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紫金山GPS控制测量及地形图测绘技术设计.doc

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紫金山 GPS 控制 测量 地形图 测绘 技术设计
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龙岩学院资源工程学院毕业设计题 目:紫金山 GPS 控制测量及地形图测绘技术设计资源工程学院1紫金山 GPS 控制测量及地形图测绘技术设计【摘要】技术设计书的目的是制定切实可行的技术方案。保证测绘产品符合技术标准和用户要求,获得最佳的社会效益和经济效益,本文将对紫金山矿区外围布设 40 个 GPS 静态控制点布设方案进行论述,以及对地形图测绘进行阐述。【关键词】地形图测绘;静态 GPS 控制测量目录21 测区概况 ..............................................................................32 技术标准 ..............................................................................32.1 已有资料 ..........................................................................32.2 作业依据 ..........................................................................32.3 技术指标 ..........................................................................32.4 精度要求 ..........................................................................33 E 级 GPS 控制测量设计方案 ..............................................................33.1 GPS 控制测量概述 ..................................................................43.2 技术要求 ..........................................................................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 .....................................................................53.4 内业数据处理 ......................................................................63.4.1 数据的检核 ...................................................................63.4.2 数据的预处理 .................................................................63.4.3 人工干预基线解算 .............................................................63.4.4 基线解算质量的检核 ...........................................................73.4.5 进行网平差 ...................................................................83.4.6 生成平差报告 .................................................................84 地形测图 ............................................................................................................................................................84.1 地形测图指标 ......................................................................84.2 地形测图外业 ......................................................................94.2.1RTK 外业测量注意事项 ..........................................................94.2.2RTK 外业测量 ..................................................................94.2.3 利用全站仪测量 ..............................................................105 工期计划与安全保证 ......................................................................................................................................106 质量控制 .............................................................................107 结语 .................................................................................111.