GPS控制网的优化设计
徐州师范大学本科毕业设计(论文)(2007届)
题目: GPS控制网的优化设计
英文题目: Optimization design of GPS control network
作者: xianrenqiu_1（请来信说明姓名）
1 GPS的基础知识
GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它是随着现代化科学技术的发展而建立的第一代精密卫星定位系统。本章主要介绍GPS卫星定位系统发展的概况、特点、以及GPS定位技术的应用前景。
1.1 全球定位技术的概况
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。[2]全球定位系统(Global Positioning System，缩写GPS)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。
按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这
些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
1.2 GPS的特点
相对于经典的测量技术来说，GPS定位技术主要有一下特点：
1．观测站之间无需通视
这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得更加灵活。
2．定位精度高
试验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10～2×10，而在100～500km的基线上可达10～10。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000 km的距离上，相对定位精度达到或优于10。
3．观测时间短
随着GPS系统的不段完善，目前20㎞以内相对静态定位，仅需15～20分钟；快速静态相对定位中，在流动站与基准站相距在15㎞以内时，流动站观测的时间只需1～2分钟；动态相对定位，出发时流动站观测1～2分钟，然后可随时定位，每站观测进需几秒。[2]
4．提供三维坐标
5．操作简便
6．全天候作业
因此，GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革；另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
1.3 GPS系统的应用前景
最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来得应用开发表明，GPS 不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定
位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量何毫微秒级精度的时间测量。
用GPS信号可以进行海、陆、空、地的导航，导弹制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间传递和速度测量等。在测绘领域，GPS定位定位技术已用于建立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数；建立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联测及海洋测绘；监测地球板块运动状态和地壳形变；在工程测量方面，已成为建立城市与工程控制网的主要手段；在精密工程的变形监测方面，它也发挥着及其重要的作用；同时GPS定位技术也用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置，可在无地面控制或仅有少量地面控制点的情况下进行航测快速成图，引起了地理信息系统及全球遥感监测的技术革命。
在日常生活方面事一个难以用数字预测的广阔的领域，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS将像移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样，人们的日常生活将离不开它。
2 相对定位原理及GPS网优化设计简述
2.1 相对定位原理
由于在GPS绝对定位(或单点定位)中，定位精度将受到卫星轨道误差、钟差及信号传播误差等因素的影响，虽然其中一些系统性误差可以通过模型加以削弱，但改正后的残差仍是不可忽略的。GPS相对定位．也叫差分GPS定位，是目前GPS测量中定位精度最高的定位方法，它广泛地应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究及精密导航中。
相对定位的概念:用两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相
同的4颗以上GPS卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置．这种定位模式称为相对定位(见图2-1)。出于在测量过程中，通过重复观测取得了充分的多余观测数据，从而改善了GPS定位的精度。[2]
2.2 GPS网优化设计
GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面,寻求GPS控制网设计的最佳方案。根据GPS测量特点分析可知，GPS网需要以一个点的坐标为定位基准，而此点的精度高低直接影响到网中各基线向量的精度和网的最终精度。同时由于GPS网的尺度含有系统误差以及同地面网的尺度匹配问题，所以有必要提供精度较高的外部尺度基准。
由于GPS网的精度与网的几何图形结构无关，且与观测权相关甚小，而影响精度的主要因素是网中各点发出基线的数目及基线的权阵。因此，提出了GPS网形结构强度优化设计的概念，讨论增加的基线数目、时段数、点数对GPS网的精度、可靠性、经济效益的影响。同时，经典控制网中的三类优化设计，即网的加密和改进问题，对于GPS网来说，也就意味着网中增加一些点和观测基线，故仍可将其归结为对图形结构强度的优化设计。综上所述，G PS网的优化设计主要归结为两类内容的设计：
(1)GPS网基准化的优化设计。
(2)GPS网图形结构强度的优化设计，其中包括：网的精度设计能力的可靠性设计，网发现系统差能力的强度设计。
2.2.1 GPS控制网基准的优化设计
经典控制网的基准优化设计是选择一个外部配置，使得达到一定的要求，而GPS
网的基准优化设计主要是对坐标未知参数X进行的设计。基准选取的不同将会对网的精度产生直接影响，其中包括GPS网基线向量解中的位置基准的选择，以及GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计。另外，由于GPS尺度往往存在系统误差，因此应提出对GPS网尺度基准的优化设计。
1)．位置基准设计
研究表明，GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引起基线误差的一个重要因素，使用测量时获得的单点定位值作为起算坐标，由于其误差可达数十米以上，所以选用
不同点的单点定位坐标值作为固定点时，引起的基线向量差可达数厘米。因此，必须对网的位置基准进行优化设计。
2)．尺度基准设计
尽管GPS观测量本身已含有尺度信息，但由于GPS网的尺度含有系统误差，所以，还需要提供外部尺度基准。
GPS网的尺度系统误差有两个特点：一是随时间变化，由于美国政府的SA政策，使广播星历误差大大增加，从而对基线带来较大的尺度误差；另一个随区域变化，由区域重力场模型不准确引起的重力摄动造成。因此，如何有效地降低或消除这种尺度误差，提供可靠的尺度基准就是尺度基准优化问题。其优化有以下几种方案：
(1)提供外部尺度基准。对于边长小于50km的GPS网，可用较高精度的测距仪(或更高)测量2—3条基线边，作为整网的尺度基准。对于大型长基线网，可采用SLR站的相对定位观测值和VLBI基线作为GPS网的尺度基准。
(2)提供内部尺度基准。在无法提供外部尺度基准的情况下，仍可采用GPS观测值作为GPS 网的尺度基准，只是对作为尺度基准观测量提出一些不同要求，其尺度基准设计如下。
在GPS网中选一条长基线．对该基线尽可能多地长时间、多次观测，最后取多次观测段所得的基线的平均值，以其边长作为网的尺度基准。由于它是不同时期的平均值，尺度误差可以抵消。因此，它的精度要比网中其他短基线高得多，可以作为尺度基准。
