湖南工程职业技术学院工程测量技术专业.docx
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湖南工程职业技术学院工程测量技术专业
湖南工程职业技术学院工程测量技术专业
GPS及控制测量
综
合
实
训
指
导
书
编写左美蓉
二零一零年二月
一、实训目的
GPS及控制测量综合实训是在完成了《GPS测量技术》和《控制测量》的理论和方法学习后,模拟生产任务所进行的一次综合实训。
通过5周时间的实训,应达到一下目的:
1、巩固课堂所学的知识,加深对GPS定位原理与测量和控制测量基本理论的理解。
能够用有关理论指导作业实践,做到理论与实践相统一,提高学生们的分析问题和解决问题的能力。
2、对学生进行控制测量野外作业的基本技能训练,提高动手能力。
通过实训,熟悉GPS作业计划、GPS控制网布设、观测、数据处理的作业程序及方法,熟悉并掌握工程控制测量的作业程序及施测方法。
3、熟悉并掌握等级导线的作业程序及施测方法。
4、对外业观测成果进行整理、检查和计算。
掌握用测量平差理论处理控制测量成果的基本技能,掌握运用“GPS数据后处理软件”处理GPS测量成果的基本技能。
5、通过完成控制测量实际任务的锻炼,认识控制测量在生产中的前期作用和重要性,提高学生从事测绘工作的计划、组织和管理能力。
学会观测小组中人员的协作与分工,培养协作精神,培养学生良好的专业品质和职业道德。
二、实训要求
实训在学校及学校周边进行。
全班统一实训,在教师的指导下分小组进行;实训以班为单位进行分组,每组设小组长1名,付组长1名,负责本小组的实训组织、人员安排、仪器管理、纪律考勤。
组员要服从和全力支持组长的工作;全部实训由指导教师统一指挥,小组长对教师负责,组员对小组长负责。
三、实训仪器设备和工具
每组配备仪器设备:
1、全站仪1台、棱镜2个、脚架3个、小钢尺、记录夹板、导线测量手簿;
2、S3水准站仪1台(配脚架)、双面水准尺、尺垫1对、三准测
3、精密水准仪1台(配脚架)、铟刚水准尺一对、尺垫一对、皮尺一把。
二等水准测量手簿
4、GPS接收机一台套、GPS野外观测记录表;
注:
四套仪器设备根据每个班的实习进程分批领取,完成一项任务并归还仪器后换领一套。
四、作业依据和技术指标
1.作业依据
1GB50026-2007《工程测量规范》
2CH/T1001-2005《测绘技术总结编写规定》
3CJJ73-97《全球定位系统GPS城市测量技术规程》建设部发布的行业标准;
42009年国家质量技术监督局发布的《全球定位系统(GPS)测量规范》。
2、技术指标
表一导线测量的主要技术要求
等级
导线
长度(km)
平均
边长
(km)
测角中误差(″)
测距中误差(mm)
测距相对中误差
测回数
方位角闭合差(″)
相对闭合差(″)
J2
J6
一级
4
0.5
5
15
≤1/30000
2
4
±10√n
≤1/15000
注:
表中n为测站数
表二各级导线边长测量技术要求
控制网等级
测距仪
观测次数
总测回数
备注
往
返
1、Ⅱ为必须用≤(±5mm+3ppm·D)的Ⅱ级测仪。
2、1测回是指照准目标一次,读数四次,可根据仪器出现的离散程度和大气透明度作适当增减,往返测回数各占总测回数一半。
3、根据具体情况,可采用不同时段观测代替往返观测,时段是指上下午或不同上网白天。
二等
Ⅰ
1
1
6
Ⅱ
8
三等
Ⅰ
1
1
4
Ⅱ
1
1
6
四等
Ⅰ
1
1
2
Ⅱ
1
1
4
一级
Ⅱ
1
—
2
二、三级
Ⅱ
1
—
1
表三边长测量各项较差的限值
项目
一测回读数较差
单程测回间较差
往返或不同时段的较差
Ⅰ
5mm
7mm
2(a+b·D)
Ⅱ
10mm
15mm
注:
1.往返较差应将斜距化算到同一水平面上方可进行比较;
2.2(a+b·D)为仪器标称精度。
表四水准测量的主要技术要求
等级
每千米高差中误差(mm)
