进世界经济发展的主要源泉,对高技术产业布局特征及规律的理论和实践研究将成为国内外学术界研究的重点。而 GPS 观测提供了一种全新的观测手段,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。采用 GPS 技术测设方格网,比常规方法适应性更强,采用GPS-RTK 控制测量,效率可提高一倍以上,并能大幅度降低作业人员的劳动强度。总体安排及进度:1月1日—1月10日:整理收集资料,确定论文题目,完成开题报告1月11日—5月14日:撰写论文提纲,开始论文写作1月15日—1月30日:完成论文初稿2月1日—3月8日:修改论文3 月 8 日—3 月 20 日:完成论文正稿,准备毕业答辩课题预期达到的效果:1.了解 GPS 的基本内容2.认识 GPS 控制测量的大纲3.了解如何选点和布设控制网4.熟悉 GPS 的内业解算与平差5.了解一种新的独立网平差法指导教师意见:签名:基于 GPS 控制测量的研究及新独立网平差法【摘要】全球定位系统(GPS)具有传统测量手段所有缺少的优越性,其定位精度高,具有全球性,观测简便,等这些特点使 GPS 在工程测量领域方面的应用有着非常广阔的前景。因此将 GPS 定位系统引进到控制测量中,也是控制测量的一个必然趋势。本文主要讲述了 GPS 技术在控制测量中的应用。一开始对全球定位系统进行一些简单的阐述,其次对校门口至校内布设 7 个 GPS 静态控制点布设方案进行论述,接着进行一些相关的数据处理,最后对一种独立网平差法进行阐述,同时比较和平时运用平差方法的差别。【关键词】GPS 控制网; GPS 控制测量;基线解算;数据处理;独立网平差法目录1 前言 ..................................................................................11.1 测区概况 ..........................................................................11.2 研究的内容 ........................................................................12 技术标准 ..............................................................................12.1 测量任务 ..........................................................................12.2 作业要求 ..........................................................................12.3 技术指标 ..........................................................................13 GPS 控制测量设计方案 ..................................................................23.1 GPS 控制测量及 GPS 的概述 ..........................................................23.1.1 GPS 的定位原理 ..............................................................23.1.2 GPS 定位方法 .................................................................3 3.1.3 GPS 系统的组成 ...............................................................3 3.1.4 布网原则 ....................................................................3 3.2 技术要求 ..........................................................................43.2.1 E 级 GPS 布网方案 .............................................................43.2.2 E 级 GPS 观测 .................................................................43.2.3 内业计算及精度 ...............................................................43.3 控制测量外业 ......................................................................53.3.1 网形的设计 ...................................................................53.3.2 外业选点 .....................................................................53.3.3 外业埋石 .....................................................................53.3.4 外业观测 .....................................................................63.4 内业数据处理 ......................................................................63.4.1 数据的检核 ...................................................................73.4.2 数据的预处理 .................................................................73.4.3 人工干预基线解算 .............................................................83.4.4 基线解算质量的检核 ...........................................................93.4.5 进行网平差 ..................................................................103.4.6 生成平差报告 ................................................................114 独立网平差法 ..................................................................................................................................................124.1 优越性与基本步骤 .................................................................124.1.1 高斯投影的影响 ..............................................................134.1.2 适用性 ......................................................................134.2.经验和体会 ....................................................................13 5 工期计划与安全保证 ......................................................................................................................................136 质量控制 .............................................................................137 总结语 ...............................................................................148 致谢语 ...............................................................................15参考文献 ..............................................................................................................................................................1611.前言目前,科学技术的进步和 GPS 在全球各方面的广泛应用,促进了 GPS 定位技术的发展,在 GPS 没有传播到测量和控制领域,人们主要依靠测距仪、经纬仪,不但精度低,而且耗费大量的人力物力。GPS 技术凭借具备的效率高、精度高和自动化显著优点,普遍的被使用在地形控制测量中。近些年来,GPS 测量以其精度很高、速度很快、价格相对便宜等一系列优点,受到广大测量工作者的喜爱。随着 GPS 定位技术的应用,在国民经济建设扮演的角色越来越重要,通过对 GPS 定位技术在城区控制测量中应用的学习,对 GPS 系统组成有具体的了解、熟悉 GPS 的工作原理、对 GPS 控制网的布设有充分的认识、熟悉 GPS 的内业解算与平差为以后技术设计书撰写、城区控制测量的规范提供可靠的资料及经验,为相关工程应用提供借鉴。1.1 测区概况测区位于校门口至学校。测区内有简易公路及小路,交通较方便,区内大家普通话交流。测区内通视较困难,普遍通过对讲机或者电话联系,校门口有些地方车流量比较大,给测量作业带来一定的难度。1.2 研究的内容本文首先阐述了 GPS 控制测量的概念,GPS 控制网的组成。紧接着以测量龙岩学院到校门口地形图为例,深入分析和探讨基线解算、误差分析,成果检验,从而对 GPS 控制测量有了进一步的认识和了解。2.技术标准2.1 测量任务 条件所限,一个班共用 6 台 RTK,以 X78、X81 和 D64 作为本测区的控制起算点。静态测量;总共布设 7 个 GPS 控制点,用静态相对定位模式施测一个 E 级 GPS 网,为 RTK 提供基本控制点,满足实习需要。2.2 作业要求GPS 观测及作业要求1)外业作业按实际情况由实习带队老师自主安排2)检验 GPS 接收机;进行常规的检视;检查通电情况。3)观测组在作业时,时间必须统一,这样以确保每一组仪器同步观测的是同一卫星。4)在每一个时段开机前,作业员首先要量取仪器无线高,并在开机后及时输入测站名、年月日、时段号、等信息,然后拿出纸张记录仪器高。5)当仪器工作正常后,每组作业员应该及时把测量手簿中的每一项内容填写完整。而当时段观测时间超过一小时时,作业员需要每隔半小时做一次记录。6)观测员在作业期间不能随意离开测站。在每日观测结束后,回去应马上开机将数据转存至计算机上,以保证当日的观测数据不会丢失。2.3 技术指标1)坐标系统:平面坐标采用的是“80 西安坐标系统”22)基本等高距 2.0 米3)精度要求a 地形图精度 表 2-1 地形图精度地形类别地物点中误差平地 山地、高山地地物点 0.6 0.8邻近点 0.6 0.8b 等高线插求点的高程中误差 表 2-2 高程中误差中误差的两倍值为最大误差。3. GPS 控制测量设计方案3.1 GPS 控制测量及 GPS 的概述GPS 控制测量可分为外业和内业两大部分。根据 GPS 测量实施的工作程序,总体可以分为以下几个阶段:首先 GPS 控制网的设计,接着开始进行选点、埋石、外业观测,最后进行成果检核,观测到的数据处理,编制报告。