1、本科毕业论文（20 届）GPS 在德化浔中镇地形控制中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期GPS 在德化浔中镇地形控制中的应用【摘要】本文简述了GPS测量技术目前的国内外研究现状、研究意义及其研究的内容。通过以泉州德化浔中镇地形图控制网的建立为例，论述了GPS测量技术在控制点加密中的使用方法，分析和探讨GPS网的网型设计、误差分析，成果检验。实践表明，该技术与常规测量方法相比，在精度上能够满足要求，在生产效率上也有明显的优势，例如操作简单、作业范围广、测量精度高、节省人力物力等优势。【关键字】GPS 测量；地形测量；控制网目录1.绪论 .11.1 研究的背景 .11.2 国
2、内外研究的现状 .11.3 研究的意义 .11.4 研究的内容 .12.工程概况 .12.1 测区的概况 .12.2 测区已有资料 .23.控制网布设 .23.1 作业依据 .23.2 控制点的选点与埋点 .33.3 测量的仪器 .33.4 控制网布设 .33.5 施测方法 .43.6 控制点布置图 .44.控制网平差成果 .44.1 坐标系统 .44.2 平差统计 .54.3 自由网平差 .54.4 二维约束平差 .75.成果精度评定 .96.控制点成果表 .97.水准控制点复查 .107.1 水准控制点测量 .107.2 控制点复查成果 .108.总结 .11致谢语 .11参考文献 .12
3、11. 绪论1.1 研究的背景长期以来，测量学的应用主要是针对小面积的地形测绘工作，利用常规的测量仪器进行平面测量直接测绘地形图。而当前社会需要的测绘技术越来越广泛，测绘新技术也因此而诞生，用 GPS 获取的针对地形测量大面积的控制网精度高且方便，为了社会生产的需要必须与时俱进。1.2 国内外研究的现状卫星定位技术是人造地球卫星的点测量技术的使用。1958 年，美国海军和詹斯霍普金斯大学试验室为核潜艇研制全球的导航，着手研制一种卫星导航体系，简称 NNSS，即为美国海军导航卫星系统；苏联在 1965 建立了卫星导航系统，即 CICADA。 1然而这 2个均存卫星数少、不能随时提供数据等明显的缺
4、陷。为满足军事及民用领域需要，一九七三年，美国国防部着手开发新的导航体系全球定位系统，简称 GPS。依据卫星为基础的该系统，具备控制点间不要通视，定位精度高，操作简单，能全天候工作等优点。为了加快 GPS 技术产业的发展，1998 年美国开始了对定位系统进行现代化，即采取措施防止敌方和黑客的干预，增强军用信号的强度；提高 GPS 导航定位精度，将军用频道和民用频道完全分割，增添了 2 个民用频道，并于 2000 年 5 月 1 日取消了 SA 政策，从而GPS 定位精度抬高了 10 倍 2。近年来，我国 GPS 技术也获得了较快的发展。我国研制的北斗导航定位系统，是全球第四个卫星导航定位体系。
5、北斗系统包含实验系统及定位系统，当前已发射四颗试验卫星和十六颗定位卫星，其原理，精度，范围上渐渐和其他导航系统接轨。 3 “北斗一号”定位服务已覆盖亚太地区，预计将于 2020 建成覆盖全球的卫星导航。1.3 研究的意义作为前沿科技之一的GPS技术，在当今社会已经渗透到诸多的行业领域。导航与定位是GPS的主要功能。随着科学技术的发展，GPS 技术在测量领域得到了很大的扩展，并有着极其重要的地位。随着GPS 技术的更新换代，不论是在生活上还是城市基础建设中都发挥着日益重要的作用。同时这也使得GPS技术得到很大提升，功能更加的强大，在作业的时候，更加的方便快捷。与以前的传统测量方法相比较，GPS技
6、术已经发上了的巨大的改变。 4而在以前，常用地面的测量方法均是把测距、测角、测水准当作最重要的方式，现如今伴着网络技术高速的发展，这些测量方法慢慢的被GPS技术即快速、高效且精确的获取三维坐标的技术所取代。通过对GPS技术在地形控制中的应用研究，深化对GPS技术的了解认识，对其今后的发展具有重要的意义。1.4 研究的内容本文是基于泉州德化浔中镇地形图控制项目，根据测区的概况，从各式布设网选取适合的控制网进行布设，再进行误差分析，最后进行成果检验，从而突出 GPS 测量技术具有快速定位、效率高、可以提供厘米级定位成果等优点。2. 工程概况2.1 测区概况浔中镇位于福建省德化县南部，为德化县人民政
7、府所在地，是全县政治、经济、文化中心，南与龙浔镇隔浐溪相望，东南连三班镇，东与龙门滩镇接壤，北接国宝乡，东北紧挨雷峰镇，西边毗邻盖德镇。2浔中镇地处戴云山南麓丘陵地带，海拔 440750 米，浐溪自西北向东南穿流而过，村庄都分布于河谷阶地；属亚热带季风气候，年平均气温 1819，年降雨量 18001900毫米。年日照时数 1801 小时，无霜期 277 天。春夏湿润多雨，雨量相对集中。测绘区域境为浔中镇的王厝山，地形为一座小山包状，地势高差起伏，因施工需要，进行控制点加密测量。2.2 测区已有资料2.2.1 平面资料测区内有德化县国土局提供 D 级控制点 D1、D7、D11，作为本测区首级控制