路线长度
水准仪的型号
水准尺
观测次数和与已知点联测次数
往返测较、附合或环形闭合差(mm)
平地
山地
二等
2mm
——
DS1
因瓦
往返各一次
往返各一次
±4√L
——
三等
6mm
≤50
DS2
因瓦
往返各一次
往返各一次
±12√L
±4√n
DS3
双面
注:
L为往返测段、附合或环线的水准路线长度(km);n为测站数
表五水准观测的主要技术要求
等级
仪器型号
视线长度(m)
前后视较差(m)
前后视累积差(m)
视线离地面最低高度(m)
基辅分划或黑红面读数较差(mm)
基辅分划或黑红面所测高差较差(mm)
二等
DS1
50
1
3
下丝读数大于0.3(0.5)
0.5(0.4)
0.6(0.7)
三等
DS2
100
3
6
三丝能读数(0.3
)
1.0
1.5
DS3
75
2.0
3.0
四等
DS3
100
5
10
三丝能读数(0.2)
3.0
5.0
表六GPS测量各等级的作业的基本技术要求(CJJ—97)
项目
等级
观测方法
二等
三等
四等
一级
二级
卫星高度角
(°)
静态
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
有效观测卫星数
静态
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
平均重复设站数
静态
≥2
≥2
≥1.6
≥1.6
≥1.6
时段长度(min)
静态
≥90
≥60
≥45
≥45
≥45
数据采样间隔(s)
静态
10~60
10~60
10~60
10~60
10~60
注:
当采用双频机进行快速静态观测时,时间长度可缩减为10min.
GPS测量各等级的点位几何图形强度因子PDOP值应小于6.
五、实训内容与任务
1、E级(或四等)GPS控制网及5″导线控制网的技术设计。
2、E级(或四等)GPS控制网的数据采集。
3、E级(或四等)GPS控制网数据处理。
4、5″导线及内业计算。
5、三等水准观测及内业计算。
六、时间安排
实习时间为5周,具体安排见表七。
表七实训时间安排
时间
实习内容安排
备注
2天
实训动员、技术设计、领仪器、检验仪器
实训内容和日期安排因具体情况可有变动。
6天
GPS网的观测、二等水准测量
2天
数据处理
10天
导线和三等水准的施测
5天
内业计算、编写实训报告、实训总结、归还仪器、实训结束。
七、控制测量实训技术指导
技术设计书的内容包括:
测区及任务概况、技术依据及精度指标、观测方案、数据处理方案等。
(一)GPS控制网测量
GPS控制网按E级(或四等)网的要求进行测量。
为了加强网形强度,采用边连式或网连式。
1、GPS控制网技术设计
1)设计内容:
GPS网网形、精度、基准、作业方法等。
、
2)实训网设计程序:
1首先依据指导教师提出的测量任务要求,踏勘、调查测区。
踏勘内容:
测区交通情况、水系分布情况、植被情况的调查与了解:
已有测量控制点如:
三角点、水准点、GPS点、多普勒点、导线点的等级、坐标、高程系统,点位的数量及分布,点位标志的保存状况等;人文地理情况;
收集下列资料:
各类图件:
1:
1万~1:
10万比例尺地形图,大地水准面起伏图,交通图;各类控制点成果:
三角点、水准点、GPS点、多普勒点、导线点及各控制点坐标系统、技术总结等有关资料。
测区与GPS测量有关的其它情况如:
地质、气象、交通、通讯等方面的资料、行政去划表。
2按《规范》或《规程》标准设计GPS网的精度、密度。
3根据精度与密度要求设计网型。
确定观测时的设计网的连接方式。
4观测计划编制
根据实训用GPS接受机数量(4台或5台)、GPS网型、交通工具等条件编制实训观测计划。
5设计外业观测计划
观测计划的主要内容应包括:
编制GPS卫星的可见性预报图:
在高度角>15°的限制条件下,可预报星历,可编制GPS卫星的可见性预报图;选择卫星几何图形强度,PDOP值不应大于6,选择最佳的观测时段,即卫星数大于4颗PDOP值小于6的时段;编排作业调度表;设计观测期内每天出测前下发的作业进度表。
表八GPS作业调度表
时段编号
观测时间
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
机号
机号
1
2
3
4
5
6设计观测期内星历预报方案
7设计数值处理方案,包括:
数据处理的基本方法及使用的软件:
起算点坐标的决定方法;闭合差检验及点位精度评定指标。
3)GPS网的基准设计
1明确GPS网所采用的基准,获取相应参数。
2根据基准选定联测的平面与高程控制点,设计基准转换和高程拟合方法。
2.GPS外业作业及外业数据采集
GPS测量外业实施包括GPS点的选买埋、观测、数据传输及数据预处理工作。
1)选点:
选点工作还应遵守一下原则:
1点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上。
2点位目标要显著,视场周围15°以上不应有障碍物,以减小GPS信号被遮挡或障碍物吸收。
3点位应远离大功率无线点发射源(如电视台、微波站等)其距离不小于200m;运离高压输电线,其距离不得小于50m。
以避免电磁场对GPS信号的干扰。
4点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体,以减弱多路径效应的影响。
5点位应选在交通方便,有利于其它观测手段扩展与联测的地方。
6地面基础稳定,易于点位的保存。
7选点人员应按技术设计进行踏勘,在实地按要求选定点位。
8网形应有利于同步观测边、点联结。
9当所选点位需要进行水准联测时,选点人员应实地踏勘水准路线,提出有关建议。
10当利用旧点时,应对旧点的稳定性、完好性,以及目标的是否安全可用作一检查,符合要求方可利用。
2)标志埋设
GPS网点一般应埋设具有中心标志的标石,以精确标志点位,点的标石和标志必须稳定。
坚固以利长久保存和利用。
在基岩露头地区,也可直接在基岩上嵌入金属标志。
每个点位标石埋设结束后,填写点之记并提交以下资料:
点之记:
GPS网的选点网图;土地占用批准文件与测量标志委托保管书;选点与埋石工作技术总结。
点名一般取村名、地名山名、单位名。
应向当地政府部门或群众进行调查后确定,利用原有旧点时点名不宜更改,点名编排应适应计算机计算。
3)观测工作
1观测工作主要依据的技术指标
实训作业执行《规范》E级或《规程》四等要求。
2天线安置:
包括整平、对中基座、安置天线并将定向标志线指向正北(应顾及到当地磁偏角的影响),以便减弱相位中心偏差的影响,天线定向误差依定位精度不同而异,一般不应超过±3°~5°.在圆盘天线间隔120°的三个方向分别量取天线高,三次测量结果之差不应超过3mm,取其三次结果的平均值记入测量手簿中,天线高记录取值0.001m;测量气象参数。
3开机观测
天线安置完成后,在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机,接通接收机与电源、天线、控制器的联接电缆,启动接收机进行观测。
接收机锁定卫星并开始记录数据后,观测员可按照仪器随机提供操作手册进行输入和查询操作,在未掌握有关操作系统之前,不要随意按键和输入,在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。
4)注意事项:
通常来说,在外业观测工作中,仪器操作人员要注意:
1当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后,方可接通电源,启动接收机。
、
2开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后,方能输入有关测站和时段、高度截止角、采样间隔等控制信息。