测区概况3测区位于紫金山矿区东北矿段,地理位置东经 116°24′—116°27′,北纬 25°11′—25°13′。测区内只有简易公路及小路,交通较不方便,区内通行客家话和普通话。测区内海拔 423—1010 米,植被较发育,属高山地和山地.测区内森林茂密,通视较困难,给野外测量作业带来较大的难度。本次测量工作内容有:矿区 1:2000 地形图约 8 平方公里,布设 E 级 GPS 控制点 40 个。2 技术标准2.1 已有资料情况 1)委托方提供的 1:5000 紫金山矿区东北矿段铜(钼)矿地形线测量作为野外测量工作的参考图。2)距测区北边约 5 公里处和西南角 21 公里以及东南 27 公里处有国家 C 级 GPS 控制点108P、198P 和 442P 作为本测区的控制起算点。2.2 作业依据 1)GB/T18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》 ,简称《GPS 规范》2)CH/T 2009-2010《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》3)GB 50026-2007《工程测量规范》4)GB/T7929-1995《1:500 1:1000 1:2000 地形图图式》 ,简称《图式》5)GB/T18341-2001《地质矿产勘查测量规范》2.3 技术指标1)坐标系统:平面坐标系统采用西安 80 系统,采用 3 度带高斯投影,子午线为 117 度,高程系统为 1985 国家高程标准。2)基本等高距 2.0 米3)精度要求a 地形图精度 表 4-1 地形图精度 ( 图上 mm)地形类别地物点中误差平地、丘陵地 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 4-2 高程中误差 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 1.0中误差的两倍值为最大误差。3 E 级 GPS 控制测量设计方案3.1 GPS 控制测量概述静态测量是多台 GPS 接收机在不同的测站上进行静止同步观测,通过接收到的卫星数据的来求得4待定点的坐标,GPS 技术的优点有施测范围大、高等级控制、网效率高、精度好。3.2 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 40 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………ZJE40,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 5-1 控制网精度等级 平均距离 (km) 固定误差 a(mm )比例误差-6)10(b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 5-2 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) 测区概略定位解的取值为东经:116°25′、北纬:25°12′。3) 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。4) 观测点号的输入和记录,依《测量记录格式》要求记录。5)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。6)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随机软件《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:(3-1)22)*(δdba式中:δ—标准差,mm;b=5—比例误差系数,ppm;a=10—固定误差,mm;d—相邻点间距离,Km。3)每个时段同一条基线的成果相差,要小于 GPS 接收机标准精度的 2 倍。4)闭合环的坐标分量闭合差如下规定:; ; (3-2)σ≤Wxnσ3≤ynσ3Wzn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,第三边处理结果与前两边代数和,差的数量要小于如下:5; ; ; ≤3σ/5 (3-3) 5/σ3≤Wx5σ3≤y5/σ3≤Wz22Wzyx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 网形的设计按矿区均匀布设,合理的控制长短边的现象,离矿区近的可多布设点,远离矿区的可稀疏布设,矿区红线范围外也可以布设点,按三角网布设并在 1:5000 的地形图上标定网的图形。图 3-1 网形3.3.2 外业选点我们按以下的原则布设了 40 个 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,靠近勘探区多布设控制点,远离勘探区可以稀疏布设,要求每个点至少一个通视点,但为了全区考虑可以布设极个别孤点。