安徽省六安市城区GPS控制测量技术总结
六安土地勘测院 聂永胜 胡华兵
前言
我单位作为六安地区较有实力的测绘队伍，在适应市场经济大潮下也不断的发展壮大，从引进全站仪到全套数字化成图设备，到引进全球卫星定位系统GPS 我单位的测绘实力也发生了质的飞跃。我单位今年在五月份经过多方考查选择了中翰公司所代理的加拿大SMART3100 GPS。
目前市面上的GPS比较多，选择起来也比较慎重，我们并没有盲从其它单位意见，而是从实用和经济的角度来选择。
从外业测量角度来说有几个重要的方面是我们考查的对象：
对于以上指标，SMART3100都是在同行中最好的，接下来我们就是考查其精度了，针对此我们用SMART3100对六安城区进行了一次实际测量。以下为本次测量的报告。
一、测区概况
略
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》（CH20##-92）。
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。
2．GPS观测
在实际外业观测过程中,使用7台Smart-3100IS型GPS接收机,同时在三个GPS点上进行观测, 有效观测卫星数≥7颗, 时段长度≥60分钟,如果有的点不搬站, 则不关机，以保证尽可能长的时段长度。
丈量天线高度, 均从天线的三面丈量三次, 在三次较差不大于3mm时,取平均值为最后结果。结束观测时, 再丈量一次天线高, 以作校核。
在观测过程中, 自始至终有人值守, 并经常检查有效卫星的历元数是否符合要求,否则及时通知其它两台仪器, 延长时段时间, 以保证观测精度。
实际上在观测过程中，Smart-3100IS型GPS接收机电量充足，接收信号稳定，卫星数大都保持在7-8颗，有时高达10颗以上，为后面的平差处理之顺利进行打下了良好的基础。
六、外业数据处理及检核
1.外业数据处理
外业观测后及时输入计算机, 并进行外业数据的检查。根据自动处理基线向量的结果，检查基线向量方差比(Ratio)、中误差(rms)以及天线高等, 方差比＞2 ,中误差＜20mm,参与解算的向量均符合要求。
2.外业观测质量的检核
根据《GPS规范》要求，各级GPS基线精度计算公式如下
σ=
按D级控制网精度要求，取 a≤10mm b≤10ppm D=4.65Km（平均基线边长）代入上式，经计算得：
σ=47.60mm
(1) 同步环检验
根据《GPS规程》要求，其坐标分量应分别≤6ppm(1/166666)；全长闭合差应≤10ppm(1/100000)。经检核全长闭合差最大为3.50 ppm(1/285650)(同步环2)，最小为0.10 ppm(1/9847169) (同步环20), 均符合要求。请参见附表1(同步环.txt）。
(2)异步环检验
坐标分量闭合差 Wx=Wy=Wz≤±3 σ
n=3 Wx=Wy=Wz≤±247.3mm
n=4 Wx=Wy=Wz≤±285.6mm
n=5 Wx=Wy=Wz≤±319.3m
异步环全长闭合差: W≤±3σ
n=3 W≤±428.4mm
n=4 W≤±494.7mm
n=5 W≤±553.1mm
抽取独立基线异步闭合环8个,经检查其4条基线全长闭合差最大为407mm，最小为16mm，远小于规定的494.7mm,符合要求。结果参见附表2（异步环.txt）。
七.平差计算
基线处理成功后，即可进入软件的网平差界面，进行WGS-84坐标系下的自由网平差及三维约束网平差。
1.GPS点WGS-84坐标系自由网平差
(1)GPS点WGS-84坐标系坐标平差及精度
按《GPS规程》规定，基线向量的改正数:
Vx=Vy=Vz≤3σ=142.8mm
实测基线178条，经检查最大的基线向量改正数为122mm，完全符合规程要求。参见附表84Free.prt。
基线的相对精度最高为1/164.9069万;最低为1/10.2530万(超短基线)。
(2)GPS点WGS-84坐标系大地坐标及其精度
WGS-84坐标的点位中误差最小为5.9mm;最大为8.7mm。结果参见附表543DLock.prt。
2.GPS点54系三维约束平差
以大鼓堆（3等点）和婆山岭（1等点）为平面及高程已知点，周建材厂的高程已知数据，进行三维强制约束平差。
（注：大鼓堆（3等点）和婆山岭（1等点）为不同级别的国家大地等级点，原则上是不能作为起算数据引入GPS网来推求其他未知点的数据的。但鉴于测区只有此两已知大地点，且此前有关测量单位提交的GPS控制测量成果也是以该两点为起算数据进行平差计算的。为保证成果的一致性，经过对“周建材厂”及“锅底山”（均为GPS D 级四等点）的校核，点位附和良好。）
经平差得到结果如下:
边长中误差最大为5mm，最小为2.1mm。边长的相对精度最高为1/318万；最低为1/20万，远高于规定1/5万的精度。边长及精度分别参见附表。
GPS点54坐标的点位中误差最小为±5.3mm；最大为±2mm；GPS点54坐标及点位中误差和误差椭圆参数参见附表。
4.GPS网高程平差
由于测区已知水准高程较少(只有已知平面点所提供的4个),且精度不一,给GPS水准高程测量的应用带来了限制。鉴于此，本次计算采用软件提供一次多项式高程拟和法来推求位置点高程点数据。具体步骤为：三维约束“大鼓山”和“婆山岭”，再约束“周建材厂”之水准高程，以“锅底山”的已知高程作为校核，结果相差-0.016m. 由于缺乏测区内的重力异常数据，加上过少的已知数据，所得高程值仅供参考。
附成果图表
附表1 同步环组成及其闭合差（同步环.txt）
附表2 异步环组成及其闭合差（异步环.txt）
附表3 WGS-84坐标系自由网平差报告（84Free.prt）
附表4 北京54坐标系约束网平差报告（543DLock.prt）
附表5 测区布点及观测顺概况图（bmp文件）
附表6 测区GPS测量基线网图（bmp文件）
第二篇：E级GPS网测量工作技术总结
大雁煤业集团公司扎尼河露天矿
E级GPS网测量工作技术总结
第一章：工程项目的来源及项目的完成概况
第一节：工程项目的来源
为了加快大雁煤业集团公司扎尼河露天矿的生产建设，受大雁煤业集团公司扎尼河露天矿委托，呼伦贝尔市大雁勘测规划设计有限责任公司承担了大雁煤业集团公司扎尼河露天矿E级GPS网测量任务。
第二节：工程项目的测绘范围及测绘内容的完成概况
一、测区基本概况：
大雁煤业集团公司扎尼河露天矿位于大兴安岭西麓海拉尔河中游，行政区隶属于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗。其地理坐标为：
东经120°9′18″—120°26′27″
北纬49°7′10″—49°12′40″
测区西距呼伦贝尔市海拉尔区约30km，东距牙克石市48km，滨洲线铁路在该区北部通过，301国道在测区中部穿过，交通十分便利。测区东西长约5.0km，南北宽约5.5km。
测区属低山丘陵区，其地势海拔标高在627m—731m，相对高差约100m。海拉尔河由东向西从测区北侧流过，该河属老年期河流，分叉合并比较严重，最大流量为65.4m2/s，另有三条小溪在测区东中西部由南向北注入海拉尔河。
本区属中温带大陆性季风气候，冬季漫长而寒冷，夏季短促而少雨，雨季集中于七、八月份，温度变化大，光照较为充足；年平均气温为-3.3℃，一月份气温最底，月平均气温为-28℃，七月份气温最高，月平均气温为+18.5℃，一般十月末结冰，次年五月中旬解冻，年均最大冻土深度302cm，永冻层深度3-15m；年均降水量375.4mm，蒸发量1296.5mm；年降雪日数75天，无霜期119天；春季多风，年均最大风速20.7m/s（风向偏西）。
二、测绘内容完成概况：
⒈完成E级GPS点12个；
⒉完成四等水准测量45公里；
第三节：完成工程项目的技术依据
1、《工程测量规范》 GB50026-93。
2、《全球定位系统(GPS)测量规范》 GB/T18314-2001。
3、《数字测绘产品检查验收规定和质量评定》 GB/T18316-2001
4、《大雁煤业集团公司扎尼河露天矿E级GPS网测量技术设计任务书》。
本次测量工程，平面采用1954年北京坐标系，三度分带，中央子午线为120°，高程采用1956年黄海高程系。
第四节：完成工程项目的时序
1、 20##年5月5日至10日现场踏勘、选点、埋石，收集测区资料，编制《大雁煤业集团公司扎尼河露天矿E级GPS网测量技术设计任务书》，组织人员培训。
2、20##年5月11日至5月30日E级GPS控制网观测及平差计算，E级GPS网四等水准观测及平差计算。
3、20##年5月31日内业数据整理，成果输出。
第二章：控制测量
第一节：平面控制测量
1、测区外围共有国测三角点4个，经实地检查这4个点保存完好，网形分布较好，可以作为首级控制测量平面起算数据使用。各点的名称、等级及概略坐标见下表。
平面起算数据情况表
2、平面施测采用双频Z-MAX卫星定位接受机静态测量，控制网布设形式为同步环和异步环构成的GPS网，施测等级为E级GPS网，采用静态测量方式，观测时间≥60分钟，采样间隔15秒，卫星高度角≥15°，GPS天线高由不同方向量取三次，读数至毫米，取三次读数平均值作为最后天线高值，观测结束后要进行天线高校合。
采用随机软件进行解算，约束平差，对超限和观测质量较差的各别边，解算时要进行剔除。GPS测量基本技术要求规定见下表：
GPS测量基本技术要求规定
3、本次GPS网共有18个点，其中尖山、高秀山、682、嘎赛鄂博、作为平高固定解。