3接收机在开始记录数据后,应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、适时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。
4一个时段观测过程中,不允许进行以下操作:
关闭又重新启动;进行自测试(发现故障除外):
改变卫星高度角;改变天线位置;改变数据采样间隔;按动关闭文件和删除文件等功能键。
5每一观测时段中,气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次,当时段较长时可适当增加观测次数。
6在观测过程中要特别注意供电情况,除在出测前认真检查电池容量是否充足外,作业中观测人员不要远离接收机,听到仪器低电压报警要及时予以处理,否则可能会造成仪器内部数据破坏或丢失。
对观测时段较长的观测工作,建议尽量采用太阳能电池板或汽车电瓶进行供电。
7仪器高一定要按规定始、末各量测一次,并及时输入仪器并记入测量手簿之中。
8接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机;雷雨季节架设天线要防止雷击,雷雨过境时应关机停测,并卸下天线。
9观测站的全部预定作业项目,经检查均已按规定完成,且记录与资料完整无误后方可迁站。
10观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量,每日观测结束后,应及时将数据转存至计算机硬、软盘上,确保观测数据不丢失。
5)观测记录
在外业观测工作中,所有的信息资料均要妥善记录。
记录形式主要有两种:
1观测记录
观测记录由GPS接收机自动进行,均记录在存储介质(如硬盘、硬卡或记忆卡等)上,其主要内容有;载波相位观测值及相应的观测历元:
同一历元的测码伪距观测值;
GPS卫星星历及卫星钟差参数:
实时绝对定位结果:
测站控制信息及接收机工作状态信息。
2测量手簿
测量手簿是在接收机启动前及观测过程中,由观测者随时填写的。
记录表的备注栏应记载观测过程中发生的重要问题,问题出现的时间及其处理方式等。
观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据,必须认真、及时填写,坚决杜绝事后补记追记。
外业观测中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份,分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。
存储介质的外面,适当处应贴制标签,注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。
接收机内存数据文件在转录到外存介质上时,不得进行任何剔除或删改,不得调用任何对数据实施重新加工织合的操作命令。
3内业数据处理
把数据从接收机中下载下来以后,使用随机软件进行数据处理:
限差执行《规范》或《规程》的要求:
提交各点的地方坐标和解算精度说明,并进行分析。
(二)一级导线测量
精度等级为一级导线,作业前应根据测区实际情况,在收集资料的基础上进行简单的导线设计。
精密导线的作业内容包括踏勘、设计、选点、造标、埋石、侧边、测角和三等高程测量等内容。
1.踏勘与设计
在测区踏勘与了解、收集资料基础上进行技术设计,包括网型、点位、内外业作业方法设计,精度估算等内容,应完成技术设计说明书的书写,内容简明扼要。
2.选点
进行实地选点的目的是按实地情况检查落实图上设计,修改其中不恰当或不完善部分,实地选定导线点的最适宜位置,在地面上标定出来。
实地选点的步骤如下:
(1)领取图上设计资料以及侧板、望远镜、照准仪、罗针、三棱尺、测旗等器材装备。
(2)在测板上按1:
100000或1:
200000比例尺绘制间隔为10km的方格网,将已有的三角点、GPS点、导线点、水准点展绘在测板上。
(3)先到已有的三角点、GPS点、导线点上:
判明图上标定的点位是否与实地相应,检查目标、标石的完整情况。
按已知方向标定测板方位,画出磁北线,按照图上设计逐一检查各方向的通视情况,向预选点位描绘方向线。
(4)到预选点上按已知点上所描绘的方向线标定测板,用交会法确定该预选点的点位。
然后和步骤2一样,向以后的预选点描绘方向线。
如此顺次逐点作业,至所有图上设计的点位交会在测板上为止。
(5)视线超越障碍物应有一定的高度并旁离障碍物有一定上网距离。
对地面上不能通视的方向,必须采取有效的方法(如在端点树立明显的高目标、爬高建筑物、利用辉光器等)检查通视和确定钻标应建的高度。
(6)点位应选在展望良好,易于扩展,土质坚实的地方,一般应在至高点上、并尽量利用旧有三角点位置。
决定点位时应考虑造标和观测时是否安全和便利,标石能否长期保存。
因此,所决定的点位应离开公路、铁路和其它建筑物不少于50m,离高压电线不少于120m。
(7)点位选定后,须打一木桩,树立标记,义工周围点交会和埋石造标人员找点之用。
(8)在有准确地形图的地区,每点选定后应填写“点之记”。
它包括点名、所在地、计划建造的目标类型、高度,标石类型等内容。
在没有准确的地形图时,则必须绘“点之记”,除上述内容外,还应有点位略图及有关方向的略图,交通运输以及砂、石来源说明等。
填写“点之记”的具体方法可参照相关《规范》。
(9)导线的边长、节长、导线点间距和导线边倾角等都必须符合《规范》要求。
(10)导线边沿线的地形必须符合电磁波测距,应避开大城镇、大湖泊、大河流等不利地形。
必须使测线的地形剖面在电磁波测距时,不致产生过大的地面反射影响,为此最好使测线离开地面不要太高,避免通过所谓“锅底形”的地形,也不宜通过较宽的水面。
同时还应注意到,在导线两端点测量的气象数据对于整个导线有较好的代表性,以便提高气象改正的精度。
(11)导线应尽可能沿交通线布设,最好把导线点设在沿线的小山头上,及便于观测,避免造高标,又便于以后的扩展。
(12)要特别注意导线边所经过的地形,除适于测距外,还必须适于测角。
没有明显的旁折光影响,以避免水平角观测中系统误差。
为此,当导线沿山谷布设时,导线点不宜选在谷底,而应在较高处。
导线边不要旁依山坡,离开较长的山坡至少几十米。
(13)将电磁波测距所得的倾斜距离化为水平距离时,需进行距离的的改正计算。
(14)当根据电磁波测距的要求选点有困难时,可考虑设置偏心站,偏心距应不超过100m,如设偏心站不能取得可靠的测距结果时,可避开中间的不利地形,在导线边的一侧靠近中央处选一中间点,分段测距,然后归算导线边长。
两侧段与导线边夹角,一般应小于30°,最大的不得超过40°.
3.造标、埋石
按《规范》要求规格建造并埋设。
4.边长测量
一级导线边长测量观测两测回,一测回是指照准目标一次,读数四次,可根据仪器出现的离散程度和大气透明度坐适当增减,往返测回数各占总测回数的一半。
5.角度测量
(1)水平观测角
实用全站仪进行测角,水平角测四个测回,左右角各测二个测回。
当对观测的左右角折角分别取中数后,应按△=[左角]K中+[右角]中算出水平闭合差,其差值应不超过10″。
(2)垂直角观测
在导线上,每一方向用全站仪按中丝法测3各测回。
(注意仪器高和棱镜高的量取)
6.记录及计算
外业手簿的记录在专用表格中进行,记录与计算参考表格说明。
7.控制网数据处理
首先对外业数据严格检核,检核无误后录入电子表格,再用平差软件进行数据处理,计算出控制点的平面坐标和三角高程。
(二)水准测量
水准测量按二等或三等要求作业(根据仪器条件在每次实训时具体确定),水准网应布设成闭合或附合环、或网状形式。
1.二等水准测量的一般规定
为了消除或减弱各种水准测量误差的影响,精密水准测量作业时应遵循以下规定。