8、网的平面起算点。2.2.2 高程资料该测区起算点以德化县国土局提供 D 级控制点 D1、D7、D11 的高程作为起算点。2.2.2 地形图资料该区内有 1：1 万地形图，该图为 1980 西安坐标系，1985 国家高程基准。1：1 万地形图用于野外控制测量选点及圈定测绘范围使用。3. 控制网布设3.1 作业依据（如表 3-1）表 3-1 作业依据序号 标 准 名 称 标 准 代 号标准等级11:500、1:1000、1:2000 地形图图式GBT20157.1-2007 国标2 全球定位系统(GPS)测量规范 GB/T 18314-2009 国标3 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ 73-
9、97 行标4 全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规程 CH/T 2009-2010 国标5 城市测量规范 CJJ 8-99 行标6 国家三、四等水准测量规范 GB 12898-2009 国标7 福建省 1:500、1:1000、1:2000 基本比例尺地形图测绘技术规定 FCB 001-2005 省标8 福建省村庄规划编制 1:1000 地形图测量技术规定9 数字测绘成果质量检查与验收 GB/18316-2008 国标310 本测区技术设计书3.2 控制点选点与埋点（1）选点工作应遵守如下原则：1点位应设于易于安装仪器，视线开阔的点，且点位目标要显明，视场周围 15以上不该有障碍物，以削减
10、 GPS 信号被遮挡或障碍物的吸收。2点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、发电站等），其距离应大于 200m；远离高压输电线，距离应大于 50m，防止磁场对信号的干扰。 3点位四周不该有大面积水域，对卫星信号接收强烈干扰的物体，减轻多路径效应。 4网点均应确保至少与一个邻近网点通视，地面基础稳固，易于点的保存使用。 5负责选点人员应按技术设计进行踏勘，按要求实地选点定位。6网型应有利于同步观测和边、点的联结。 7所选点位要水准联测时，应进行实地踏勘水准路线，提出相关建议。 8当需要使用旧点时，应检查其稳定性，完好性和安全可用性，符合要求才能使用。9E 级 GPS 网 相邻点间的距离不得小于
11、 200m，并且相邻点间距离最大应不超过该网平均点间距的 2 倍。（2）标石埋设原则：1在水泥路面铺设，切成方形框架 20cm20cm，边槽的深度为 0.5 厘米，0.5 厘米宽，嵌入标志中心，与混凝土紧固；标志面和路面平，钢筋顶部不能高出地面很多。2在沥青路面上埋设时，凿成 20cm20cm 方形，凿到路基碎石深度，清理杂土，灌混凝土埋入标志。3在岩石面上埋设时，选用浇灌岩标法，弄成规格为 15cm25cm10cm 的混凝土标石。4在房顶埋设时，应为 15cm25cm10cm 的标石规格。将屋顶的接触面弄毛，再打入 3 颗左右钉子清理干净。5在土质地面埋设时，为 12cm20cm60cm 规
12、格的混凝土标石，可现场浇筑或预先做好。3.3 测量仪器华测 X900 型双频 GPS 静态接收机3.4 控制网布设在设计 GPS 控制网时,因 GPS 同步观测不要求通视,所以,其图形设计具有较大的灵活性。GPS 控制网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。因此根据德化浔中镇的地形、工程要求以及接收机的类型和数量采用边连式进行控制点布网。测区内有德化县国土局提供 D 级控制点 D1、D7、D11，作为本测区首级控制网的起算点，控制网中最长边为 230 米，最短边为 110 米，平均边长为 160 米。该测区面积为约210.83 亩（140
13、551.8 平方米）亩。该控制网由若干个独立观测环构成，网形布设成由三角形和大地四边形，保证其结构坚强。3.5 施测方法根据德化县国土局提供 D 级控制点 D1、D7、D11 进行加密，测量过程中采用加密方法作业，加密控制点 4 个，对测量成果进行统一平差。1.平面控制点外业数据采集使用 3 台华测双频 GPS 接收机，观测时严格按工程测量规范 （GB50026-2007）的要求执行，采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用边连结的方式，并做到有较强的图形结构，确保该控制点的高精度和高可靠性。内业数据处理采用华测 CGO 软件进行平差解算。42. 高程控制点外业数据采集使用 3 台华测双频