2)尽可能设在视野开阔的山顶上,满足业主地质勘探的要求。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)远离山上打桩用的临时架设的高压线配电箱,不应小于 200m 的距离,远离山上高压输电线传输路径,不应小于 50m 的距离,离开钻机平台等破坏的地质条件的地方。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)可以寻找钻机路线或人工山林小道通往控制点,方便其他观测手段的利用该点,以及摆静态GPS 仪器。7)不可布设在悬崖边上,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。8)不可布设在预设的钻机平台和露天采矿平台以及预设的地质勘探路线(探槽)上。3.3.3 外业埋石标石一般于现场用混凝土灌制,在有条件的地区,也可在整块露岩石上灌制混凝土后埋制,当与旧点重合时,尽量利用旧点标石,并在点之记中加以说明。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6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,观测人员;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。3.4.1 数据的检核外业选点埋石观测是比较简单的,内业数据的处理,则需要一定的技巧跟专业知识,GPS 通的数据格式有 CMC、Rinxe、JAVAD、Novate 等,Rinex 是通用的标准数据格式,每种处理软件都可以打开,有时如果用源文件解算结果不理想,可试着先将源文件转换为标准数据格式后再重新进行解算,比对解算结果,查找问题。如果解算中有的基线处理结果不好,可以打开该条基线的两个测点的标准格式数据文件检查一下GPS 接收该点数据的一些情况,Rinex 数据文件格式如下所示:所示的数据采样间隔为 5 秒,从左到右,分别是:6 4 28 8 14 19.999999 0 10 5 21 29 14 18 26 15 9 22 30年月日 小时分 秒 间隔符 卫星编号 ID各种接收机的采样间隔不一样,但是两个数据之间的采样数据间隔一般是差不多的,差很多说明,采集的原始数据有问题。采样间隔不应该大于 60 秒,如果 GPS 数据采样间隔太大,一是用户在设置参数的时候出错,二是接收机的原始数据记录有错。3.4.2 数据的预处理1)一般情况下会有少数几条基线解算不成功。检验或是查看基线解算是否成功的重要标志有两个:RATIO 和 RMS,如果 RATIO>2 ,RMS0.02 我们认为基线解算失败。但是这两种参数不是绝对的指标,并不能判定最后的网平差的精度,对于基线解算失败的基线可以重新进行基线解算;解算不好的基线可以考虑把它删除,否则将影响精度。2)基线解算不合格的基线可以修改一些参数后重新解算,可以改变起始历元和结束历元来提高数据匹配度,然后重新解算,周跳图反应的是数据的波动情况,通过它的变化情况来调整起始跟结束历元。3)采样率的数值越大,每次采集数据的时间变长,采样率的数值越大,数据的灵敏度越低,则它的周跳图越平稳,同样不是越大越好,一般情况是同一个时段的采样率都设为一样的,提高它们的匹配度,解算数据不合格的基线,可以适当的改变该条基线的采样率,使数据达到合格。4)软件默认是 15 度的卫星截止角,低于该角度的卫星数据是不参与解算的,使更好质量的数据参与解算,提高解算的精度。但不是角度越大越好,会导致其它误差的加大和卫星数量的不够,影响其他误差的大小,一般是不大于 60 度。解算技巧并不能对本身存在质量问题的野外观测数据进行绝对的修正,在对解算不成功的基线数据进行了检核和分析后,仍不能满足工程要求的情况下应进行重测。数据预处理只是对观测数据质量的一种检测,还需要人工的干预基线的解算,提高精度使得符合要求。3.4.3 人工干预基线解算1)剔除观测时间太短的卫星,即观测时间小于 45 分钟的卫星要剔除,因为确定不了整周未知数。72)在周跳图中,有些线条会有断掉的情况,就是卫星失锁了,所以剔除周跳多的卫星,屏蔽周跳多的时段,不能只剔除线条中间的数据,保存两端的数据。3)观测值的改正数比较大的是多路径效应比较严重的,要剔除多路径效应严重的卫星。4)经过处理的卫星数据进行重新解算,形成新的周跳图,按以上的办法反复剔除参差比较大的卫星时段,必须要保证同一时段公共卫星数量大于 4 颗,且时间大于 45 分钟。5)基线解算参数的修改:截止高度角、观测值类型、星历类型、Ratio 值限值、编辑因子、电离层对流层改正。 图3-2 基线解算3.4.4基线解算质量的检查1) 同步环是同时对同一组卫星进行观测(同步观测)所获得的基线向量所构成的闭合多边形,理论上同步环等于零,但是外业不能同步观测,如果不能达到精度的要求,就表示基线解算有错,需要重新解算,E 级控制网的三条基线的同步闭合差的限差为15PPM,如果没有超过限差,但并不足以表明观测值的高精度,因为它不是绝对精度指标。2)异步环闭合差是精度的绝对指标,指相互独立的基线组的闭合环。异步环闭合差满足限差要求,说明组成异步环的所有基线向量质量合格。8图3-3 闭合环检验3)重复观测基线较差,指不同时段同一条基线进行重复观测的观测值间的差异,限差要求,ds≤3√2σ(ds 基线长度较差,σ 实际边长),如果不行,改善的方法还是重新进行基线解算。