黄岛区测量课程设计报告.docx

山东科技大学学生课程设计目录 一、黄岛区测区概况-2页 二、明确测量任务和确定测量方案-3页 三、起始数据与坐标系选择-5页 四、平面GPS 控制网布设-8页 五、高程控制网布设与GPS高程拟合-15页 六、加密控制网布设 -17页 七、图根控制方案 -17页 八、数据处理与误差预计-18页 九、工程进度与经费预算-20页 十、附录-24页 十一、课程设计总结-28页一、黄岛区测区概况 黄岛区（青岛西海岸新区）是山东省青岛市所辖的一个市辖区，总面积约为2096平方千米，总人口为171万。其北部6街道与王台镇（含黄山经济区）、灵山卫街道办事处（含积米崖港区）为国务院批准设立的首批国家级经济技术开发区的青岛经济技术开发区。 1、地理位置黄岛区属鲁东丘陵区，呈西高东低之势，境内山岭起伏，沟壑纵横。有海拔100400米的山峰45座，西部主要有小珠山山脉，陡峻挺拔，分别向东南绵延数十里，为西部的天然屏障。主峰海拔724.9米。黄岛区地处北温带季风区域内，风速平均5.4M/S，年平均瞬时风力大于8级天数为71天。2、地形黄岛区属鲁东丘陵区，呈西高东低之势，境内山岭起伏，沟壑纵横。有海拔100-400米的山峰45座，西部主要有小珠山山脉，陡峻挺拔，分别向东向西绵延数十里，为西部的天然屏障。主峰海拔724.9米，山基多为花岗岩和石灰岩。藏马山山峦跌宕俊秀，湖光山色，田园牧歌，生态植被丰实，自然资源优势明显，加之候宜人，区位适中，素有“东有崂山，西有藏马”之称。全区除辛安办事处东部近海处有平均海拔3米的冲积平原外，其它均数丘陵山地。 3、河流 黄岛区属东南沿海水系，均为季节性河流。因境内山水相连，形成了源短流急，单独直接入海的特点。较大的河流有辛安前河、辛安后河、南辛安河、镰湾河、独垛子西河、陡崖子水库，还有明嘉靖年间建造的马濠运河等11条河流。河流总长34公里，流域面积83.2平方公里。 4、海域 开发区三面环海，海岸线长106公里，港汊众多，水道纵横，岛礁棋布。有黄岛、竹岔岛、唐岛、牛岛等10余个大小岛屿，位于黄岛与薛家岛之间。二、明确测量任务和确定测量方案 为了适应经济发展，需要更准确的大比例尺地形图作为市建工程，各类规划设计的依据。所以委托山东科技大学测绘学院对开发区中的2000多平方公里进行1:2000的大比例尺测图。 1、测量任务测区中心位置为11825北纬36，平均高程82米，西南边界直角坐标x=3968km,y=133km;东北边界直角坐标x=4006km,y=171km,测区面积1444平方公里。根据先控制，后加密逐级布网的原则，此次控制测量任务在于：（1） 建立GPS网或者三角网作为首级平面控制网；（2） 建立三等水准网作为首级高程控制网；（3） 在小珠山水库以东设计加密控制网；（4） GPS平面控制需要进行水准联测（GPS高程拟合）。（5） 确定图根控制方案 2、测量方案 全部测量任务由山东科技大学测绘学院承担，现有工程师1名，技术员5名、工人16名；现有仪器，J1型经纬仪、J2型经纬仪二台、S1和S2型水准仪各一台、天宝R4接收机4台。综合测区的条件和减少作业时间和劳动强度，经过我院最后确定具体测量方案如下：（1） 平面控制测量采用GPS ,D级网，用4台天宝R4接收机作业。（具体见设计书第四项）（2） 高程控制测量用S1，S2两台水准仪同时作业并且同步进行GPS高程拟合。（具体见设计书第五项）（3） 加密控制网采用GPS一级网三、起始数据与坐标系统 1、已有数据资料1.1、已有平面控制数据xxx年由国家测绘局第x分局建立国家二等连续三角网，该二等网是按1954年大地测量法布设，经过平差计算，其测角中误差为1，最弱边相对中误差为1:150000。测区内有三个二等点采用1954年北京坐标系，6分带，主子午线117，二等点保留完好，其值如下表：点号xy高程前湖村3995786.3220622424.44212.47八道河3999847.5320628248.74234.56朱家沟3985562.4320630636.32173.46 1.2、已有高程控制起始数据 1959年由国家测绘总局第x分局建立二等水准网，与结核病医院前100处设水准标石一座，其系统为1956年黄海高程系，高程值30.827m。 1.3、为经济发展需要，xx测量队曾在本地区测绘过1:5000比例尺地形图，但为此而布设的控制网中大部分控制点遭到破坏，只有少数点可用。根据上述情况，确定对原有成果利用方案为：（1）测区内的三个国家二等点，精度符合现行规范要求，标石保存完好，其坐标可作为控制网起算坐标。（2）国家水准点可用作为测区三等水准网的起始数据。（3）对于1:15000比例尺地形图可以作为此图上设计和实施选点的依据。（4）对于标石尚好的三角点可以作为GPS测站点，以减少成本。2、坐标系统选择2.1、GPS坐标系与国家大地坐标系转换由于GPS是采用WGS-84坐标系，而我们控制点是北京-54国家大地坐标系，两者间需要进行坐标转换，坐标转换可以在GPS数据处理是用软件处理，具体见第四节GPS数据处理。