14、GPS 接收机，观测时严格按工程测量规范 （GB50026-2007）的要求执行，采用静态定位技术施测，每时段观测前后各量取天线高一次，用小钢卷尺从厂家规定的天线高量测基准面彼此相隔 120的三个位置分别量取天线到控制点标志面的垂直距离，互差应小于 2，取平均值为天线高。内业数据处理采用华测 CGO 软件进行拟合高程解算。3.6 控制点布置图根据德化浔中镇的地形和工程要求对控制点进行布设。（如图 3-2）图 3-2 控制点布置图4. 控制点平差成果4.1 坐标系统1坐标系统北京 54 坐标系统2基准参数椭球长半轴(a)：6378245.000m椭球扁率倒数(1/f)：298.300000000
15、03投影参数投影方式：高斯三度带投影中央子午线(L0)：1183000.000000“E原点纬度：000000.000000“N平均纬度：000000.000000“N投影比率：1.000000投影高：0.000m北向加常数(n)：0.000m东向加常数(e)：500000.000m4.2 平差统计51统计总结成功平差的迭代数：2网参考因子：10580.173053精度置信水平：10580.173053自由度：162后处理矢量统计参考因子：0.000000冗余数(r)：16先验标量：1.0000004.3 自由网平差自由网平差，又叫无约束平差，平差时固定网中某一点的坐标，平差的主要目的是检验网
16、本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差。1WGS84 系统输入基线（如表 4-1）表 4-1 WGS84 系统输入基线观测 ID DX(m)改正数Std.DX(m)DY(m)改正数Std.DY(m)DZ(m)改正数Std.DZ(m)B4(T1078.hcs-D11078.hcs)-4070.2070.001 -1547.7740.001 -1234.3450.001B5(T1078.hcs-D7078.hcs) 155.371 0.002 110.606 0.003 -23.083 0.001B6(T1078.hcs-D1078.hcs) 4203.7900.004 224
17、7.5950.006 123.640 0.004B7(T3078.hcs-D11078.hcs)-4219.6990.003 -1778.7890.004 -887.3580.003B8(T3078.hcs-D1078.hcs) 4054.5400.028 2014.2600.039 470.444 0.013B9(D11078.hcs-D7078.hcs)4225.5150.002 1658.3290.002 1211.2480.001B11(D7078.hcs-D1078.hcs)4052.0700.007 2128.9490.010 143.695 0.009B1(T2106.hcs-D
18、7106D.hcs)76.764 0.004 -50.000 0.013 228.334 0.008B2(T2106.hcs-D11106D.hcs)-4149.1800.013 -1708.8320.037 -983.1910.021B3(T2106.hcs-T4106D.hcs)152.930 0.003 147.737 0.004 -199.8450.006B12(D7106D.hcs-D11106D.hcs)-4225.5620.000 -1658.4050.001 -1211.2740.000B13(D7106D.hcs- 77.076 0.001 207.377 0.002 - 0
19、.0016T4106D.hcs) 426.930B14(D11106D.hcs-T4106D.hcs)4302.6470.001 1865.7840.001 784.348 0.0022WGS84 系统下平差基线（如表 4-2）表 4-2 WGS84 系统下平差基线观测 ID DX(m)V.DX(m)Std.DX(m)DY(m)V.DY(m)Std.DY(m)DZ(m)V.DZ(m)Std.DZ(m)B4(T1078.hcs-D11078.hcs)-4070.262-0.0550.517 -1547.5890.1850.622 -1234.2850.0600.380B5(T1078.hcs-D
20、7078.hcs)155.289-0.0820.520 110.8640.2580.650 -23.0020.0810.389B6(T1078.hcs-D1078.hcs)4206.4242.6341.366 2242.223-5.3721.858 122.108-1.5321.392B7(T3078.hcs-D11078.hcs)-4219.783-0.0841.258 -1778.7030.0861.923 -887.2290.1291.206B8(T3078.hcs-D1078.hcs)4056.9022.3621.750 2011.109-3.1512.517 469.164-1.28