以上讨论了GPS基线向量解其中位置基准以及GPS尺度基准的选择与优化问题。此外，GPS 成果转换到地面实用坐标系中，还存在一个转换基准的选择问题，此处不再讨论。
2.2.2 GPS网的精度设计
精度是用来衡量网的坐标参数估值受观测偶然误差影响程度的指标。网的精度设计是根据偶然误差的传播规律，按照一定的精度设计方法，分析网中各未知点平差后预期能达到的精度，这常被称为网的统计强度设计与分析。一般常用坐标的方差——协方差阵来分析，也可用误差椭圆(球)来描述坐标点的精度状况，或用点之间方位、距离和角度的标准差来定义。
对于GPS网的精度要求，一般用网中点之间的距离误差来表示。其精度与网的点位坐标无关，与观测时间无明显的相关性(整周模糊度一旦被确定后)，GPS网平差的法方程只与点间的基线数目有关，且基线向量的三个坐标差分量之间又是相关的，因此，很难从数学的角度和实
际应用出发，建立使未知数的协因数阵逼近理想的准则矩阵。所以，目前较为可行的方法是给出坐标的协出数阵的某种纯量精度标准函数。设GPS网有误差方程
式中．l、v分别为观测向量和改正向量;X为坐标未知参数向量阵；P为观测值权阵;为先验方差因子(在设计阶段取＝1)，m为观测基线数;n为待定点数。
由最小二乘可得参数估值及其协因数阵：
优化设计中常用的纯量精度标准，根据其由构成的函数形式的不同的可表示成不同的最优纯量精度标准函数。现在最常用的是求的轨迹，以次来表示纯量精度。
3 大同矿区GPS控制网设计实例
3.1 任务来源及工作量
大同矿区为全国最大的煤炭企业大同矿物局所属,并且预测煤炭储量丰富,工业前景可观。但是该矿区原有测量控制网为90年代建立,历经十几年的采矿影响,认为破坏及地貌变化,使原有控制点大部分失去控制作用,使得服务于日常生产的多项测量工作难以正常进行,远远不能满足矿山生产和工程建设的需要。因此,该矿区急需建立新的测量控制网。
该网不但要满足日常采矿生产需要,而且还要顾及远景规划及预测区,控制面积约600 KM2，测量范围（如图3-1）为：
图3-1 已知点分布图
东至：550km(大同矿区独立坐标系)
南至：4415km
西至：534km
北至：4439km
3.2 测区概况
大同矿区位于山西省大同市西南，地跨大同、朔州两市，地处东经112度53分─113度12分，北纬39度55分─40度零8分,距市区12。5公里，辖区与大同市南郊区交叉，总面积约90平方公里，号称百里矿区。区内为平缓的丘陵地貌，西南高，东北低。尖口山最高，标高1835.9米，口泉沟最低，标高1093.6米。境内主要山脉有七峰山、鸡爪山、大钟山、马武山等；主要河流有口泉河、十里河，均为季节性河流。该区厂矿企业主要分布在口泉─黑流水(口泉沟)，马军营─燕子山(云岗沟)两条狭长的山沟里。
通往矿区的铁路有大同—王村、大同—燕子山两条矿区专用线，各煤矿集运站都分散在两条专用线周围。以横穿矿区东西向的109国道、沿矿区东侧穿行的南北向大运公路为骨干线，配以矿区内专用公路，交通十分方便。
矿区供水水源以第四系潜水为主，现有大同市的白马城水源地以及时庄水源地，供水量严重不足，需另找新的水源。矿区电源主要来自大同市第一热电厂和神头电厂。
矿区现有生产煤矿55处，其中国有重点煤矿18处，设计能力3645万吨/年。截至1996年末，大同矿区保有探明储量386。43亿吨，其中生产矿井保有储量77。41亿吨。
矿区原有国家二等三角网8个,经野外踏勘,发现有3个已明显被破坏或受采动影响;现只有代家沟、孙家沟、羊坊、怀仁、土台山5个点的标石保存完好（如图3-1）。设计采用的是比例尺为1：10000的大同矿区航摄地形图。1989年航摄，1992年成图，1994年缩编成图。地形图采用1985国家高程基准，等高距为5米。
3.3 布网方案
3.3.1 技术设计的依据与基准设计
1）技术设计的依据
2001年国家质量技术监督局发布的<<全球定位系统(GPS)测量规范>>(CH2001-92)。
2）基准设计
GPS测量获得的是GPS基线向量,它属于WGS—84坐标系的三维坐标差,而实际需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。因此需要结合测区概况和已有资料(图3-1),进行GPS网的基准设计。
根据大同矿区近期发展与远景规划相结合的战略目标，按照现阶段矿区建设的需要，采用大同矿区独立坐标系,中央子午线经度为112°30′,投影面与54北京坐标系相同而建立的坐标系统。
3.3.2 方案设计的技术分析
1）等级确定
根据中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》、《煤矿测量规程》和大同矿区的具体情况，确定该测区可建立D级GPS网[10]，有关技术要求见表3-1：
表3-1 基本技术要求
2）技术设计
I．时段设计
根据规范对D级网的要求，采用快速静态相对定位，时段长度根据边长而定，具体时间见表3-6。
GPS网的时段设计有点连式、边连式和网连式三种基本方法。点连式所构成的图形几何强度太弱；网连式布网冗赘，工作量太大；边连式布网有太多的非同步闭合条件，工作量适中。根据D级GPS网的要求我们采用边点结合的混合式布网方法。
II．观测方法
GPS网的观测采用载波相位快速静态相对定位模式,作业仪器采用4台Timble5700双频GPS 接受机,它的标称精度可达5 mm±1ppm,满足精度要求。作业方法是:将GPS四套接收机设备分别安置在网中四边形的各个端点上,对基线边同步观测4颗卫星。这种模型的特点是:观测过的基线边构成一个闭合图形,便于观测成果的检验,从而提高观测成果的可靠性和GPS网平差后的精度。[9]
3.3.3 GPS网的设计及施测方法
1） GPS网的设计
I．设计原则
① GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。
②GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。
③GPS网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。
④GPS网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。
⑤为了便于GPS的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。
⑥为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。
⑦GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附和线路。各级GPS网中每个闭合环或附和线路中的边数应符合表3-2的规定。
表3-2 最简独立闭合环或附和线路边数的规定[7]
II 方案设计（图中1-20为同步环）
图3-2 方案设计一
图3-3 方案设计二
3.3.4 方案比较
A 基本特征值比较
根据R. A sany 提出的公式计算GPS网的主要特征值:
C= nm/N
式中C为观测时段数,n为网的总点数, m为每点设站数,N为接受机数。在网中: 总基线数: J总=C*N*(N-1)/2
必要基线数:J必= n-1
独立基线数:J独=C*(N-1)
多余基线数:J多=C*(N-1)-(n-1)[2]
总体可靠性指标=J多/J独
计算的两个方案的主要特征值见表3-3:
表3-3 两个方案的主要特征值
B 设计方案比较
两个设计方案都以大同矿区为重点,布设GPS控制网，在重点发展区域网点密度稍大。方案一采用点连接和边连接的混合连接形式,构成异步环和复测边，异步环具有良好的自检能力,能有效地发现观测成果的粗差,确保网的可靠性,复测边连接时几何强度较高。方案二是在方案一的基础上,也采用边点混合连接方式,但较方案一的连接方式不同,方案设计的指导思想是在满足精度的基础上,尽量减少人力、物力、财力。
C 成本比较
成本取决于网点总数和重复设站率，设一台接收机观测一期的平均费用为C，则总费用为: f=C*S*m
由于方案设站数多,数据处理平差费多,方案一比方案二多花费大约1万元。
D 精度比较
对于两种方案的精度,因为点位相差不大,边长也相差不大,所以两种方案的精度也相差不大。
利用相邻点间弦长精度计算公式:
[2]
式中, ---GPS基线向量的弦长中误差(mm),亦即等效距离误差;
a---GPS接受机标称精度中的固定误差(mm);
b---GPS接受机标称精度中的比例误差系数(ppm);
d---GPS网中相邻点间的距离(km)。