2.2、局部坐标系的选择与坐标转换按高斯正形投影6带或3带所建立的高斯平面坐标系统通常称为国家统一坐标系统。高斯投影会引起长度变形投影带的边沿长度变形越大。工程测量采用国家统一坐标系时，控制网的实测边长应该化算为高斯平面边长。测图时地面长度化算为高斯平面边长需要加入改正；另外，地面点如果高出椭球面一定高度，则地面长度归算椭球面也要加入改正。这样给测图带来不便。选着工程控制网局部坐标系统（或独立坐标系统）可以有效地控制长度变形在一定的精度内，实测水平边长也可以代替高斯平面边长，这对大比例地形测图和工程测量十分有利。所以有必要进行国家大地坐标和局部坐标转换。我国工程测量规范和城市测量规范均对长度综合变形的容许值做了明确规定，选择独立坐标系时，应保证长度变形不超过2.5cm/km(相对变形为1:4000)。求相对变形公式为：s=(0.00123y215.7H)10-5其中y和H的单位为km.已知测区平均高程82m,测区中心位置为11825北纬36。由高斯投影坐标正算公式计算y值为：在6度带y=127738.0914在3度带y=127738.0914注释：因为11825在3带和6带的中央子午线都为117所以计算出y值相同。将上述y值带和H值带入相对变形公式得s=1/53001/40000所以不能选着国家3或者6带。又应为平均高程为82m,不高。所以选择保持国家统一的椭球面不变，“任意投影带”，按高斯投影计算平面直角坐标。选择测区中央经度作为中央子午线，即11825。此时y值为0，H=0.082km。计算相对变形为：s=1/700001/40000，满足要求。将西南角和控制点坐标国家6带大地坐标转化为任意带局部坐标。使用南方KASS9.0计算测区中心位置11825为中央子午线的国家北京-54坐标（Y坐标加500km）：点号XYH西南角3967290.6549484997.1690-前湖村3994932.5231494822.4116212.47八道河3998907.6641500704.1282234.56朱家沟3984592.2876502883.0989173.46四、平面GPS 控制网布设与数据处理4.1控制点密度设计由1:5000地形图，得道实测面积为1400多平方公里，每个控制点能控制面积Q=0.87S2。对于D 级网全球定位系统（GPS）测量规范GB/T 18314-2009中规定GPS平均边长为510km，所以每个控制点能控制面积为21.75km2，得到测区GPS控制点大概为1664个。综合测区实际情况，为了减少后期加密控制的作业量，最后在1:5000地形图上选取了26个点均匀分布在测区。详细见1:10万地形图。4.2控制点精度设计根据全球定位系统（GPS）测量规范GB/T 18314-2009中规定GPS，D级网应满足下列要求：B、C、D、E级GPS的精度指标级别相邻点基线分量中误差相邻点平均离/km水平分量/mm垂直分量/mmB51050C102020D20405E20403精 度 分 级级 别固定误差a,mm比例误差系数AAABCDE3581010100.010.1151020最简独立闭合环或附合路线边数的规定级 别ABCDE闭合环或附合路线的边数5668104.3控制点选择a、周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15；b、远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；c、附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；d、交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；e、地面基础稳定，易于点的保存；f、AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点；g、充分利用符合要求的旧有控制点；h、选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。4.4埋石GPS点的标石类型及其适用级别按规程，C级以下临时性工程网点，可埋没简易标志。各种类型的标石应设有中心标志。基岩和基本标石的中心标志应用铜或不锈钢制作。普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。标志中心应刻有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色金属（不锈钢或铜）制作的直径小于0.5mm的中心点。并应在标志表面制有“GPS”及施测单位名称。各种标石的规程，见附录B。各种天线墩必须附有强大对中装置。4.4.1埋石作业（1） 各级GPS点的标石应用混凝土灌制。在有条件的地区，也可用整块花岗石、青石等坚硬石料凿制，但其规格应不小于同类标石的规定。