21、01.595B9(D11078.hcs-D7078.hcs)4225.5510.0360.147 1658.4530.1240.243 1211.2840.0360.134B11(D7078.hcs-D1078.hcs)4051.134-0.9361.347 2131.3592.4101.825 145.1101.4151.401B1(T2106.hcs-D7106D.hcs)77.9981.2341.099 -61.623-11.6231.912 223.286-5.0481.726B2(T2106.hcs-D11106D.hcs)-4147.5531.6271.103 -1720.076-
22、11.2451.907 -987.998-4.8071.727B3(T2106.hcs-T4106D.hcs)154.9802.0501.105 145.669-2.0681.847 -203.605-3.7601.722B12(D7106D.hcs-D11106D.hcs)-4225.5510.0110.147 -1658.453-0.0480.243 -1211.284-0.0090.134B13(D7106D.hcs-T4106D.hcs)76.981-0.0950.322 207.292-0.0840.576 -426.8910.0380.4827B14(D11106D.hcs-T41
23、06D.hcs)4302.532-0.1150.325 1865.745-0.0390.553 784.3920.0450.4833WGS84 系统下平差大地坐标（如表 4-3）表 4-3 大地坐标平差点 ID 纬度 纬度误差(s)经度 经度误差(s)大地高(m)高度误差(m)T1 253021.00603“N 0.0084 1181503.33640“E0.0101 546.443 0.925D11 252936.90286“N 0.0072 1181737.93031“E0.0070 525.007 0.686D7 253019.99345“N 0.0072 1181456.55949“E
24、0.0071 558.342 0.699D1 253024.78206“N 0.0165 1181212.65937“E0.0187 586.448 2.172T3 253008.96948“N 0.0191 1181454.70355“E0.0191 516.883 2.110T2 253012.16903“N 0.0307 1181457.97531“E0.0236 544.513 2.163T4 253005.42866“N 0.0104 1181450.61853“E0.0099 506.465 0.8324WGS84 系统下平差空间直角坐标（如表 4-4）表 4-4 WGS84 系统
25、下平差空间直角坐标点 ID X 坐标(m) X 误差(m)Y 坐标(m) Y 误差(m)Z 坐标(m) Z 误差(m)3D 误差(m)T1 -2726688.367 0.519 5074416.965 0.704 2729989.269 0.488 1.001D11 -2730758.629 0.346 5072869.377 0.521 2728754.984 0.409 0.747D7 -2726533.078 0.347 5074527.830 0.535 2729966.268 0.413 0.760D1 -2722481.943 1.154 5076659.189 1.583 273
26、0111.378 1.190 2.292T3 -2726538.846 1.095 5074648.080 1.675 2729642.213 1.037 2.254T2 -2726611.076 0.982 5074589.453 1.668 2729742.982 1.502 2.450T4 -2726456.097 0.417 5074735.122 0.636 2729539.377 0.542 0.9345当地坐标系统下平面坐标（如表 4-5）表 4-5 当地坐标系统下平面坐标点 ID 北坐标(m) 北坐标误差(m)东坐标(m) 东坐标误差(m)高程(m) 高程误差(m)T1 2822678.030 0.259 625765.605 0.283 437.943 0.925D11 2821361.951 0.223 630096.637 0.196 416.508 0.686D7 2822645.087 0.223 625576.619 0.197 449.842 0.699