可计算出,方案一最弱边边长相对中误差为1/5.2×10 ,平均边长相对中误差为1/6.9×10;方案二最弱边边长相对中误差为1/5.2×10,平均边长相对中误差为1/6.86×10,两者几乎无差别,且都符合四等城市测量规范的要求。
E 效率比较
一个GPS网中,在测量点数、GPS接收机数和平均重复设站次数确定后，完成该测量所需的理论最少观测期数就可以确定。但是，当按照某个具体的布网方式和观测作业方式进行作业时，要按要求完成整网的测量，所需的观测期数与理论上的最少观测期数会有所差异，理论最少观测期数与设计的观测期数的比值，称之为效率指标(e)。[2]
设GPS网中点的个数为n,用m台接收机进行观测，则该网的最少观测期数为
[11]
如重复设站率以R表示，则理论观测期数为
R≥2
网的效率指标定义如下:
式中，是理论设计效率,是实际效率，e是总效率。
根据以上公式,可计算出方案一的可靠性为:
=0.6, =1,e=0.6
方案二的可靠性为:
=0.63, =1,e=0.63
显然,方案二的可靠性比方案一略好。
从以上分析可以看出,方案二比方案一花费少,技术指标相差不大,精度都能满足要求,所消耗的人力、物力、财力、时间都比方案一少,所以,方案二比方案一要优,故本设计选择方案二。
3.3.5 所选方案的精度分析
根据所选方案的独立基线边构成的GPS网成图(图3-4),统计出该网中有38个控制点,其中5个为已知;57条基线。
图3-4 选定方案的独立基线边构成的GPS网
GPS控制网设计时，可以在WGS84坐标系统下进行控制点三维精度估算，然后应用精度转换公式转换到二维，也可以直接估算控制点的二维精度。在这里我们用直接估算控制点二维精度的方法。
设有二维基线向量观测值33个,，其相应的误差方程式系数阵为
(1)
式中与是单位矩阵，对应于第i点未知数和第j点未知数，其余未知数前的系数为零。
二维基线向量观测值的权阵,可以根据GPS接收机的标称精度求得，具体方法为
根据标称精度计算GPS的边长方差，其计算公式为
(2)[1]
式中a ,b分别是GPS接收机边长测量固定误差和比例误差因子，s是基线长度。
因为:
(3)
因为在GPS测量中,方向误差主要是由点位误差引起的,所以在这里我们把方位误差忽略不计,则有微分关系式
(4)
根据协方差传播律，可求得基线向量观测值的协方差阵:
(5)
式中,是基线近似坐标方位角，(3)到(6)式省略了下标“ij”。
设单位权方差为4km，则,本设计所用的GPS的标称精度为5mm±1ppm ,则为41。因此基线的权为
(7)
有了误差方程式和,就可以组成法方程子阵
未知数的方差阵为
根据可以计算各待定点的坐标中误差和点位中误差,见表3-4:
表3-4 GPS网精度估算成果表
该表中带边框的点号为已知点，从表中我们可以看出，该网的最大点位误差发生在12号点上，中误差为5.26mm;最小点位误差发生在36号点上，中误差为0.12mm。这里的点位误差偏小，分析其原因是，这里我们没有考虑已知点的点位误差。
3.4 选点与埋标
3.4.1 选点
由于GPS测量观测站之间不一定要求相互通视,而且网的图形结构也比较灵活,所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义,所以在选点工作开始前,除收集和了解有关测区的地理情况,决定其适宜的点位外,选点工作还应遵守以下原则:
1 点位应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上;
2 点位目标要显著,视场周围15o以上不应有障碍物,以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收;
3 点位应远离大功率无线电发射源(如电台、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。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受的物体,以减弱多路径效应的影响;
5 点位应选在交通方便,有利于其他观测手段扩展与联测的地方;
6 地面基础稳定,易于点的保存;
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。当利用旧点时,应对旧点的稳定性、完好性,以及觇标是否安全、可用性进行检查,符合要求方可利用。
3.4.2
标志埋设
GPS 网点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（如图3-5）。在基岩露头地区，也可直接在基岩嵌入金属标志。每个点位标石埋设结束后，应按表3-5填写点的记录, 并提交以下资料： (1)点的记录。 (2)GPS 网的选点网图。
(3)土地占用批准文件与测量标志委托保管书。 (4)选点与埋石工作技术总结。
点名应向当地政府部门或群众进行调查后确定，一般取村名、山岗名、地名、单位名。利用原有旧点时，点名不宜更改，点号编排(码)应便于计算机计算。
表3-5 GPS 点 点
之 记
-6):
在选择最佳时段时尽量避开卫星频繁起落时段，图表分析得知在9:30至10:00、4:45至5:30之间频繁的起落，能保证卫星数，但很难长时间锁定卫星；另外在8:00至9:30卫星数不足4颗。这在观测条件差的测站就很难保精度，因此应尽量避开;根据星历预报的图表分析得知在5:00至8:00、10:00至16:30时间段能保证稳定地5颗上卫星数，对于一天的作业而言也便于开展
图3-6大同矿区星历预报
工作。所以选定此时段为最佳观测时，应充分利用。另外,还要与实地结合，根据矿区地形分析此时段卫星所处方位，结合实际情况制定方案。
3.5.3 外业作业方案(见表3-6)
表3-6 GPS控制网外业观测方案
(完整版)GPS控制网的优化设计毕业设计
GPS控制网的优化设计
GPS控制网的优化设计 摘要 优化设计是最优化理论和方法在设计中的应用，力求以最低的成本、最高的效率达到最优的目标。本文通过一系列的分析，对控制网的优化方法进行分析，说明可行性。 为了解决控制网优化设计问题，本论文分两大部分，GPS网的优化设计和GPS网的精度和可靠性，在 GPS网形设计中，首先根据工程的特点和GPS网设计规范的要求，大致确定网的规模，用图论和树的有关算法推导出GPS网形中点、边、异步环之间的关系，然后给出一种生成网形的算法，自动生成初步网形，并用模拟法在顾及精度和可靠性准则下对初步网形进行优化设计，确定最终网形，并按最小路径方法生成观测方案。 关键词： GPS控制网，优化设计，精度，可靠性 OPTIMIZING DESIGNING OF CONTROL NETWORK
ABSTRACT The optimization design is a application of the most optimizative theory and method in the design. It is design of GPS control network’s methods by a series of analysis. This paper consists of two parts: Optimizing designing of GPS control network and the Precision and Reliability of GPS network. When designing a GPS control network ,its scale should be predicted as the project requested and the GPS surveying standard disciplined. According to the relationship among GPS points , edges and nonsynchronous loops, we can use an algorithm of Graphic Theory to produce a network when given the number of points and the maximum edges of each nonsynchronous loop, after being modified by using simulate optimizing method we can draw the ultimate network, then the observation plan can be gained by using the best way algorithm. KEYWORDS：gps control network, optimizing designing, precision, reliability
