GPS测量技术课程设计指导书

一、课程设计的目的和意义

GPS原理与应用课程设计是在完成了本课程课堂学习之后进行的一项重要的技术应用能力训练。通过一周时间的GPS控制网的设计训练，达到以下教学目的：

1、掌握GPS控制网的设计方法；

2、全面复习巩固GPS原理与应用课程课堂所学知识；

3、理解GPS原理与应用课程与地形测量、测量平差、控制测量等课程之间的关系； 4、熟悉现行GPS测量规范规程； 5、为毕业设计打下良好基础。

GPS控制网设计是建立GPS控制网的一个重要环节，GPS控制网测量的外业选点、埋点、仪器选择与检验、作业计划的制定、外业观测、数据处理、成果报告提交及技术总结编写等后续工作必须遵照设计书进行。因此，GPS控制网设计的优劣将直接影响到GPS控制网的质量，必须认真进行。

二、设计的方法与步骤

设计前必须熟练掌握《控制测量》、《GPS原理与应用》等课程的内容，并熟悉《城市测量规范》、《全球定位系统城市测量技术规程》、《全球定位系统测量规范》、《全球定位系统测量型接收机检定规程》等规程规范条款。

1、测区踏勘

通过测区踏勘，达到以下目的：

1）了解测区的气候、地形、地质、交通、物资供应、行政隶属、民情风俗等情况； 2）了解测区的强电磁干扰、天空遮挡以及地面和建筑物对电磁波的反射情况； 3）收集已有的控制点和地形图资料并了解已知点的保存情况； 4）了解工程项目情况。

2、分析所收集的已有控制点精度情况，初步确定已知点的利用方案。 3、选择适合于工程项目的GPS测量规范规程。 4、精度设计

根据工程项目对测量工作的要求和测区范围的大小，GPS测量规范规程，确定GPS控制网的精度等级。

5、基准设计

根据工程项目情况、已知点的精度及分布情况、已知点的坐标系统、测区经度、测区高程等要素进行GPS控制网的基准设计，包括：

1）起算点的选择；

2）坐标系统的选择，包括大地坐标系的选择和地球投影方法的选择； 3）坐标转换参数的确定方法； 4）尺度基准的确定方法； 5）方位基准的确定。 6、图形设计

根据工程要求、测区条件、精度等级和仪器设备情况在适当比例尺地形图上选择GPS点并构成GPS网，步骤如下：

1）确定选点要求；

2）选择适当比例尺地形图；

3）展绘已知点，根据工程位置选择合适的已知点作为起算点（起算点应均匀分布在以测区中央划分的四个象限内）；

4）由起算点开始，根据选点要求选择合适的GPS新点；

5）确定GPS网的基本图形（星形、环形、三角形）；

6）确定同步图形扩展方式（点连式、边连式、网连式，应考虑重复设站数或重复观测基线数）；

7）根据5）、6）中确定的基本图形和连接方式将控制点连成网形。 7、选择仪器，确定仪器检验项目及要求

包括仪器标称精度、单/双频、载波相位/码相位、台数、仪器检验项目与检验要求。 8、确定作业计划的项目及要求

可见卫星数、包括DOP的选择与DOP限值、作业调度等。 9、确定实地选点、埋点的方法及要求

包括选点要求及注意事项、遮挡图测绘、点之记填写、点标志制作与埋设要求、上交资料。

10、观测方法与观测要求

包括时段长度、时段数、卫星截止高度角、采样间隔、对中和整平要求、天线高量取要求、接收机定向要求、手簿记录格式及要求等。

11、数据处理软件选择 12、数据传输要求

13、杂项设置要求、坐标系统设置要求 14、基线解算

基线解算要求、基线解算后的质量检验项目及限差要求、重测要求。 15、网平差

不同坐标系中平差、三维/二维平差、约束/无约束平差、质量检验项目及限差要求。 16、作业进度 17、经费预算 18、上交资料清单

三、GPS网技术设计编写题纲 1、工程概况 2、测区概况

附测区地图、交通图。

3、已有测量资料的分析及利用 4、作业依据 5、精度设计 6、基准设计 7、图形设计

1）图形设计要求及构网说明 2）控制网图

3）图形强度统计表

最短基线、最长基线、平均基线长度、同步观测图形及其数目、同步环长度（最长、最短、平均、分段统计数目）、异步环长度（最长、最短、平均、分段统计数目）、重复基线数、重复设站数（参考9、10）。