3.4.5进行网平差1)无约束平差:无约束平差是在没有输入控制点坐标的时候对 GPS 网的内部进行各种误差分析,基线粗差分析,对网的精度分析,解算三维平差因子,调整各基线向量观测值的权,重新构网。输入生成的三维平差因子进行约束平差。2)约束平差,输入控制点后的平差,约束平差的步骤:指定进行平差的基准和坐标系统,指定起算数据,检验约束条件的质量,进行平差解算。3.4.6生成平差报告x y 正高(m)点名中误差 (m) 中误差 (m) 中误差 (m) 平面中误差2787485.1290 446771.0900 853.221477p***** ***** ***** *****2769912.4800 430328.2030 502.6340480p***** ***** ***** *****2807535.9030 423648.5880 418.3930442P***** ***** ***** *****2787867.3729 442909.7866 583.5114GD010.0092 0.0090 0.0023 0.01292787772.2274 443091.0027 595.9094GD020.0092 0.0091 0.0025 0.01302787810.5241 443011.5488 594.2192ZJ030.0089 0.0088 0.0025 0.01262787690.2205 442941.6666 570.0367ZJ400.0090 0.0089 0.0026 0.01262787670.3554 443005.3435 507.9126ZJ120.0082 0.0083 0.0027 0.01162787745.3471 443023.9840 505.5535ZJ100.0083 0.0084 0.0031 0.0118图3-4平差报告4 地形测图指标与外业4.1 地形测图指标1)采用全数字化测图,数据采集使用南方全站仪按极坐标法在实地采集、或使用 RTK 观测采集、内业编辑成图采用南方 CASS7.0 绘图软件。2)地形图应表示各类控制点、地质工程点、居民地、工矿企业建筑物和公共设施,道路及其附属设施、和植被注记等。高程注记点的密度为每方格 5—15 点,一般不少于 6 个,高程注记至 0.1m。3)居民地的表示9外部形状及道路应该准确表示,内部天井应表示,以房屋角为准表示,地下室入口需表示,地下室不表示。成片式一般房屋应绘出,表示出稀疏程度。居民区外的单个院落要实测显示,其主要房屋,独立房屋要实测表示。4)独立地物重要标志的独立物应表示。如庙宇、土地庙、独立树、独立坟等。地物轮廓在图上尺寸大小符合规定的应依比例尺表示,并配置符号。小于符号尺寸的用不依比例尺符号准确的表示定位点或其定位线。5)管线及附属设施应准确反映实地点位和走向特征。电力线、通信线均需表示,电杆、铁塔位置实测。并按相应的符号表示,居民地内的电力线、通信线可不连线。围墙、栏杆、篱笆、铁丝网根据其性质、结构、类型予以表示。6)地形及土质a 地貌以等高线配合地貌符号和等高线注记表示。城区居民地内不测等高线。b 独立面石块地、山洞、溶洞、崩涯、滑坡、陡崖、冲沟等地貌用相应的符号表示。c 崩涯、陡崖应沿其边缘测绘。冲沟的图上宽度大于 5mm 时,其底部应加绘等高线并注记高程。d 梯田坎大于 2 米的应测注适当数量的比高,梯田坎根据实际情况可以取舍。梯田比较缓且范围较大或荒废时,可用等高线表示。f 植被测区内所有的植被均按其外轮廓进行采集用地类界表示,并填充相应的植被符号,如林地、苗圃、竹林、灌木林、花园、经济林、经济作物地以及耕地。对有方位意义的植被;如林中小面积的空地和耕地,耕地中小面积的林地等应记表示。高大的独立树、道路边的行树应表示。7)注记居民地名称、镇区的主要街、巷、路名、地名、单位名、山名、水系名称等应祥尽调注,使用规范汉字注记,字体大小、排列方式、字头朝向等按 1:2000 规格表示。高程点的注记应测注地形特征点,如道路中心线、山顶、鞍部、山脊、谷底、沟口、池塘、水涯线等。高程注记每方格应不少于 6 个。4.2 地形测图外业4.2.1 rtk 外业测量注意事项:1)在接受任务后出发时,要检查仪器的相关配件是否齐全,不要落下什么东西。2)在测量过程中,时刻牢记,安全第一。3)出发前认真检查仪器,确保在测量过程中,仪器是可以正常工作的,在测量过程中是不会出现仪器有问题等现象的,因为这样会误事,费时,费人力,费钱,费精力。4)在出发前首先把仪器检查一遍,试用一遍觉得可以了再出行,外业操作至少有一个比较精通仪器的人,或者在能够熟练掌握流程的人,这样在开始测量之中,可以节省不少的时间,减少不必要的麻烦。5)每次测量完成后,必须记着要对仪器的电池充电,要清楚的明白,效率低的很大一个原因就是由于电池没电造成的。4.2.2 RTK 外业测量1)在设有基准站的 rtk 测量中,安装动态 GPS 接收机在对中杠上,检查电池是否有电,安装移动手机卡,让后开机,设置调整仪器后,点击 EPS 键后自动连接,自动连接蓝牙,之后点击测量,看是否是固解点,如果是单解点的话是不可以测量的,之后点击保存,编辑代码,(对于外围的边线一般编辑 X 代码,内围的边随便编辑代码,可以编辑-)之后点击 OK 就可以了。2)一般是先整体后局部,大概轮廓打出来后,再具体打里面的点,这样好画图,对于没有争议的有斜坡的坎一般在坎的上面打点,小路要两边打点,打点时一般尽可能的左边大一个右边打一个,太宽的路可以先一边打点,之后打另一边,对于垄要两边都要打,水沟打内部就可以,有争议的茛子要两边打点。对于中海达 F61 打点时,对一片区域,比如说是旱地,只要在打第一个点时编辑代码为
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