D级GPS控制测量技术设计书要点
目录 一、课程设计的目的和任务 (3) 1.1.设计目的 (3) 1.2.任务概述 (3) 二、测区概况 (3) 2.1.测区自然地理概况 (3) 2.2民族种类 (3) 2.3已有资料情况 (3) 2.4测区的范围： (3) 三、设计的依据 (3) 四、主要的技术指标 (4) 4.1GPS测量 (4) 4.2水平角观测 (6) 4.2.1水平距离的观测 (6) 4.2.2导线网 (6) 五、坐标系统的选择 (7) 六、设计方案 (7) 6.1布网的原则 (7) 6.1.1.GPS网型网型方案设计 6.2.图上展绘已知点（或图上查找已知点） (7) 6.3按点位要求与测区情况在图上选点布网 (8) 6.4.判断和检查点间的通视（主要点间） (9) 6.5.外业选点埋石 (10) 6.5.1选点 (10) 6.5.2标志埋设 (10) 六、仪器设备的选择 (11) 七、外野实测方案设计 (11) 7.1. GPS外业工作的原则 (11) 7.2安置天线要求 (12) 7.2.1对仪器设备的要求 (12) 7.3观测方法 (13) 7.3.1 GPS 观测方法 (13) 7.4 地籍勘丈 (13) 7.4.1 、地籍勘丈的方法： (13) 7.4.2. 宗地图编号 (13) 7.4.3. 地籍图的规格及分幅 (13) 7.4.4 地籍勘丈的基本精度 (14) 7.4.5界址点的施测方法 (14) 7.4.6 界址点边长的检核： (14)
7.4.7 地籍图的表示原则： (15) 7.4.8 宗地图 (15) 7.4.9面积量算与汇总统计 (15) 7.4.10提交成果 (15) 7.5数据的记录 (15) 八、数据处理的方法与要求 (17) 8.1.外业观测数据处理 (17) 8.2外业观测数据质量检核 (17) 8.3数据处理和平差计算 (18) 8.3.1数据处理 (18) 8.3.1无约束平差 (19) 8.3.2约束平差 (19) 8.4 GPS 高程拟合 (19) 七、提交成果 (19) 八、参考文献 (20)
一级GPS控制测量技术设计书知识讲解
G P S 控制测量设计书
1.工作大纲 ____________________________________________ 0 1.1任务来源___________________________________________ 0 1.2工作内容及任务______________________________________ 0 2. 技术设计方案_______________________________________ 0 2.1概述_________________________________________________ 0 2.1.1项目区概况_________________________________________________ 0 2.1.2已有资料及其利用情况_______________________________________ 0 2.2技术标准和要求______________________________________ 1 2.3技术路线和技术方案 ___________________________________ 1 2.3.1控制测量设计原则___________________________________________ 1 3.项目目组织实施计划和进度安排 _______________________ 4 3.1项目组织机构 _________________________________________ 4 3.1.1组织机构设置计划本项目组织机构设置计划如下图所示___________ 4 3.1.2各部分的具体职责___________________________________________ 4 3.1.3项目设备资源配置计划_______________________________________ 4 3.2项目进度安排 _________________________________________________ 4 4.质量管理措施、进度控制措施、生产安全保障措施_______ 5 4.1质量保证措施 _________________________________________________ 5 4.2项目进度控制 _________________________________________________ 5 4.3生产及资料安全保障措施 _______________________________________ 5 5. 提交成果资料_______________________________________ 6 6附录 ________________________________________________ 7 6.1GPS点之迹 ____________________________________________ 7
控制网优化设计复习题
1 GPS卫星定位的基本原理 GPS卫星定位的基本原理，就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。 2 在进行载波相位定位时，在不同观测时段，载波可以分别划分为那几个阶段 3 坐标系之间的坐标转换过程 举例:WGS—84大地坐标系至80平面直角坐标系： 方法一：先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84空间直角坐标系，再将WGS —84大地坐标系，利用七参数（三个平移参数，三个旋转参数，一个尺度变换参数）转变成80空间直角坐标系，在将80空间直角坐标系转换成80大地坐标系，通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，将其转换成80平面直角坐标系。 方法二; 通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84平面直角坐标系，再利用四参数（两个平移参数，一个旋转参数，一个缩放参数）将WGS—84平面直角坐标系转化成80平面直角坐标系。 4 GPS网络数据处理的基本过程 设置参数，选择椭球，导入数据，数据修正，基线解算，检核基线质量，无约束平差，无约束平差质量检核，约束平差（改变坐标基准，输入控制点），质量检核，导出数据 5 GPS控制网优化设计的分类处理方法 GPS控制网优化设可以参照传统控制网优化设计进行分类处理： 零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确定最优坐标系统的优化设计。对于区域GPS网来说，主要确定控制网的投影面和投影带，一般要考虑现有坐标系统的利用及其两种坐标系统的转换。 一类设计：即控制网图形设计，是在约定网的精度和观测方案的情况下，求得最佳点位的优化设计。研究表明，尽管GPS对网形设计要求不十分严格，但是网形仍然影响着最后成果的精度。GPS网图形设计主要考虑连接方式：即边连接，点连接，重复设站比率，重测基线比率等。 二类设计：即观测方案的最佳选择。选择观测方案主要反映在选星计划，行车路线，观测时间和数据处理方法等内容。 三类设计：用GPS改造现有控制网的最优设计。主要考虑在什么地方加测GPS基线向量，加则多少。在设计时主要计算各种方案的经费、精度和可靠性。 6 GPS网络数据处理精度控制指标 一基本精度指标：各级GPS网测量精度用相邻点弦长标准差 二基线解算质量控制指标：1 基线本身限制， 2 网限制：（1）同一时段观测值的数据剔除率应小于10％。
GPS静态控制测量技术设计指南备课讲稿
GPS静态控制测量实施指南 一、综述 GPS网建立过程分3个阶段：设计准备、施工作业、数据处理1．设计准备 该阶段的主要工作项目：项目规划、方案设计、施工设计、测绘资料收集、选点埋石、仪器检测。 1.1项目规划 ①位置及范围：测区的地理位置、覆盖范围及控制网的控制 面积 ②用途及精度等级：控制网的具体用途、所要求达到的精度 或等级。（各级GPS网采用中误差作为精度指标，以2倍中误差作为 极限误差。） C级网用途：三等大地控制网、区域、城市及工程测量的基本控制网； D 级网用途：四等大地控制网； E 级网用途：中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、建筑施工 等。 （由于本基坑工程跨距较长，基坑深距大，暂定C、D级测量精度 GPS测量相邻点间基线长度的精度用下面公式表示：