（2） 埋没天线墩、基岩标石、基本标石时，应现场浇灌混凝土。普通标石可预先制做，然后运往各点埋没。（3 ）埋设标石，须使各层标志中心严格在同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm。强制对中装置的对中精度不得大于1mm。（4 ）当利用旧点时，应首先确认该点标石完好，并符合同级GPS点埋石要求，且能长期保存。必要时需要挖开标石侧面查看标石情况。如遇上标石被破坏，可以下标石为准，重埋上标石。(5) 方位点应埋设普通标石，并加适当标注，以便与GPS点相区分。(6) GPS点埋石所占土地，应经土地使用者或管理部门同意，并办理相应手续。新埋标石时应办理测量标志委托保管书，一式三份，交标石保管单位或个人，上交和存档各一份。利用旧点时需对委托保管书进行核实，若委托保管情况不落实应重新办理。4.4.2标石外部整饰各类GPS点混凝土标石灌制时，均应在基上压印GPS点的类级、埋设年代和国家设施勿动的字样。4.4.3埋石结束上交资料a、填写了埋石情况的GPS点之记；b、土地占用批准文件与测量标志委托保管书；c、埋石工作总结。4.5 GPS作业观测4.5.1在仪器满足要求后观测应满足相应规范要求各级GPS测量基本技术要求规定级别项目AAABCDE卫星截止高度角（）101015151515同时观测有效卫星数444444有效观测卫星总数20209244观测时段数106421.61.6级别项目AAABCDE时段长度min静态720540240604540快速静态双频+P（Y）码-1052双频全波-1552单频或双频半波-3052采样间隔S静态303030103010301030快速静态-55515515时间中任一卫星有效观测时间min静态151515151515快速静态双频+P（Y）码-111双频全波-333单频或双频半波-555注：1、在时段中观测时间符合表中第七项规定的卫星，为有效观测卫星；2、计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数；3、观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段；4、观测时段数1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。4.5.2 观测作业的要求(1) 观测组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行作业。(2) 经检查接收机电源电缆和天线等各项联结无误，方可开机。(3) 开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，方可进行自测试并输入测站、观测单元和时段等控制信息。(4) 接收机启动前与作业过程中，应随时逐项填写测量手簿中的记录项目，测量手簿格式、记录内容及要求见附录D。(5) 接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化、存储介质记录和电源情况等，如发现异常情况或未预料到的情况，应记录在测量手簿的备注栏内，并及时报告调度组织者。(6) 每时段观测开始及结束前各记录一次观测卫星号、天气状况、实时定位经纬度和大地高、PDOP值等。须观测记录气象元素的等级GPS网点，每时段气象观测应不少于2次。一次在时段开始时，一次在时段结束时。时段长度超过2h时，应每当UTC整点时增加观测记录上述内容一次，夜间放宽到4h。(7) 气象观测所用通风干湿表需悬挂在测站附近，与天线相位中心大致等高度处。悬挂地点应通风良好，避开阳光直接照射，便于读数。空盒气压表可置于测站附近地面，其读数应顾及至天线相位中心高度，加入相应的高程修正。当测站附近的小环境与周围的大环境不一致时，可在合适的地方量测气象元素，然后加上高差修正化为天线相位中心处的气象元素。(8) 每时段观测前后应各量取天线高一次，其测量方法及要求见附录D。两次量高之差不应大于3mm，取平均值作为最后天线高。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入测量手薄记事栏。(9)除特殊情况外，不宜进行偏心观测，若迫不得已进行时，应测定归心元素，其方法可参考附录F或GB/T 17942。(10)观测员要细心操作，观测期间防止接收设备震动，更不得移动，要防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。(11) 观测期间，不得在天线附近50m以内使用电台，10m以内使用对讲机。(12) 天气太冷时，接收机应适当保暖；天气很热时，接收机应避免阳光直接照晒，确保接收机正常工作。(13) 一时段观测过程中不允许进行以下操作：a、接收机关闭又重新启动；b、进行自测试；c、改变卫星仰角限；d、改变数据采样间隔；e、改变天线位置；f、按动关闭文件和删除文件等功能键。