重庆市沙坪坝区凤鸣山道路四等GPS控制网测量技术设计.docx
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1、目 录1.测区概况2.任务目的及基本要求3.设计技术依据4测区已有资料5. 精度设计6. 基准设计7. 图形设计8. 实地选点与标石埋设9. 仪器选择与检验10. 观测方法11. 计算13. 经费预算重庆市沙坪坝区凤鸣山四等GPS控制网测量技术设计设计目的1.为满足重庆市沙坪坝区凤鸣山路段勘察设计需要,路段总计长度110公里。路段位于凤鸣山,需要凤鸣山片区片区(上桥,新桥,巴山,车管所,四标,西南医院。)进行地形图测绘。本工程项目由重庆市城市道路规划局于2011年1月委托重庆第一市政有限责任公司承担该项目勘测设计任务。根据业主与公司所签定的合同要求,结合测区的具体情况,参照现行规程、规范、图式
2、及标准的要求编写设计书以便指导作业,便于该工程的顺利实施。2.是为了锻炼我们毕业生的各方面的技术水平,以及为我们工作前做一次综合性的检查。一、测区概况 本测区位于沙坪坝区。测区内有1954北京坐标系1:10000航测图,测区地处丘陵地带,气候属亚热带季风气候,日照充足,雨量充沛,光热丰富,测区多与城市楼房,交通为主,项目区交通复杂。 1.地理位置 2.测区行政隶属:沙坪坝区政府3.测区居民情况:测区除有一部分企事业单位,外其他测区内居民众多,多为城镇居住居民。4. 交通运输情况,交通较为复杂多变,交通便利。5. 劳动力及各种材料的情况:市政一公司员工为主,正式公司员工翻遍要求,而对于GPS控制
3、埋设所需的材料在测区内也较为方便。6. 地物、地貌情况:测区内,高差起伏不大,城市居民楼房为主,测区内有少量的溪流,主要植被为公路两旁的行树,没有较大山丘。二、任务目的及基本要求1.建网任务及目的为满足重庆市沙坪坝区凤鸣山路段勘察设计需要,路段总计长度110公里。路段位于凤鸣山,需要凤鸣山片区片区(上桥,新桥,巴山,车管所,四标,西南医院。)进行地形图测绘。本工程项目由重庆市城市道路规划局于2011年1月委托重庆第一市政有限责任公司承担该项目勘测设计任务。根据业主与公司所签定的合同要求,结合测区的具体情况,参照现行规程、规范、图式及标准的要求编写设计书以便指导作业,便于该工程的顺利实施2.任务
4、下达单位:重庆第一市政有限责任公司。3.工程规模:四等GPS控制网的控制面积大约为10平方公里4控制网的要求:建立首级控制网必须遵循以下规则:分级布网、逐级控制;要有足够的精度和密度;应有统一的规格。工区控制网采用统一的坐标系统,并与国家坐标系统相统一;通常是根据地下资源埋藏情况及考虑开采技术上的可能性与经济上的合理性,将工区范围划分为若干个井田,而各个井田位置相邻,常常是开采同一矿层,生产上有着相同的问题和密切的联系,同时,为了查明地下资源的埋藏情况,保证采矿生产能合理、安全地进行,必须了解相邻井田的工程建设与生产动态。为此,要求矿区控制网应具有同一坐标系统,使各个井田的测量成果能相互参照,
5、互相利用。精度上从远期眼,密度上从近近期着手:为了布设能适应工区特点的控制网,必须统筹规划,既满足当前的需要,又要考虑到工区的发展和远景规划。在精度上力求能满足日后工区发展的需要,在密度上则应从当前要求出发。建立控制点时要充分考虑地质和开采情况,使其毁坏数最小:由于工区控制网要服务于整个工区建设的全过程,这就要求控制点的点位能长期保存。在矿区,由于地表受开采的影响,往往有一部分控制点的点位产生位移或遭受破坏。因此,在布设矿区三角点时,必须充分收集和利用矿区的地质和采矿资料,把一些三角点,特别是首级三角点,应尽可能设立在不受开采影响的地区,如老采空区、永久性煤柱,井田分界线等区域的上方,使发生位
6、移和遭受破坏的控制点点数为最少。5.精度要求:四等GPS控制网布设要求见表1表1:等级边长KmabMD/D二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/20000二级115201/10000三、 设计依据1.全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97以下简称规程;2.城市测量规范CJJ8-99以下简称规范;3.国家三、四等水准测量规范GB 12898-914.本技术设计书;2008年建立的四等GPS网,现保存完好。本次对该网进行了连接,条件允许平差时可纳入网内统一平差。该网要求分别在北京54坐标系、西安80坐标系、南京92坐标系下进行平差