8、选埋点要求 附标石埋设图

9、仪器选择与检验 10、作业计划 11、观测要求

12、数据处理要求 13、作业进程表 14、经费预算 15、上交资料清单 四、示例

重庆天弘矿业有限公司盐井一矿

GPS控制测量技术设计书

一、 概述 1．任务来源

重庆天弘矿业有限公司 (甲方)委托长江水利委员会第八勘测院 (乙方)进行盐井一矿矿区的测量工作，长江水利委员会第八勘测院承担盐井一矿矿区GPS控制测量。

2．测区自然地理概况

一矿井田位于重庆市合川市南，嘉陵江南岸。为合川市盐井镇九塘乡所辖。南起四勘探线，北止于嘉陵江边，井田走向长约8.3km，西以沥鼻峡背斜以西嘉陵江槽谷为界，东以须家河底界为界，平均宽约1.54km，面积约17.64km2。井田范围地理坐标：东经106°19′30″~106°22′00″；北纬29°54′00″~29°56′00″。

本区属华蓥山脉南延构造形成的一个分支，为构造剥蚀作用形成的平行狭长岭谷地形，总的地势北低南高。从合川市至井口高程200~300m，井口以南500~600m。

井田北端有212国道通过，至合川市17km，至南充市129km，交通极为便利。 3．工作量

进行盐井一矿矿井井田范围四等GPS控制测量，控制面积约50Km。 二、编写方案的技术依据 1.甲乙双方签订的合同。

2.国家技术监督局1993年版《工程测量规范》(GB50026—93)。

3.国家建设部1997年版《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73—97)。 三、已有测绘资料的利用 １．平面控制点资料

测区有四等三角点三个，位于合川市城区内，分别是机械厂、水文队和过水垭，三点标石保存完好，点标志中心清晰可辨，有1954年北京坐标系成果资料，可作为本次GPS控制网的起算依据

2．地图资料

2测区内有四川省测绘局于1987年出版的1：10000比例尺地形图资料，本测量区利用其作为四等GPS控制网的方案设计。

四、坐标系统的采用 １．平面坐标系统：

由于使用1954年北京坐标系3度带第35带系统在本测区的长度投影变形值经计算已超过规范允许的2.5cm/km，故本次测量的平面坐标系统采用经改算的1954年北京坐标系，这个系统可满足本次测图的要求， 其具体参数如下：采用克拉索夫斯基参考椭球， 中央子午线经度为东经105°00′00″，边长的高程归化面为±0m，坐标值取通用值。

２．高程系统：

高程系统采用1956年黄海高程系。 五、四等GPS矿区控制网的布设和施测 １．四等GPS网的布设

以四等点机械厂、水文队和过水垭作为平面起算数据，同级扩展四等GPS网，构网采用边连式的方法进行，平均边长约2Km。

２．四等GPS网的选点及埋设

四等GPS网的点位选择严格按照《城市测量规范》《全球定位系统城市测量技术规程》、、《全球定位系统（GPS）测量规范》要求以及实地的具体情况进行。

选点时应符合下列要求：

（1） 点位的选择应有利于其他测量手段扩展和联测；

（2） 点位应选在坚实稳定，易于长期保存，视野开阔，便于安置仪器； （3） 点位选取择应注意被测卫星的地平高度角应大于15°；

（4） 点位应离大功率无线电发射源200米以上，并应离高压电线50米以 上；

（5） 避开建筑、水域等反射物体；

四等GPS点标石按照《全球定位系统城市测量技术规程》、附录B要求制造和埋设。岩石标志按《城市测量规范》附录C．2．3岩石地区平面控制点标石埋设。永久中心标志皆采取专用GPS点标志，标石采用预制或现浇混凝土。