σ为基线向量的弦长中误差，单位mm，a为固定误差，单位mm，b为比例误差系数，单位1 X 10-6 ，d为相邻点间距离，单位为km。 城市GPS测量精度指标：（本工程选用四等） GPS高程拟合板块： D、E级网点按四等水准测量方法进行高程联测， GPS点需要高程联测时，可采用使GPS点与水准点重合，平原、微丘地形联测点的数量不宜少于6个，必须大于3个，联测点的间距不宜大于20km，且均匀分布；重丘、山岭地形联测点的数量不宜少于10个。 各级GPS控制网的高程联测应不低于四等水准测量的精度。 当GPS控制网点间距离小于20km时，可不考虑对流层和电离层的修正；当大于20KM时，每时段应于始、中、终个观测一次气象元素，并采用标准模型加入对流层和电离层的修正。 为GPS控制网点的正常高，先利用已联测高程的GPS点正常高和经GPS控制网平差得到的大地高，求其高程异常值，然后采用拟合或插值等方法求其他高程异常值和正常高。 ③点位分布及数量：控制网点的分布、数量及密度要求。 （GPS网点应均匀分布，相邻点间距离最大不宜超过该网平均点间距的2倍。依据城市测量规范三等基线平均距离为5km，四等为2km，鉴于平时土方开挖收方测量需要5km左右设置一控制观测点。
控制网优化设计
控制网优化设计 一、GPS 卫星定位的基本原理 GPS 定位时，把卫星看成是“飞行”的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。 二、在进行载波相位观测时，在不同观测时段，载波可以划分为哪几部分？ 首次观测值0 0)(~φ?Fr = 后继量测值)()(~φφ? Fr Int += 通常表示为)()(~0 0φφ?Fr Int N N ++=+=Φ 三、坐标系之间的转换过程 四、GPS 网数据处理的基本过程 1、数据传输 2、建立坐标系统 1）打开TGO 软件，功能—Coordinate System Manager ，进入坐标系统管理器。 2）增加椭球，输入椭球名称、长半轴、扁率 3）增加基准转换（Molodensky ），创建新的基准转换组。 4）增加坐标系统组 5）选择投影方式：横轴墨卡托投影 6）文件保存退出 3 、新建项目 1）新建项目 2）选择模板(Metric 米制单位模板). 3）改变坐标系统，选择需要的坐标系统。 4、导入静态观测数据(*.dat 或RINEX)数据 1）文件/导入 2）修改测站名，天线高度，天线类型，测量方法。 5、处理Timeline 6、处理GPS 基线 7、GPS 网的无约束平差 1)平差—基准—WGS-84，进行无约束平差。 2)查看网平差报告。看迭代平差是否通过；如果不通过，选择“交替的”加权策略 3)再次进行平差，直到通过为止。 8、网的约束平差 1) 平差—基准—当地投影基准。 2)然后点击观测值，加载水准面模型，输入已知点坐标。 3)点击平差，进行网的约束平差。 9、成果输出 五、GPS 控制网优化设计的分类处理方法 零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确
施工控制网的优化设计_顾利亚
施工控制网的优化设计 顾利亚 岑敏仪 (西南交通大学 测量工程系 成都 610031) 【摘 要】 根据施工控制网的特点,提出了用解析法进行控制网优化设计的新方法,介绍了在平 均可靠率和精度的约束下使用0-1规划进行网形设计的算法。实例验证,精度函数增量的“A ”标准和“E ” 标准均可作为控制网图形设计的目标函数。【关键词】 优化设计;0-1规划;测量控制网【分类号】 T P 391.41;T U 198 根据作业的过程,通常将施工控制网的优化设计划分为四个阶段,即:零类设计、一类设计、二类设计和三类设计。零类设计是控制网参考系或基准的设计问题,它包括数据处理的方法和坐标系的选择,不同用途的控制网选择不同的数据处理方法。由于施工控制网要考虑相对点位的精度问题,因此零类设计通常采用传统的习惯做法。一类设计是控制网的网形设计问题,是在预定测量精度的前提下,确定最佳的点位概略坐标和联系方式。控制点的设计位置,主要受施工放样的需要及地形和设备条件的制约,有些因素目前还很难用数学的方式表示。而控制网的图形(即控制点之间的联系方式)对网的图形强度影响较大,它是一类设计的主要研究内容,亦是本文的核心内容。二类设计是控制网在图形固定的前提下,寻求最佳的精度配置,它是控制网优化设计的热点问题。三类设计则是对已有控制网的改善,它一般要包含零类、一类和二类设计。 施工控制网优化设计的作用,是使所求解的控制网的图形和观测纲要在高精度、高可靠性及低成本意义上为最优。本文针对施工控制网设计的特点,在其图形设计中建立求解模型,使求出的图形和观测纲要同时满足预先规定的优化设计指标。 1 优化设计指标 控制网的优化设计指标包括精度、可靠性和经济费用指标。精度指标一般通过精度约束函数来满足。可靠性分为内部可靠性和外部可靠性,常用的指标有:观测量的多余观测分量、可发现粗差的下界值、外部可靠性尺度等。这些指标均对某些特定的条件有显著作用。根据施工控制网的特点,其可靠性指标可用平均可靠率来表示[1] r 0=r /n (1) 式中,r 为多余观测数,n 为总观测数。 控制网的费用标准一般可用下式表示 收稿日期:1996-10-08 顾利亚:女,1956年生,讲师。 第32卷第2期1997年4月 西南交通大学学报 JOU RNAL OF SOU THWEST JIAOT ONG UNIVERSITY Vo l.32N o.2A pr. 1997
完整word版GPS控制测量技术设计书
GPS控制测量技术设计书概述 本次实习的目的是了解控制测量作业的全过程，掌握GPS静态测量数据处理的基本知识，巩固课堂学习的理论知识，将理论与实践有机结合，提高理论水平与外业操作能力。 测量依据、原则 CH 2001-92《全球定位系统（GPS）测量规范》 CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》 CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》 CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》 CJJ 8-85《城市测量规范》 本工程《技术设计书》 2 测区情况 2．1 测区范围及任务 本测区位于东经108°57'、北纬34°13'附近。位于长安大学校本部东院，测区北临育才路，东至雁塔路，测区内为教学区，地势平坦，建筑物以及树木较多，通视条件较差。本次实习在测区内布设7个GPS控制点，构建一个D级GPS网，满足实习需要。 2．2已有资料 测区如有已知的国家高等级三角点，可考虑联测国家高等级点，将GPS网点的坐标转换到国家坐标系中。如测区无已知的国家高等级三角点，采用测区独立坐标系。 控制网起算数据3．2． 本次实习GPS控制网可考虑利用国家等级点2个，国家等级点必须有西安1980坐标系坐标或1954北京坐标系坐标，作为本次实习GPS网的起算数据。如无已知的国家高等级三角点，则采用测区中任意两点的独立坐标作为本次实习GPS 控制网的起算数据，独立坐标系可选用已已建成的地方独立坐标系，也可以在实习是自己建立。 2．4坐标系统、高程系统和时间系统 GPS基线向量为WGS-84坐标系，GPS网平面平差成果为西安1980坐标系坐标或1954北京坐标系坐标，并转换为测区相应的坐标系。 高程系统采用1985国家高程基准或1956黄海高程系统。 时间系统采用北京时间或UTC时间系统。 2.5GPS网的布设 采用三台GPS接受机，按边连式的布网形式布设GPS控制网，等级为D级。 2.6GPS网的选点 GPS点位的选择应符合技术要求，有利于使用其他测量方法进行联测；点位的基础应坚定稳固，易于长期保存，并有利于安全作业; 点位应便于安置接收设备和操作，视野开阔，被测卫星的地平高度角应大于15。；点位应远离大功率无线点发射源（如电视台、微波站等），其距离不得小于200m,并应远离高压输电线，其距离不得小于50m；点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体 GPS静态测量外业观测及观测数据资料的处理 3.1GPS外业观测 本次实习的GPS控制网采用GPS技术静态观测方法施测。
GPS控制网的优化设计