7、。四、测区已有资料 1、平面控制:测区内现有三等三角控制网(见附图1)是重庆勘测院所施测的四等GPS网点,每个三等三角点都拥有54北京坐标系成果、80西安坐标系成果。54北京坐标系和80西安坐标系成果的计算,分别采用克拉索夫斯基椭球参数和WGS-84椭球参数,是在高斯平面上进行的。平差后的网的精度:方向中误差为0.65秒,最弱边相对中误差为1/19.8万;92南京地方坐标系成果的计算,采用WGS-84椭球参数,是在高斯平面上进行的。平差后的网的精度:方向中误差为0.6秒,最弱边相对中误差为1/16.3万。测区内尚有2003年完成的重庆市全面网(国家C级GPS网),和尚存部分三、四等三角点和四等
8、导线点以及四等GPS点,这些点埋设规格满足规程要求且埋设年代长久、标石稳定,本次可充分利用其标石。测区内有三等三角点23点,二顶山因被城墙围住,将标石中心投影至观测台上极度困难,戴呈点在四川地界远离测区,两点被弃用。瓜埠点因开山点位离坎子很近,该点稳定性质疑,平差时可根据具体情况酌情处理。本网共采用21点作为起算点,利用旧有标石52点。2、高程控制: 测区内现有龙孔三等水准控制网,是由长江水利委员会2003年布设的,另有重庆水利电力建筑勘测设计研究院布设的一等水准和三等水准网,这些成果精度优良。本网共采用53点作为起算点。五、精度设计1. 首级网的等级及其精度要求如下表:GPS相对定位的精度指
9、标97规程测量分级常量误差mm比例误差ppm相邻点距离KmAA30.012000以上A50.11002000B8115250C105540D1010215E1020110精度指标通常以相邻点之间的距离误差来表示,其形式为:=a02+(b0D)21/2其中,网中相邻点间的距离误差(mm);a0与接收设备有关的常量误差(mm);b0比例误差(ppm或10-6);D相邻点之间的距离(Km)。2. 此次设计的首级网的等级是四等GPS网,其精度及其他等级网的精度如下表:等级边长KmabMD/D二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/20000二
10、级115201/100003 GPS相邻点间精度应满足: 固定误差: a10mm 比例误差系数: b10(16-6) 标准差: =a2+(b.d)2 式中: d为下列相邻点间的平均距离,单位:km 四等: d取4 km, 标准差(mm) 各独立环坐标分量闭合差 wx=wy=w22 n w2 3n 式中:n为独立环中基线边的个数 复测基线的长度较差限差 ds 2 n n 为 同一边复测的次数4GPS绝对定位的精度要求利用GPS进行绝对定位,或单点定位,其精度主要决定于以下两个因素:其一是所测卫星在空间的几何分布,通常称为卫星分布的几何图形;其二是观测量的精度。对于这后一种因素,这里介绍的是在导航
11、学中有关评价单点定位精度的方法,卫星分布的几何图形对定位精度的影响,以及观测卫星的选择问题。当已测码伪距为观测量,进行动态绝对定位时, Qz = Qz=q11 q12 q13 q14q21 q22 q23 q24 q31 q32 q33 q34 q41 q42 q43 q44其中元素,表达了全部解的精度及其间的相关性信息,是评价定位结果的依据。以上权系数阵,一般是在空间直角坐标系中给出的,而为了估算观测站的位置精度,常常采用其在大地坐标系统中的表达形式。假设,在大地坐标系统中,相应点位坐标的权系数阵为= g11 g12 g13 g21 g22 g23 (a) g31 g32 g33则根据方差与
12、协方差传播定律可得=其中= q11 q12 q13 q21 q22 q23 q31 q32 q33为了评定定位的结果,除可应用公式估算每一未知数参数解的精度外,在导航学中,一般均应采用有关精度因子DOP(Dilution of Precision)的概念,其定义如下: 其中,解的中误差; 伪距测量中误差; 权系数阵Qz主对角线的相应元素;与相比较可见,实际上,DOP即是权系数阵 (a)主对角线元素的函数。在实践中,根据不同的要求,可采用不同的精度评价模型和相应的精度因子。通常有 平面位置精度因子HDOP(Horizontal DOP)。相应的平面位置精度 = =(g11+g22) 高程精度因子
