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1、子情境1：GPS网的技术设计（6）GPS网技术设计实训,GPS控制测量工程项目设计是在GPS课堂教学完成以后的一个重要的实践性教学环节，其目的是使学生综合运用GPS测量、控制测量、地形测量、测量平差等前期所学理论知识，分析解决实际生产岗位中采用GPS进行控制测量工程项目的技术问题，理论结合实际，巩固和扩展所学理论知识，锻炼实际工作能力。学生通过项目设计训练，力求达到如下教学目的：1）掌握GPS控制网的设计方法；2）会根据GPS控制网项目设计要求收集资料；3）会根据资料、规范规程和甲方要求设计控制网精度、基准和网形；4）会根据实际情况制定外业实施计划和内业数据处理计划；5）会独立编写GPS控制测
2、量工程项目技术设计书；6）熟悉现行GPS测量规范规程；7）通过项目设计训练，全面复习巩固GPS测量课程课堂所学知识，对GPS测量课程与地形测量、测量平差、控制测量等课程的内容融会贯通；8）为工程测量项目设计、毕业设计等后续设计项目打下良好基础。,一、设计目的,根据测区资料和控制网用途，独立设计GPS控制网，包括控制网的精度设计、基准设计、图上设计、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要求等工作，并根据设计内容编制一份GPS控制网技术设计书。,二、设计内容,学生需要根据要求独立完成收集资料，设计精度、基准和网形，制定外业和内业计划，编写技
3、术设计书等工作，根据设计内容和难度，安排一周即28学时的设计时间。GPS控制测量工程项目设计需要GPS测量、控制测量、地形测量、测量平差等前期理论知识，因此本设计的时间宜安排在这些前期课程之后进行。,三、设计时间安排,1）理论知识准备：GPS测量的基本知识，大地测量的基本知识，测量平差基本知识，地形测量基本知识2）技能知识准备：GPS接收机检验，GPS静态相对定位外业观测，GPS软件制定作业计划，GPS静态数据处理，计算机文字处理基本技能3）项目设计准备：最新GPS测量规范，测区控制资料，测区旧图，测区交通、气候等资料,四、设计准备,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
4、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。,五、设计方法与步骤,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
5、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
6、式将控制点连成网形。,五、设计方法与步骤,7选择仪器，确定仪器检验项目及要求仪器标称精度、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数据处理软件选择软件的品牌、模式、指标等选择要求。,五、设计方法与步骤,12数据传输要求数据传输的波段、串口号等参数设置要求
7、。13参数设置要求坐标基准转换参数设置要求和杂项参数设置要求。14基线解算质量检验项目及限差，重测要求等。15网平差起算点，三维/二维平差，无约束/约束平差，质量检验项目及限差等。16作业进度考虑工作量、成本、气候、交通、技术力量、软硬件等因素综合制定项目的作业进度。17经费预算包括人力资源成本，仪器设备购买、租赁或维修成本，交通、材料和其它成本。,五、设计方法与步骤,1）必须符合国家的现行政策和规范2）必须与设计地区的实际情况相吻合3）理论正确、逻辑严谨、层次分明4）字迹工整，图件整洁、美观,五、设计要求,一、概述1任务来源 在西部大开发的历史机遇下，某省的能源建设进入了一个新的高潮。为加快
8、某矿井建设步伐，缩短矿井建设周期，跟上盘南特大型电厂的建设进度，确保按时供煤，某煤电(集团)有限责任公司(甲方)委托中煤国际工程集团重庆设计研究院(乙方)进行该矿井(一期)的地面勘察设计工作，第十设计所承担地面矿区控制测量和地形测量以及线路测量。2测区自然地理概况测区位于盘县特区南部，西南面与云南省富源县接壤，行政区划属于响水镇和大山镇管辖，距盘县特区城关镇45公里。其地理位置为东经10434 20东经1043910，北纬252730北纬253050。测区内交通方便，已建成的南昆铁路威(舍)红(果)段穿过主工业广场，并建有小雨谷车站，火车站至响水镇有公路相连；河西广场及田坝排矸场(毗邻响水镇政
9、府)有新建的红(果)威(箐)公路通过场地；扩建的响水至兴义210县道通过庙田排矸场(距响水3公里)和播土排矸场(距响水11公里)。测区交通位置图见附图一。测区属于亚热带高原性季风气候区，气候温和湿润，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛。月平均气温15.2，月平均最高气温31。主工业广场以沟谷及山丘地形为主，最低处约1380米，最高处约1510米，地物以松树、玉米、豆类作物为主，通视条件较差；与盘南电厂交界附近已在施工，车辆繁多，尘土飞扬，给通行通视带来一定的影响。河西广场地势较平坦，地物稀少，测绘方便。田坝、庙田及播土排矸场以沟谷地形为主，沟谷两岸地势较陡峭，相对高差较大，主要为成片梯田地或林地，梯
10、田地中有水稻、玉米、豆类等作物，林地中以杉树、松树为主，间夹灌木及杂树，通行通视条件都较差。综合来看，本次测量为一般地区的复杂地形类别。,六、设计示例某矿井建设工程GPS网技术设计（部分）,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(GB5002693)。3.国家建设部1997年版全球定位系统城市测量技术规程(CJJ7397)。三、已有测绘资料的利用平面控制点资料测区附近有从某省测绘局收集的等三角点平头山和金豆山两个点。两点标石保存完好，点标志中心清晰可辨，有1954年北京坐标系成果资料，可作为平面起算依据高程控制点资料在测区以东有某省测绘局提供的
11、盘兴10号国家等水准点，经现场踏勘，该点保存完好，可作为本次高程测量的已知点。地图资料测区内有某省测绘局和四川省测绘局于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。,六、设计示例,四、坐标系统的采用平面坐标系统：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1050000，边长的高程归化面为1500m，测区的参考椭球平均曲率半经为63
12、64746m。坐标值取通用值。高程系统：高程系统采用1956年黄海高程系。,六、设计示例,五、四等GPS矿区控制网的布设和施测四等GPS网的布设以四等三角点平头山、金豆山为平面起算数据，同级扩展四等GPS网，构网采用边连式的方法进行，平均边长2Km。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：点位的选择应有利于其他测量手段扩展和联测；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；点位选取择应注意被测卫星的地平高度角应大于15；点位应离大功率无线电发射
13、源200米以上，并应离高压电线50米以上；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C23岩石地区平面控制点标石埋设。中心标志皆采取专用不锈钢GPS点标志，标石采用预制或现浇混凝土。四等GPS点均按规范要求格式制作点之记。,六、设计示例,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，点号有汉语拼音。如响水水库（XSSK）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（三台套）进行野外数据采集，接收机标称精度为(5mm+lppmD)，D为观测基线长
14、度，单位为km。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。(2)观测作业要求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。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。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。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
15、天线，以防雷电。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。,六、设计示例,6GPS网的数据处理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。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。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，环线全长相对闭合差四等不超过10。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
16、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：,六、设计示例,6GPS网的数据处理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。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。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，环线全长相对闭合差四等不超过10。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
17、分量闭合差和全长闭合关应满足：,六、设计示例,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：,六、设计示例,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：,