(14) 在GPS快速静态定位测量中，同一观测单元期间a、参考站观测不能中断；b、参考站和流动站采样间隔要相同，不能变更。(15) 经认真检查，所有规定作业项目均已全面完成，并符合要求，记录与资料完整无误，且将点位和觇标恢复原状后，方可迁站。4.6外业成果记录4.6.1 记录类型GPS测量作业所获取的成果记录应包括以下三类：a、观测记录（磁盘、光盘或磁带存储）；b、测量手簿；c、其他记录，主要有观测计划、偏心观测资料等。4.6.2 记录内容观测记录项目主要有：a、载波相位观测值、C/A码伪距和P（Y）码伪距等；b、对应观测值的GPS时间；c、GPS卫星星历参数；d、测站和接收机初始信息：测站名、测站号、观测单元号、参考站或流动站、时段号、近似坐标及高程、天线及接收机编号、天线高、观测日期、采样间隔、卫星截止高度角。测量手簿分为四种。AA、A与B级静态定位测量一种，C、D与E级静态定位测量一种，GPS快速静态定位参考站测量一种，及GPS快速静态定位流动站测量一种，格式见附录D。4.6.3 记录要求(1) 观测前和观测过程中应按要求及时填写各项内容，书写要认真细致，字迹清晰、工整、美观。(2) 各项观测记录一律使用铅笔，不得开刀和涂改，不得转抄和追记，如有读、记错误，可整齐划掉，将正确数据写在上面并注明原因。其中天线高，气象读数等原始记录不得连环涂改。(3) 手簿整饰，存储介质注记和各种计算一律使用蓝黑墨水书写。(4) 外业观测中接收机内存储介质上的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在外存储介质外面适当外制贴标签，注明网区名、点名、点号、观测单元号、时段号、文件名、采集日期、测量手簿编号等。两份存储介质应分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。(5) 接收机内存数据文件卸到外存介质上时，不得进行任何剔除、删改和编辑。(6) 测量手簿应事先连续编印页码并装订成册，不得缺损。(7) 其他记录，亦应分别装订成册。五、高程控制网布设与GPS高程拟合按照要求进行三等水准测量。三等水准路线在高等级水准网内加密，布设成附和路线和闭合环路线，单独的附合路线长度不超过200km；为了有利于测图和GPS高程拟合，在1:5万地形图上共选择了13个三等水准点均匀分布在测区，其中10个三等水准点与GPS点联测。并且将二等国家水准点联测到GPS控制网中以提高拟合精度。水准观测技术指标如下图：（ 来源工程测量规范GB50026-2007） 1、水准点的布设与埋石， （1）水准网布设成闭合环或网满足上面要求。 （2）应将点位选在土质坚实、稳固可靠的地方或稳定的建筑物上，且便于寻找、保存和引测； （3）当采用数字水准仪作业时，水准路线还应避开电磁场的干扰。 （4） 宜采用水准标石，也可采用墙水准点。标志及标石的埋设应符合规定。 （5） 埋设完成后，二、三等点应绘制点之记，其他控制点可视需要而定。必要时还应设置指示桩。2、水准观测主要指标 六、加密控制网布设 为了满足测量要求，且减少工作量，我院决定采用GPS一级控制网在D级网联测作为加密控制网。 在小珠山水库以东相近的两个D级GPS点分别进行一级GPS加密，使其成为附合网，提高精度。一级GPS网精度指标：等级平均距离/km固定误差/mm比例误差/mm最弱边相对中误差一级110101/2万（来源卫星定位城市测量规范CJJ/T 73-2010）七、图根控制方案 直接供测图使用的点是图根控制点。图根平面控制点可以采用图根导线点、图根三角、交会方法和GPS RTK等方法。图根高程可以采用图根水准或图根三角高程测定。图根点的精度，相当于邻近等级控制点的点位误差，不应大于图上0.1mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1/10。 图根控制点（包括已知高级点）的个数，应根据地形复杂、破碎程度或隐蔽情况决定其数量。就常规成图方法而言，一般平坦而开阔地区每平方米千米图根控制点的密度，对于1:2000比例尺测图不少于15个。八、数据处理与误差预计1、数据处理1.1根据规范GPS，D级网可采用商业软件进行数据处理，所以拟采用中海达HGO软件1.0.12版本处理。1.2高程控制网，拟采用武汉大学科傻系统。2、误差预计2.1GPS网误差预计使用科傻GPS数据处理软件V3.0进行误差预计得到结果。如下：（为完全列出平差内容）最后根据预计结果符合测量精度要求。2.2高程控制网误差预计 视高级起算点的误差与测量误差等影响，水准网最弱点高程中误差不超过3cm，由设计知边长为85km，三等水准每千米全中误差6mm。由MH=MWL/4得MH=2.7cm3cm。水准网布设附合精度要求。九、工程进度与经费预算1、GPS控制网观测进度共有GPS点26个，用4台接收机采用静态定位方法观测。