GPS网采用Ashtech Soltions2.6进行平差，平面精度要求为0.030+1ppm，高程精度要求为0.040+1ppm，置信度要求为95%置信度。
GPS网平差先在WGS—84系下进行网的无约束平差，然后在北京54坐标系下进行三维约束平差，中央子午线120°，参考椭球长半轴a＝6378245m，椭球扁率α＝1/298.3。GPS网平差的置信度为95%。平面固定4个已知的二、三等三角点，高程固定4个三等水准点，二维平差之后进行高程拟合。
在GPS网中共有78条基线边，最长基线边是嘎赛鄂博到682，基线边长是14174.206米，最短基线边是JK03到JK04，基线边长为617.890米。最大水平相对误差2.4cm，最小水平相对误差为0.5cm，最大垂直相对误差4.5cm，最小垂直相对误差为0.9cm，最大水平相对精度1/91652，最小水平相对精度为1/838462，最大垂直相对精度1/55432，最小垂直相对精度为1/510663。
4、在GPS网中共对4条同步、异步环进行分析，其中在尖山→JK13→嘎赛鄂博→尖山环中环长20178.747米，闭合差分别是ΔX=-0.000m、ΔY=-0.000m、ΔZ=0.001m，环水平相对精度为1：80677586，环高程相对精度为1：32311255。
在尖山→JK13→682→GP03→尖山环中环长25199.893米，闭合差分别是ΔX=-0.002m、ΔY=0.001m、ΔZ=0.002m，环水平相对精度为1：13158625，环高程相对精度为1：16303751。
在JK04→JK02→JK11→JK08→JK06→GP03→JK12→JK05→JK04环中环长10709.270米，闭合差分别是ΔX=-0.002m、ΔY=-0.005m、ΔZ=-0.002m，环水平相对精度为1：2027913，环高程相对精度为1：-5253504。
在JK04→JK01→JK11→JK05→JK04环中环长6063.197米，闭合差分别是ΔX=0.001m、ΔY=0.000m、ΔZ=0.000m，环水平相对精度为1：7335554，环高程相对精度为1：2522984678。
通过对GPS网解算精度的分析，本次GPS网网型较好，观测精度高，满足露天矿生产建设的需要。
第二节：高程控制测量
1、高程控制测量采用四等水准对其新设12个控制点进行联测，以哈满50、714马希山、682为起算点。
水准路线布设成4个闭合环、2个符合环的节点网的形式。
2、水准网采用NASEW V3.0软件进行平差，高程控制网中最大点位误差为0.02380米，最大点间误差为0.01934米，观测值中误差为0.003235。
第一条闭合环JK12→JK09→JK08→JK07→JK06→JK12，闭合差-0.04800米，限差0.07530米，。
第二条闭合环GP03→JK12→JK06→GP03，闭合差-0.00800米，限差0.08632米。
第三条闭合环JK03→JK05→JK12→JK09→JK08→JK11→JK10→JK03，闭合差-0.00500米，限差0.08632米。
第四条闭合环JK04→JK02→JK01→JK11→JK10→JK03→JK05→JK04，闭合差-0.00600米，限差0.08050米。
第一条符合环682→JK07→JK06→714马希山，闭合差0.03000米，限差0.12600米。
第二条闭合环714马希山→哈满50，闭合差0.03700米，限差0.06104米。
第三章：提交资料：
1、大雁煤业集团公司扎尼河露天矿E级GPS网测量技术设计任务书一份；
2、四等水准记录手薄一份；
3、GPS外业观测手薄一份；
4、四等水准平差计算手薄一份；
5、E级GPS网平差计算手薄一份；
6、四等水准联测网图一份；
7、E级GPS网联测网图一份；
8、E级GPS点成果表一份；
9、工作技术总结报告一份；
10、数据光盘一套。
第四章：测绘成果分析
第一节：质量保证体系
整个生产严格按照ISO9001质量体系运行，组织机构健全、仪器设备、技术力量配置合理，设立项目负责，技术负责和专职检查员，实行质量负责制。
第二节：测绘成果分析
控制网的建立是矿区生产建设的基础工作和重要内容，过去一直采用传统的大地测量技术方法和手段建立控制网。随着空间技术的发展，以卫星为基础的无线电导航定位系统，即GPS技术成为最新的空间定位技术。该系统具有全球性、高效率、多功能、高精度的特点，在用于大地定位时，测站间不要求互相通视，不受天气条件影响，同时可获得三维坐标，因而传统大地测量的布网方法、作业手段和内外作业程序发生了根本性的变革，它将以高速度、高精度、低成本为大地测量建设控制网服务，快速、及时、准确地为矿区规划、建设和管理提供测绘保障。