(1)工作开始前半小时,将水准仪置于露天阴影下,使仪器和空气温度一致,观测时用大白布伞遮蔽阳光,迁站时用白绸罩罩住仪器,以减小i角变化的影响。
(2)对微倾式水准仪:
观测前应测出倾斜螺旋的置平零点(标准位置),并作标记:
观测中随着气温变化,应随时调整零点位置。
对自动安平水准仪的圆水准器,观测时须严格置平。
(3)在每一测站上,仪器距前、后水准标尺的距离应尽可能相等,这样就可以消除或减弱与距离有关的误差影响,例如i角误差、地球弯曲及折光差。
(4)观测时仪器三脚架的两腿应放置在乎行于水准路线的方向,另一腿则交替地在前进方向的左边和右边,以消除交叉误差的影响。
(5)在相邻两测站上要变换观测程序,即一站的观测程序为后、前、前、后,另一站的观测程序为前、后、后、前:
每一测段应进行往返测,往返测沿同二条路线,采用同样的尺承,以减弱仪器脚架和尺台(或尺桩)升沉的影响。
并可望在往返高差中数内得到进一步的减弱。
(6)为了消除折光误差的影响,测段的往测和返测要分别在上午和下午进行。
观测必须在日出后至少半个小时开始,日落前至少半个小时结束,中午前后约2.5小时内不得进行观测:
但可根据地区季节及气象情况适当增减中午间歇的时间。
观测时视线离地面要有一定高度。
(7)一个测段(即两个相邻水准标石之间的水准路线)应设置偶数测站,这样就可以消除一对水准标尺的零点不等差对高差的影响。
2.精度及测站限差要求
表九水准测量的测站限差
视线长(m)
视线高
前后视距差
前后视距累积差
同一标尺的读数差
同一测站的高差之差
上下丝平均值与中丝之差
二等
50
下丝读数≥0.3
1.0m
3.0
0.4mm
0.6mm
1.5mm
三等
75
三丝能读数
3.0m
6.0
2.0mm
3.0mm
——
3.精密水准测量的观测方法
(1)观测程序
往测在奇数测站:
1后视第一次(或基本分划)读数:
②前视第一次(或基本划分读数)③前视第二次(或辅助分划)读数:
④后视第二次(或辅助分划)读数。
以上观测程序简称为“后前前后”
往测在偶数站
1前视第一次(或基本分划)读数:
②后视第一次(或基本分划)读数③后视第二次(或辅助分划)读数。
④前视第二次(或辅助分划)读数
以上观测程序简称为“前后后前”
返测时,前后标尺互换位置,奇数偶数测站的观测程序与往测偶数奇数测站的观测程序相同,即奇数测站的观测程序是“前-后-后-前”,偶数测站的观测程序是“后-前-前-后”。
此外,为了确定仪器至水准标尺的距离,在进行读数①之前及读数②以后,都要读记上下视距丝的读数。
三等水准测量不分奇站,按后、前、前、后或后、后、前、前的观测顺序进行。
、
(2)一个测站上的操作步骤
在每天工作开始前,应检查圆水准器(或正交水准管)位置是否正确:
找出倾斜螺旋的标准位置,并作一记号。
每站的操作步骤为:
1面对后视(现观测的)水准标尺,使仪器的两脚沿水准路线方向,另一脚在观测员左手一边,先固定两脚,再调整另一脚的前后左右位置使圆水准器气泡大致居中。
然后用脚螺旋将圆水准器整置水平,这时望远镜转至任何方向,符合水准气泡两端影像偏离在1mm以内。
2照准后视水准标尺,转动倾斜螺旋使符合水准器气泡两端影像大致符合。
用下、上视距丝照准水准标尺的基本分划读取视距,读记标尺分划的三位数和测微分划尺上的一位数。
接着转动倾斜螺旋使气泡影像精密符合,并转动测微螺旋使楔形丝精确夹准水准标尺的基本分划,读标尺分划线三位数和测微分划尺的三位数。
读数时,标尺分划线的三位数和测微分划尺的数字要连贯读出。
3旋转望远镜照准前视水准标尺,利用倾斜螺旋使符合水准器影像精密符合,转动测微螺旋使楔形丝精确夹准水准标尺的基本分划,读取标尺分划线与测微分划尺的读数,然后按下、上视距丝读取视距,情况与②所述相同。
4用水平微动螺旋旋转望
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