徐州师范大学本科毕业设计(论文)(2007届) 题目: GPS控制网的优化设计 英文题目: Optimization design of GPS control network 作者: xianrenqiu_1（请来信说明姓名） 1 GPS的基础知识 GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它是随着现代化科学技术的发展而建立的第一代精密卫星定位系统。本章主要介绍GPS卫星定位系统发展的概况、特点、以及GPS定位技术的应用前景。 1.1 全球定位技术的概况 全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。[2]全球定位系统(Global Positioning System，缩写GPS)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这
e级gps控制测量技术设计书
E 级GPS 控制测量技术设计书 XXX建筑工程设计院 二0 一四年二月 目录 1、作业技术流程 2、技术要点 准备工作 技术设计 选点埋石 野外观测 数据处理 平差计算 质量检查与自检报告 技术报告 成果整理与提交 3、范例 1、作业技术流程 E级GPS空制测量在地形测量、地籍测量中一般是测区的首级平面控制，控制网的精 度保证是后续其它工序的基础。E级GPS空制测量工作时一般按下列流程进行工作：准备工作一技术设计一选点埋石一野外观测一数据处理一平差计算一质量检查与自 检报告一技术报告一成果整理与提交。 2、技术要点 准备工作 E级GPS空制测量的准备工作主要有：熟悉工程的合同或协议，了解委托单位对工程 的特殊要求。收集与测区有关的高等级控制点成果及相关资料，收集需用的地形图资料、 技术标准，按规范或委托单位的要求制作标石，对参加施工的仪器设备按要求进行检验或校验。进行现场踏勘了解测区现状和已知高等级控制点的保存情况，为技术设计做好准备。准备施工的其它后勤保障工作。
选点埋石 选点 1 ?选点人员应由熟悉GPS测量技术及地质技术的人员承担。选点前必须充分研究专业设计书；充分认知测区的地理、地质、水文、气象、验潮等环境信息；熟悉可利用的各种设施、位置环境、交通、水电等信息。 2. 选点人员应收集测区地质资料，实地勘察选定点位。同时考察卫星通视环境与电磁干扰环境，确定可用标石类型、记录点之记有关内容，实地树立标志牌、拍摄照片等。选点（埋石）所占用的土地，应得到土地使用者或管理者的同意。 3．点位应选择在稳定坚实的基岩、岩石、土层、建筑物顶部等能长期保存、满足观测条件的地点，并做好选点标记。点位尽可能位于地面，城区内应尽量选在楼顶上，以便于保存和通视。点位应尽量选在交通便利，方便观测的位置。 4．选点时应避开环境变化大，测量标志难以永久保存的地点，如易受水淹的河床、低地、靠近铁路、公路、已规划的易受施工影响有剧烈震动的地点。点位离开铁路的距离应不小于100m离公路不小于50m 5. 选点时应避开地质环境不稳定的地区，如断裂破碎带边缘、易发生洪水、滑坡、岩崩区、局部沉降区，有大量物质搬移的矿区、采石场、大量取土、地下水剧烈变化的地点。 6．选点时应远离发射功率强大的无线发射源、微波信道、高压线等，距离不小于200 米，应远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50 米。并应实地了解发射源和电磁波影响状况，标注在点之记环视图上。 7．选点时应避开多路径环境影响，避免靠近水面、树冠、高大建筑物、低洼潮湿等地点，应保证15°以上无遮挡。50米以内的各种固定与变化反射体应标注在点之记环视图上。 8?选点时应设计水准联测路线，对于要联测等级水准的GPS空制点，尤其是当点位 处于河流、湖泊、水库的边缘时，在其位置选择上一定要考虑其水准联测的可能性。 9．选点完成后提交工作总结；及其它相关资料，包括点之记信息、本点与相邻点网图、实地选点方案等。 10．选点结束后，实地选点方案必须经过业主或质检部门检查验收，合格后方可进 入埋石阶段 埋石 1. 标石类型：地面采用GB/T 18314-2001《全球定位系统（GPS测量规范》中的混 凝土普通标石（i ），楼顶采用建筑物上标石（j ）。标石尺寸如下：
工程控制网模拟计算分析与优化设计
一、目的与要求 1.通过实践环节，培养运用本课程基本理论知识的能力，学会分析解决工程技术问题；加深对课程理论的理解和应用，提高工程测量现场服务的技能。 2.掌握工程测量地面控制网模拟设计计算的基本理论和方法，对附合导线进行设计、模拟计算、统计分析和假设检验，对结果进行分析，发现附合导线存在的问题，提出相应得对策，通过与边角网模拟计算结果的比较，加深对地面控制网的精度和可靠性这两个重要质量指标的理解。 3.掌握基于观测值可靠性理论的控制网优化设计方法，能根据工程要求独立布设地面控制网并进行网的模拟优化设计计算。 4.掌握COSA系列软件的CODAPS（测量控制网数据处理通用软件包）的安装、使用及具体应用。 二、内容与步骤 2.1附合导线模拟计算 2.1.1模拟网的基本信息 网类型和点数：附合导线、全边角网，9个控制点。 网的基准：附合导线为4个已知点、全边角网取1个已知点和1个已知方向。 已知点坐标：自定 待定点近似坐标：自定 边长：全边角网1000 ～ 1500m 左右，附合导线 400～ 500m 2.2计算步骤 1.人工生成模拟观测方案设计文件“导线数据.FA2”在主菜单“新建”下输入等边直伸导线的模拟观测数据，格式按照 COSA2 的规定输入，另存为“导线数据.FA2”。文件如下： 1.8,3,2 D1,0,1261.778,671.640
D2,0,997.212,1086.813 D3,1,1242.007,1542.800 D4,1,1027.823,2001.479 D5,1,1258.483,2496.456 D6,1,1071.641,2921.460 D7,1,1226.964,3367.157 D8,0,1031.118,3795.525 D9,0,1114.036,4306.353 D2 L:D1,D3 S:D3 ………… 2.主菜单“设计”栏的下拉菜单，有三项子菜单项，单击“生成正态标准随机数”，将弹出一对话框，要求输入生成随机数的相关参数。第一个参数用于控制生成不相同的随机数序列，其取值可取1-10的任意整数；第二个参数即“随机数个数”只能选200，400或500，即最多可生成500个服从（0,1）分布的正态随机数。系统对所生成的随机数按组进行检验，检验通过就存放在RANDOM.DAT文件中。该文件中的随机数用于网的模拟计算时生成在给定精度下的模拟观测值。 3.生成平面网初始观测值文件“导线数据.IN2”单击“生成初始观测值文件”，选择“平面网”，在弹出的对话框中选择文件“导线数据.FA2”，则自动生成初始观测值文件“导线数据.IN2”。如下： 1.800,3.000, 2.000,1 D1, 1261.778000, 671.640000 D2, 997.212000, 1086.813000 D8, 1031.118000, 3795.525000 D9, 1114.036000, 4306.353000 D2 D1,L,0.0000 D3,L, 119.155092 D3,S, 517.543047 D3 D2,L,0.0000 D4,L, 233.153520 D2,S, 517.537413 D4,S, 506.224731
D级GPS控制网设计书
北京建筑大学西城校区D级GPS控制网技术设计书 班级： 姓名： 学号：
一、任务概述 由于校园改造，校园实习场原有控制点被破坏，为了保障测绘实践教学，需要重新建立校园控制网。校园首级平面控制拟布设D 级GPS 控制网，首级高程控制拟布设二等水准网。 二、测区状况 测区位于北京市西城区展览馆路1号，占地12.3公顷，总建筑面积为20.2万平方米。校区经过长期建设，故行道树高大，像篮球场北侧道路。高大的树木在很大程度上给GPS 测量工作带来了不便。 校园周边现有北京市C 级GPS 控制点4个，分别为：西直门桥、紫竹桥西、公主坟、复兴门桥。 三、级别和精度要求 δ=22)*(d b a 式中：δ—GPS 基线向量的弦长中误差（mm ），亦即等效距离误差。 a —GPS 接收机标称精度中的固定误差（mm ）。 b —GPS 接收机标称精度中的比例误差系数（ppm ）。 d —GPS 网中相邻点间的距离（km ）。 四、布设原则 1.GPS 网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。 2.GPS 网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。 3.GPS 网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS 网与地面之间的转换参数。 4.GPS 网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。 5.为了便于GPS 的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS 网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。