根据GB/T 18314-2009要求，D级网60%的时段需要观测两次，这样最少理论观测期数Smin=261.64=11(时段) 根据GB/T 18314-2009要求，采用静态定位方法测量D级网，观测时段长度不得低于60min,假定根据点间距离和交通状况，每期之间搬站所需时间平均为60min，并估计午休及其它情况，每日观测4期，则最好工作天数为dmin=11/4=3(天) 由于项目工作天数短不设休息时间，但为了应付各种复杂情况，语气要1天额外工作天数。这样GPS网观测天数为4天。现拟定7月1日开始工作，则作业具体，见调度表：仪器编号观测点观测时间起始时间备注1P267月1日早8:009:10P027月1日早10：2011：30P037月1日下2:003:10P067月1日下4：105：20P097月2日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P137月2日下2:00观测两个时段3:103：204：30P197月3日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P157月3日下2:003:10仪器编号观测点观测时间起始时间备注2P257月1日早8:009:10P247月1日早10：2011：30P027月1日下2:003:10P047月1日下4：105：20P077月2日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P117月2日下2:00观测两个时段3:103：204：30P217月3日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P167月3日下2:003:10仪器编号观测点观测时间起始时间备注3P027月1日早8:009:10P017月1日早10：2011：30P047月1日下2:003:10P077月1日下4：105：20P107月2日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P147月2日下2:00观测两个时段3:103：204：30P207月3日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P187月3日下2:003:10仪器编号观测点观测时间起始时间备注4P247月1日早8:009:10P237月1日早10：2011：30P017月1日下2:003:10P057月1日下4：105：20P087月2日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P127月2日下2:00观测两个时段3:103：204：30P227月3日早8:00观测两个时段9:109：2010：30P177月3日下2:003:102、高程控制网进度预计共有57个高程控制点，其中12个与GPS点联测，水准路线构成两个附合闭合环大约都为85km,但共有35km的共有路线。所以实测水准路线长度大约为135km进行三等水准测量，每一组大约每天测3km，共两组施测。所以大约需要23天。考虑天气和其它情况多计算两天，共需25天。水准测量也于7月1号开始大约25号结束。3、加密与测图工程预计一个小组大约一天加密测图面积平均为0.5km2,则140多平方公里两个小组左右，大约需要需要5个月左右。3、经费预算项目单价（元/天）总工作数(天)总费用（元）天宝R4接收机折旧100441600S1水准仪折旧501251250S2水准仪折旧501251250GPS观测人员劳务100441600水准观测人员劳PS标石200265200水准点标石100454500GPS差旅费2004800水准差旅费50251250生活其它开支200251000加密测图仪器折旧5015065000加密测图人员1008150120000总计218450 十、附录水准中心标石C、D、E级测量手薄记录格式点 号点 名图幅编号观测员日期段号观测日期接收机名称及编号天线类型及其编号存储介质编号数据文件名近似纬度 N近似经度 E近似高程 m采样间隔 s开始记录时间h min结束记录时间h min天线高测定天线高测定方法及略图点位略图测前： 测后：测定值 m修正值 m天线高 m平均值 m时间（UTC）跟踪卫星号（PRN）及信噪比纬度 经度 大地高m天气状况记事快速静态定位参考站测量手薄记录格式点号点名图幅编号观测记录员观测日期观测单元号接收机名称及编号天线类型及其编号时段号数据文件名采样间隔 s开始记录时间h min结束记录时间h min天线高测定天线高测定方法及略图点位略图测前： 测后：测定值 m修正值 m天线高 m平均值 m时间（UTC）跟踪卫星号（PRN）及信噪比纬度 经度 大地高m天气状况记事GPS点之记网区：所在图幅点号点名类级概略位置B L H所在地最近住所及距离地类土质冻土深度解冻深度最近邮电设施供