3．四等GPS点点名点号的取用

四等GPS点点名取用村名、山名、地名等。如小拱桥 ４．四等GPS点测量所用的仪器

四等GPS点控制点用美国生产的ASTECH LOCUS单频接收机（四台套）进行野外数据采集， 接收机标称精度为±(5mm+lppm．D)，D为观测基线长度，单位为km。

５．四等GPS网点的野外数据采集 (1)技术要求

四等GPS网的观测按照《全球定位系统缄市测量技术规程》的要求进行，其基本要求应符合表一的规定。

表一 四等GPS网作业的基本技术要求 项目 观测方法 四等

(2)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，保证同步观测同一卫星组， 当情况有变化时，应经作业队负责人同意，观测组不得擅自更改计划。

②每一时段开机前后应各量一次天线高，两次量得的天线高互差不大于3mm， 取平均值作为最后结果，并及时输入测站名、观测日时段号、等信息。

③观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人为和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。

④接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷电。

⑤每日观测结束后，应及时将数据转存到计算机上，确保观测数据不丢失，同时应进行当天的基线计算。

6．GPS网的数据处理 ① 数据处理软件包的选用

基线解算、同步环、异步环闭合差检验、网的三维无约束平差、平面约束平 差采用该机配置的软件包进行平差计算。

② 基线向量解算

基线向量解算统一采用软件包扔自动处理程序进行。若自动批处理精度不理 想时，采用手动方法进行补救。否则进行返工重测。

静态 卫星高度角 ≥15° 有效观测卫星数 ≥4 平均重复设站数 ≥1.6 观测时段长度(分钟) ≥45 数据采集间隔(秒) ③采用单基线处理模式时，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不超过6×106，环线全长相对闭合差四等不超过10×

106。

④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网中选取一组完全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关应满足：

WX2n WY2n WZ2n

W23n

式中：n:独立环中的边数

，根据相应等级精度要求（a,b）计:相邻点间弦长精度（基线向量弦长中误差）

算。

226注:（=a(bd),四等a≤10mm, b≤1×10,d为相邻两点间距离（KM））

W:环闭合差

WWXWYWZ

⑤基线向量网及平差 a.基线向量组网

整网观测结束基线解算工作结束后，可通过软件进行组网。 b.GPS间向量网的三维无约束平差

组网工作结束后，应在WGS-84F地心坐标系下进行三维无约束平差,以检验空间向量网的内符精度,再次检验组网基线是否存在粗差基线。

在无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足下式要求：

222V3 VY3 VZ3

c.1954年北京坐标系下的二维约束平差

在三维无约束平差结束后,将GPS空间向量网经投影变换至本次测量采用的1954年北京坐标系(经改算的系统)平面,再固定联测的起算点平面坐标进行平在网的二维约束平差,同时进行高程拟合,计算点的未知点高程。平差结束后，应对平差点位中误差、边长相对中

误差进行分析统计。并在技术总结中予以说明，最弱边相对中误差应小于1/45000。

在约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差应符合下式要求：

dV2 dVy2 dVz2

2005年12月15日

附：测区气候

测区属亚热带气候，湿热多雨。年平均相对湿度为80%。年平均气温为18°C。年平均降水量为1204mm，70%以上降水量集中在每年的5~9月份，9月份为阴雨天气，8月份气温高达42°C。全年多雾，无降雪。

设计附图：水平及高程控制网图，标石埋设图，遮挡图，DOP及可见卫星预报图（GPS）。

已知数据： 点 名 X Y α D 马鞍山 3266408.365 35637742.016 0 20 31.00 1658．800 寨子山 3268067.157 35637751.916 四等，中梁山矿务局1985年观测。

打印的地形图有误，作如下修改：

横向坐标线（标有x坐标值的坐标线）向下移73mm。 纵向坐标线（标有y坐标值的坐标线）向东移2.5mm。 y坐标值加97km。