GPS 测量是比较麻烦的工作,它实施的原则是;在满足一些测量者对测量精度和可靠性等要求的情况下,尽可能地降低经费、减少时间。因此,对其各阶段的工作,在实施的时候都要经过精心的设计与组织。3.1.1 GPS 的定位原理GPS 的定位原理;首先由地面监控站收集资料和信息,然后发送到卫星,卫星接收资料和信息最后倒发送回 GPS 接收机。地形类别 平地 丘陵地 山地 高山地高程中误差 1/3 1/2 2/3 1.03图 3-1GPS 定位原理3.1.2 GPS 定位方法(1)绝对定位(2)相对定位按用户接收机在作业中的运动状态不同,又可分为;一种静态定位、一种动态定位。图 3-2相对定位原理3.1.3 GPS 系统的组成GPS 系统由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三大部分构成。3.1.4 布网原则1)GPS 网正常情况下采用的是用单独观测边所构成闭合图形,比如多边形以及附和路线等,这样可以提高网的可靠性。2)为了方便 GPS 的测量观测、水准联测,削弱多路径产生的影响,GPS 网点在一般情况下应该设在视眼开阔、交通方便的地方。3)为了方便联测,布设视野良好的方向点必须和测站有一定的距离。43.2 技术要求3.2.1E 级 GPS 布网方案1)测区以 C 级 GPS 点为基础,按边连接式均匀布网,布设 7 个 E 级控制点,同时应做到两两通视。2) E 级 GPS 编号采用英文字母“ZJE”后面加流水编号:如ZJE01、ZJE02………ZJE7,中心标志用特制的 GPS 标志。3)E 级 GPS 控制网精度应满足下表要求: 表 3-1 控制网精度等级 平均距离 (km) 固定误差 a(mm )比例误差 b-610最弱边相对中误差E 级 0.2-5 ≤10 ≤5 ≤1/200003.2.2E 级 GPS 观测1) 观测主要技术要求表 3-2 技术要求等级项目卫 星高度角有效卫星数(静态)强度因子PDOP平均重复设站数(次)时段长度(min)数据采样率(″)E 级 ≥15° ≥4 ≤6 ≥1.6 ≥45 5-152) 观测前,应该检校光学对点器,使基座水平度盘垂直于竖直轴。3) 观测点号的输入和记录,依《测量记录格式》要求记录。4)量取控制点的标志面中心至接收机上的指标线的读数,观测前与观测后的仪器高,取平均值为最终值。5)GPS 控制测量的操作应符合《GPS 规范》的要求。3.2.3 内业计算及精度1) 内业数据的解算采用软件《中海达测绘 GPS 数据处理》专业版软件数据处理系统进行。2)每个时段同步观测数据的检核,按以下规定进行;a 同一时段观测值的数据需要有 4 颗同步卫星,且保证有共同观测的时间大于 45 分钟。b 每一个时段的基线平差值的中误差与相对中误差,计算公式如下:22)*(δdba(3-1)式中:δ 代表标准差,mm,b=5 代表比例误差系数,ppm,a=10 代表固定误差,mm,d 代表相邻点间距离,Km。3)每个时段同一条基线之间的成果差,必须要小于 GPS 接收机上面标准精度的 2 倍。54)闭合环的坐标分量闭合差如下规定:; ; σ3≤Wxnσ3≤ynσ3Wzn(3-2)式中;n---闭合环中的边数;ó---相应级别(如 E 级)规定的精度。5)三边同步环,其中一条边和别的两条边的代数和,差的数量要小于如下:; ; ; ≤3σ/5 (3-3) /σ3≤x5σ3≤y5/σ3≤z22Wzyx式中:σ——相应级别规定的精度(按平均边长计算)。6)原始观测计算数据应予全部打印(包括剔除数据),以便检查。7)数据不合格的点,安排在用一个时段一起测。3.3 控制测量外业3.3.1 网形的设计按校区均匀布设,合理的控制长短边的现象,总共布设 7 个控制点。图 3-3 网形图3.3.2 外业选点我们主要是根据以下的原则布设的 E 级控制点。1)主要是以距离为参考依据,尽可能的避免长短边的现象,以免干扰基线解算的精度。2)尽可能设在视野开阔的平地上,满足地质勘探的要求。3)架设点的视野周围 15 度以上理论上不应有障碍物,但周围条件比较差的地方,一面可以有障碍物,而其他三面则不能,能保证能接收到足够的卫星就可以。4)远离山车辆经常经过的路段。5)附近不应有大面积水域、旁边不应该有大面积的平整切壁,以减弱多路径效应的影响。6)可以寻找人工小道通往控制点,方便其他观测手段的利用该点,以及摆静态 GPS 仪器。7)不可布设在路边角上,水沟旁边等危险、不利于摆点、不利于保存点的地方,选在基础稳定的地方。63.3.3 外业埋石标石一般于现场用混凝土灌制,当在现场遇到旧石时,一般选择利用旧点来进行标石,同时要记得做好标记。根据要求,一般情况挖 30cm(深)×30cm×30cm 大小的埋桩坑,且方向要尽量朝北,桩面周围浇灌 30cm(深)×30cm(宽)的混凝土后埋 30×30×30cm 的带有中心标志且有公司名称标志的水泥预制桩,标志正方向也要朝北方向,清理周围的杂草,以免长长覆盖控制点。3.3.4 外业观测GPS 控制网的等级要求有:固定误差;ɑ(mm)≤10 ,比例误差;b(ppm)≤20,相邻点距离;(km)≤1-10。E 级控制网需要引入上一级的控制点,在实际操作中一般是 C 级控制点,第一天必须要三个控制点与 E 级点联测,且基线数量要大于三条,才能构成三角网,构成误差相关误差函数关系,一起解算。不同的时段观测与上一时段需要有重复边的观测。观测的时候,引入 C 级控制点的时候观测时间要比较长,大于 45 分钟,以便采集更多的数据,提高基线解算精度,且转点的要求需要外业条件比较好的控制点作为转点,选择较高的控制点,可以选择 C 级和 E 级各一个作为重复基线,提高整个 E 级网的精度。因为有截止高度角,所以尽量拉高仪器;做好各项记录;开机关机时间,仪器高,点名,仪器型号;不可在观测的时候在仪器旁边走来走去,玩手机;拍照以便做点之记。因为控制测区离 C 级点比较远,必须要在中间选取合适点作为转点,参与基线解算,避免长短边现象,提高网平差的精度,平差报告该转点的平差结果可以删除。3.4 内业数据处理下载中海达 HDS2003 新建项目文件,用仪器之星软件把外业观测数据转换为标准格式文件,导入数据,自定义坐标系统,子午线采用 117 度,3 度带高斯投影。图 3-4 数据导入
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