安徽省合肥市城区GPS控制测量技术总结
安徽省合肥市城区GPS控制测量技术总结 一、测区概况 合肥市位于安徽省西南部，万河上游。测区内平均高程为海拨121米。主要河流有赵河和潘河并在测区东南部交汇，给测绘工作带来一定困难。测区内道路成网，县乡道路纵横交错，四通八达，省道豫49自北向南纵贯测区，省道2324横穿东西，交通便利，便利了测绘工作的开展。 测区包括城区及其附近地区，测区控制范围大致位于东经113°12′21″-113°19′30″，北纬39°00′13″-39°01′42″之间，面积为96KM2。测图范围大致为东经113°53′59″-112°58′31″，北纬39°01′35″一33°05′42″，面积为 36.75KM2,合1：1于图幅147幅。 二、作业依据和已有测绘资料 1.中华人民共和国建设部标准《全球定位系统城市测量技术规程》。 2.国家测绘局颁布的《全球定位系统（GPS）测量规范》（CH2001-92）。 3、CHl002-95《测绘产品检查验收规定》。 4、CHl003-95《测绘产品检查评定标准》。 5、《合肥市1：1000比例尺航测数字化成图测绘工程技术设计书》 三、坐标系的选择 测区平均高程85m，中央子午线精度为117°，测区投影分带为6°带的第20带，3°带的第39带。GPS网的平面坐标系统选用54北京坐标系，高程采用85黄海国家高程基准。 四、仪器设备和软件 GPS控制测量采用上海中翰科技有限公司合肥分公司的Smart-3100IS型GPS测量系统，为12通道单頻接收机，其静态相对定位精度为： 静态基线±（5mm +1ppmD） 高程±（10mm+2ppmD） Smart-3100IS型GPS测量系统配备有Planning星历预报软件（可预报30天内测区各测点一天24小时的卫星分布状况及健康状况）、Spectrum Survey 后处理解算软件（包含数据传输、基线向量处理、GPS网平差软件、多种GPS数据格式转换等功能），完全能满足GPS 控制测量数据处理的要求。 GPS实测和数据处理时采用的其它设备移动电话、计算机和必要的交通工具等。 五、四等（或D级）GPS网的设计和观测 1．GPS布网 充分利用GPS测量的优点，实测GPS控制点45个，其中已知点4个，未知点41个，组成最小同步环135 个，多边形异步环8 个（计算选取）。独立基线54条，其中必要基线44条，多余基线10条，平均重复设站数为1.7/站。多于《规范》规定的1.6/站。
浅谈施工控制网的优化设计
浅谈施工控制网的优化设计 摘要：在工程施工阶段,施工控制网能有效保证各建筑物轴线之间的相对关系、相对稳定及相对精度,对工程的定线放样起控制作用，因此施工控制网的精度显得异常重要。为使施工控制网的作用发挥到最大，施工控制网的优化设计尤为重要，它能为工程建设节约成本，提高效率。因此通过运用合理技术手段更加完善的优化施工控制网成为我们共同努力的目标。 关键词：施工控制网、精度、设计、优化、 跟据作业的过程，通常将施工控制网的优化设计划分为四个阶段，即：零类设计，一类设计、二类设计和三类设计。零类设计是控制网参考系或基准的设计问题，它包括数据处理的方法和坐标系的选择，不同用途的控制网选择不同的数据处理方法。由于施工控制网要考虑相对点位的精度问题，因此零类设计通常采用传统的习惯做法。一类设计是控制网的网形设计问题，是在预定测量精度的前提下，确定最佳的点位概略坐标和联系方式控制点的设计位置，主要受施工放样的需要及地形和设备条件的制约，有些因素目前还很难用数学的方式表示。而控制网的图形(即控制点之间的联系方式)对网的图形强度影响较大，它是一类设计的主要研究内容。二类设计是控制网在图形固定的前提下，寻求最佳的精度配置，它是控制网优化设计的热点问题。三类设计则是对已有控制网的改善，它一般要包含零类、一类和二类设计。 施工控制网优化设计的作用，是使所求解的控制网的图形和观测纲要在高精度、高可靠性及低成本意义上为最优。针对施工控制网设计的特点，求出图形和观测纲要同时满足预先规定的优化设计指标。 一、优化设计指标 控制网的优化设计指标包括精度、可靠性和经济费用指标。精度指标一般通过精度约束函数来满足。可靠性分为内部可靠性和外部可靠性，常用的指标有：观测量的多余观测分量、可发现粗差的下界值、外部可靠性尺度等。控制网最终的优化结果，是各个阶段优化设计的总和。因此，在各个阶段的优化设计上不必强求同时满足精度、可靠性和费用指标，而最后的优化设计结果中达到这三项指标便可。因此，首先利用控制刚的完全观测图形，在一定的平均可靠率和精度约束下，解算出最佳的观测图形，然后在此图形设计的基础上求解满足精度约束条件、费用最省的观测方案，这样，分两步将控制网图形与观测纲要优化设计用解析法直接求解。 二、算例 有一座九孔三联连续粱的特夫桥粱，其控制同的完全观测图形如附图2-1所示。OD、BE为长约680m的基线边，完全观钡I量为28个，必要观测量为l5个。设放样桥墩的方向测设中误差为l0㎜。其控制网能满足相邻墩台和连续梁两端墩台同的距离中误差小于±l0㎜的精度要求，可求出满足精度要求的等精度
E级GPS控制测量技术设计书
E级GPS控制测量技术设计书 XXX建筑工程设计院 二0一四年二月
目录 1、作业技术流程 2、技术要点 2.1准备工作 2.2技术设计 2.4选点埋石 2.5野外观测 2.6数据处理 2.7平差计算 2.8质量检查与自检报告 2.9技术报告 3.0成果整理与提交 3、范例
1、作业技术流程 E级GPS控制测量在地形测量、地籍测量中一般是测区的首级平面控制，控制网的精度保证是后续其它工序的基础。E级GPS控制测量工作时一般按下列流程进行工作： 准备工作→技术设计→选点埋石→野外观测→数据处理→平差计算→质量检查与自检报告→技术报告→成果整理与提交。 2、技术要点 2.1准备工作 E级GPS控制测量的准备工作主要有：熟悉工程的合同或协议，了解委托单位对工程的特殊要求。收集与测区有关的高等级控制点成果及相关资料，收集需用的地形图资料、技术标准，按规范或委托单位的要求制作标石，对参加施工的仪器设备按要求进行检验或校验。进行现场踏勘了解测区现状和已知高等级控制点的保存情况，为技术设计做好准备。准备施工的其它后勤保障工作。 2.2 选点埋石 2.2.1 选点 1．选点人员应由熟悉GPS测量技术及地质技术的人员承担。选点前必须充分研究专业设计书；充分认知测区的地理、地质、水文、气象、验潮等环境信息；熟悉可利用的各种设施、位置环境、交通、水电等信息。 2. 选点人员应收集测区地质资料，实地勘察选定点位。同时考察卫星通视环境与电磁干扰环境，确定可用标石类型、记录点之记有关内容，实地树立标志牌、拍摄照片等。选点（埋石）所占用的土地，应得到土地使用者或管理者的同意。
测量控制网的最优化设计问题及其实现
测量控制网的最优化设计问题及其实现 邓加娜 (西南电力设计院四川成都东风路十八号 610021) 摘要：本文简要介绍了测量控制网的最优化设计问题，阐述了确定必要观测的原则和最优地选取多余观测的方法，并结合实例，给出了具体实现方法。 关键词：测量控制网，最优化设计，GPS，必要观测，多余观测 1．优化设计的目的 随着市场经济和体制改革的深入，用户对测绘产品的要求已不仅仅停留在高质量、高速度上，同时要求更低的消耗，力求以最少的成本投入来获得给定精度的测绘产品，这种需求趋势在面向市场的招投标工程中体现得尤为显著。 如何对占测绘工程外业工作量1/3的控制网进行优化设计，使其既能满足用户的精度要求，又能使成本投入得到有效的控制，并力求最低消耗，以提高项目效益，是一个很值得研究、并具有实际利用价值的课题。它对合理地组织生产、降低观测成本、缩短项目工期、减少外业工作量和劳动强度、提高作业效率和经济效益等方面，均具有及其重要的普遍意义和长远利用价值。我们在若干工程中对此课题进行了研究和实践，取得了一些成效，给出了在计算机软件辅助下的解决方案和实现方法，在此提出，共业内同行商榷。 2．优化设计的分类 一般而言，测量控制网的优化设计问题分为两类：一类是在给定控制点精度要求的约束条件下（通常称为目标函数），力求使观测成本为最低，称为一类优化；二是在观测条件有限的约束条件下，力求使控制点精度为最高，称为二类优化。这里提及的观测条件是指人员设备的配置、测回数的多少、必要观测和多余观测的选择、最优权的配置等一切与测量控制网有关的支出，是取得满足给定精度的测绘产品所需的全部测量成本。显然，一类优化问题在控制工程成本中更具