13、 VDOP(Vertical DOP)。相应的高程精度 = =(g33) 空间位置精度因子PDOP(Position DOP)。相应的3维定位精度 = =(q11+q22+q33) 接受机钟差精度因子TDOP(Time DOP)。钟差精度 = =(q44) 几何精度因子GDOP(Geometric DOP)。描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子,称为几何精度因子,相应的中误差 = =(q11+q22+q33+q44) =()+() 利用以上各项精度因子,我们就可以从不同的方面对绝对定位的精度作出评价。 六、基准设计1. GPS控制网设计布网:四等GPS网在二等三角控制网下布设,本着经济
14、的原则,四等GPS网设计的平均边长长于规程4.1.3规定的2公里,设计的四等GPS网最长边为6公里,最短边为1公里,平均边长4公里。GPS网主要采用边连接形式,(详见设计网图)。点位设计129点,其中起算点21点,旧点利用52点(见附表),新点56点。按照每点至少平均独立观测1.6次的原则: K=INT(1.6N/M) 式中:K为观测时段 N为点数 M为仪器台数 由上式可见,四等GPS网设计观测时段应不少于K个.2四等水准网设计 四等GPS控制网的高程采用四等水准的作业方法进行,水准线路主要沿道路布设。设计的四等水准网共分42块,独立地在龙孔三等水准控制网、二等水准和三等水准网下加密布设。该网
15、由22条附合线路、1条闭合线路、14条往返测线路、4个单结点网、1个双结点网构成。附(闭)合线路最长为18公里,结点间距离最长为19公里,线路累计长度约460公里(详见设计网图)。3. GPS水准高程对于位于山头和建筑物上的四等GPS点的高程,采用分布均匀、不少于5个点的既具有四等水准精度正常高又具有大地高的四等GPS点与待定点进行GPS水准拟合计算,将GPS大地高转化为GPS水准高(正常高)4.控制网的坐标系统:经过与已知点的联测,建立与1954年北京坐标系一致的平面坐标系。为保证平面边长的投影变形满足工程测量需要(即投影长度变形值不大于2.5cm/km),采用投影于抵偿高程面上的高斯正形投
16、影平面直角坐标系统,即取GPS点“YG03”的坐标和该点至另一GPS点“YG02”的方位角作起始数据,其边长投影到290m测区抵偿高程面上。5.已知点的精度如下:(1)由重庆市测绘局1992年出版的1:1万比例尺国家基本地形图(航测成图,以下简称“1:1万航测图”),作为此次测量作业技术方案进行控制网的布设的基础图。6.选用方案:根据测区的实际情况以及实地勘测但一般控制网的要求满足:建立首级控制网必须遵循以下规则:分级布网、逐级控制;要有足够的精度和密度;应有统一的规格。工区控制网采用统一的坐标系统,并与国家坐标系统相统一;通常是根据地下资源埋藏情况及考虑开采技术上的可能性与经济上的合理性,将
17、工区范围划分为若干个井田,而各个井田位置相邻,常常是开采同一矿层,生产上有着相同的问题和密切的联系,同时,为了查明地下资源的埋藏情况,保证采矿生产能合理、安全地进行,必须了解相邻井田的工程建设与生产动态。为此,要求矿区控制网应具有同一坐标系统,使各个井田的测量成果能相互参照,互相利用。精度上从远期眼,密度上从近近期着手:为了布设能适应工区特点的控制网,必须统筹规划,既满足当前的需要,又要考虑到工区的发展和远景规划。在精度上力求能满足日后工区发展的需要,在密度上则应从当前要求出发。建立控制点时要充分考虑地质和开采情况,使其毁坏数最小:由于工区控制网要服务于整个工区建设的全过程,这就要求控制点的点
18、位能长期保存。在矿区,由于地表受开采的影响,往往有一部分控制点的点位产生位移或遭受破坏。因此,在布设矿区三角点时,必须充分收集和利用矿区的地质和采矿资料,把一些三角点,特别是首级三角点,应尽可能设立在不受开采影响的地区,如老采空区、永久性煤柱,井田分界线等区域的上方,使发生位移和遭受破坏的控制点点数为最少。七、图形设计图形设计也就是图上设计图上设计是在到实地选点之前必须做的一项计划,并且是实地选点的重要的技术准备,也是控制测量技术设计的主要项目。图上设计一般在中比例尺地形图上进行。因为在中比例尺地形图上,能清楚地反映出工区范围内的高山、深谷、平地、河流和村庄等地物和地貌,既容易选择点位构成图形
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