25工程水平控制网优化设计概念
§2.5工程水平控制网优化设计概念 §2.3中已经提到，在控制网的技术设计中，首先考虑的是精度指标，其次是网的费用指标，这是传统的技术设计方法。在这种方法中，主要以技术规范为依据，只要设计出的控制网经过精度估算，得出最弱边的相对精度能够满足有关规范对某一等级控制网的精度要求，即基本上完成了设计任务。我们称这种方法为“规范化设计”。 近代控制网优化设计不同于上述规范化设计，而是一种更为科学和精确的设计方法。它能同时顾及的不仅有精度和费用指标，还有其他一些指标。应用这种方法，可求得最为合理的设计方案。然而此法也有不足之处，主要是计算工作量大，必须依靠计算机进行。 2.5.1 控制网的质量指标 在控制网的设计阶段，质量标准是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。 质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准等。其中常用的主要是前3个标准。 1.精度标准 网的精度标准以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差—协方差阵xx D 或协因数阵xx Q 来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。 2.可靠性标准 可靠性理论是以考虑观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差为前提，并把粗差归入函数模型之中来评价网的质量。 网的可靠性，是指控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。 3.费用标准 布设任何控制网都不可一味追求高精度和高可靠性而不考虑费用问题，尤其是在讲究经济效益的今天更是如此。网的优化设计，就是得出在费用最小（或不超过某一限度）的情况下使其他质量指标能满足要求的布网方案。具体地说就是采用下列的某一原则： （1）最大原则。在费用一定的条件下，使控制网的精度和可靠性最大或者可靠性能满足一定限制下使精度最高。 （2）最小原则。在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，使费用支出最小。 一般来说，布网费用可表达为 分析计算观测造埋设计总C C C C C C ++++= 式中，C 表示经费，下标表示经费使用的项目。优化设计中，主要考虑的是观测
【技术】GPS控制测量技术设计书
【关键字】技术 燕郊经济技术开发区 GPS控制测量技术设计书 一、任务概述 1.任务情况 本次GPS控制测量任务和作业内容是位于环京津、环渤海经济圈核心的河北省三河市燕郊经济技术开发区，为配合开发区的城市总体规划，需要在燕郊经济技术开发区测绘大比例尺地形图。需要在燕郊约20km2的测区范围内建立D级GPS网。 2.测区概况 测区位于河北省三河市，西距天安门35公里、东距唐山144公里、距秦皇岛260公里、南距天津120公里、北距首都国际机场25公里，是北京、天津、唐山“金三角”经济区域的腹地，市场广阔，腹地深远。 测区面积约为42平方公里，以平原为主，平均海拔18.7米，燕郊开发区位于海河下游，属暖温带季风性气候，四季分明，光照充足，积温较高，雨量充沛，无霜期200天左右，年平均气温11.5℃-11.7℃，常年平均降水量650.9毫米，历年平均无霜期183天,最大冻土深度77cm,最大降雪厚度26cm。 3.测区范围 测区地理坐标为东径161°51′，北纬39°53′—39°57′。 测区位置及面积 X:718.0km—724.0km；Y: .600—62.5km。 施测范围呈不规则形状，范围面积约22.0km2。 4.测量技术设计依据 （1）CH 2001-92《全球定位系统（GPS）测量规范》 （2）CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》 （3）CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》 （4）CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》 （5）CJJ 8-85《城市测量规范》 5.测区已有资料成果情况 测区有1996年12月1：43500燕郊开发区总体规划图1幅，该资料采用1954北京坐标系，采用克拉索夫斯基参数。该测区的中央子午线经度117°。图中包括地形、地物点。由于该图测绘时间久，同时图中无控制点、导线点，因此改图仅供参考。 测区有国家三角点数个，其数据如下表：
GPS控制测量技术设计书(优选.)
最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本 --------------------- 方便更改 赠人玫瑰，手留余香。 燕郊经济技术开发区 GPS控制测量技术设计书 一、任务概述 1.任务情况 本次GPS控制测量任务和作业内容是位于环京津、环渤海经济圈核心的河北省三河市燕郊经济技术开发区，为配合开发区的城市总体规划，需要在燕郊经济技术开发区测绘大比例尺地形图。需要在燕郊约20km2的测区范围内建立D级GPS网。 2.测区概况 测区位于河北省三河市，西距天安门35公里、东距唐山144公里、距秦皇岛260公里、南距天津120公里、北距首都国际机场25公里，是北京、天津、唐山“金三角”经济区域的腹地，市场广阔，腹地深远。 测区面积约为42平方公里，以平原为主，平均海拔18.7米，燕郊开发区位于海河下游，属暖温带季风性气候，四季分明，光照充足，积温较高，雨量充沛，无霜期200天左右，年平均气温11.5℃-11.7℃，常年平均降水量650.9毫米，历年平均无霜期183天,最大冻土深度77cm,最大降雪厚度26cm。 3.测区范围 测区地理坐标为东径161°51′，北纬39°53′—39°57′。 测区位置及面积 X:718.0km—724.0km； Y: 20483995.600—62.5km。 施测范围呈不规则形状，范围面积约22.0km2。 4.测量技术设计依据 （1）CH 2001-92《全球定位系统（GPS）测量规范》
（2）CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》 （3）CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》 （4）CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》 （5）CJJ 8-85《城市测量规范》 5.测区已有资料成果情况 测区有1996年12月1：43500燕郊开发区总体规划图1幅，该资料采用1954北京坐标系，采用 克拉索夫斯基参数。该测区的中央子午线经度117°。图中包括地形、地物点。由于该图测绘时间久，同 时图中无控制点、导线点，因此改图仅供参考。 测区有国家三角点数个，其数据如下表： 点名X坐标Y坐标备注 点将台4421650.60020483995.600一等三角点有色院4422665.05420485530.457四等三角点核工部4424282.0872*******.213四等三角点设计院4423271.53620484072.213四等三角点交干院4423596.22320482518.181四等三角点华科院4424528.39620482681.173四等三角点京哈大桥4423045.50020481620.261四等三角点本数据采用中央子午线经度117°，1954年大地北京坐标系，采用克拉索夫斯基椭球。 二、GPS控制网设计方案 1.技术要求与布网原则 根据中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》和燕郊经济技术开发区的具 体情况，确定该测区可建立D级GPS网，GPS网中相邻点之间的距离满足下表要求： 项目技术要求