gps在德化潯中鎮(zhèn)地形控制中的應用

1、<p><b>　　龍巖學院</b></p><p>　　資源工程學院畢業(yè)論文</p><p>　　題 目： GPS在德化潯中鎮(zhèn)地形控制中的應用 </p><p><b>　　資源工程學院</b></p><p>　　GPS在德化潯中鎮(zhèn)地形控制中的應用</p><

2、p>　　【摘要】本文簡述了GPS測量技術(shù)目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究意義及其研究的內(nèi)容。通過以泉州德化潯中鎮(zhèn)地形圖控制網(wǎng)的建立為例，論述了GPS測量技術(shù)在控制點加密中的使用方法，分析和探討GPS網(wǎng)的網(wǎng)型設計、誤差分析，成果檢驗。實踐表明，該技術(shù)與常規(guī)測量方法相比，在精度上能夠滿足要求，在生產(chǎn)效率上也有明顯的優(yōu)勢，例如操作簡單、作業(yè)范圍廣、測量精度高、節(jié)省人力物力等優(yōu)勢。</p><p>　　【關(guān)鍵字】GPS測

3、量；地形測量；控制網(wǎng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1 研究的背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 研究的意義1</p>&

4、lt;p>　　1.4 研究的內(nèi)容1</p><p><b>　　2.工程概況1</b></p><p>　　2.1 測區(qū)的概況1</p><p>　　2.2 測區(qū)已有資料2</p><p><b>　　3.控制網(wǎng)布設2</b></p><p>　　3.1 作業(yè)

5、依據(jù)2</p><p>　　3.2 控制點的選點與埋點3</p><p>　　3.3 測量的儀器3</p><p>　　3.4 控制網(wǎng)布設3</p><p>　　3.5 施測方法4</p><p>　　3.6 控制點布置圖4</p><p>　　4.控制網(wǎng)平差成果4</p&g

6、t;<p><b>　　4.1坐標系統(tǒng)4</b></p><p><b>　　4.2平差統(tǒng)計5</b></p><p>　　4.3自由網(wǎng)平差5</p><p>　　4.4二維約束平差7</p><p>　　5.成果精度評定9</p><p>　　6.控

7、制點成果表9</p><p>　　7.水準控制點復查10</p><p>　　7.1 水準控制點測量10</p><p>　　7.2 控制點復查成果10</p><p><b>　　8.總結(jié)11</b></p><p><b>　　致謝語11</b></p&

8、gt;<p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1研究的背景</b></p><p>　　長期以來，測量學的應用主要是針對小面積的地形測繪工作，利用常規(guī)的測量儀器進行平面測量直接測繪地形圖。而當前社會需要的測繪技

9、術(shù)越來越廣泛，測繪新技術(shù)也因此而誕生，用GPS獲取的針對地形測量大面積的控制網(wǎng)精度高且方便，為了社會生產(chǎn)的需要必須與時俱進。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　衛(wèi)星定位技術(shù)是人造地球衛(wèi)星的點測量技術(shù)的使用。1958年，美國海軍和詹斯·霍普金斯大學試驗室為核潛艇研制全球的導航，著手研制一種衛(wèi)星導航體系，簡稱NNSS，即為美國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)；蘇聯(lián)在19

10、65建立了衛(wèi)星導航系統(tǒng)，即CICADA。[1]然而這2個均存衛(wèi)星數(shù)少、不能隨時提供數(shù)據(jù)等明顯的缺陷。為滿足軍事及民用領(lǐng)域需要，一九七三年，美國國防部著手開發(fā)新的導航體系﹣全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS。依據(jù)衛(wèi)星為基礎(chǔ)的該系統(tǒng)，具備控制點間不要通視，定位精度高，操作簡單，能全天候工作等優(yōu)點。</p><p>　　為了加快GPS技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，1998年美國開始了對定位系統(tǒng)進行現(xiàn)代化，即采取措施防止敵方和黑客的干預，增強軍

11、用信號的強度；提高GPS導航定位精度，將軍用頻道和民用頻道完全分割，增添了2個民用頻道，并于2000年5月1日取消了SA政策，從而GPS定位精度抬高了10倍[2]。</p><p>　　近年來，我國GPS技術(shù)也獲得了較快的發(fā)展。我國研制的北斗導航定位系統(tǒng)，是全球第四個衛(wèi)星導航定位體系。北斗系統(tǒng)包含實驗系統(tǒng)及定位系統(tǒng)，當前已發(fā)射四顆試驗衛(wèi)星和十六顆定位衛(wèi)星，其原理，精度，范圍上漸漸和其他導航系統(tǒng)接軌。[3] “北斗

12、一號”定位服務已覆蓋亞太地區(qū)，預計將于2020建成覆蓋全球的衛(wèi)星導航。</p><p><b>　　1.3研究的意義</b></p><p>　　作為前沿科技之一的GPS技術(shù)，在當今社會已經(jīng)滲透到諸多的行業(yè)領(lǐng)域。導航與定位是GPS的主要功能。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)在測量領(lǐng)域得到了很大的擴展，并有著極其重要的地位。隨著GPS技術(shù)的更新?lián)Q代，不論是在生活上還是城市

13、基礎(chǔ)建設中都發(fā)揮著日益重要的作用。同時這也使得GPS技術(shù)得到很大提升，功能更加的強大，在作業(yè)的時候，更加的方便快捷。與以前的傳統(tǒng)測量方法相比較，GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)上了的巨大的改變。[4]而在以前，常用地面的測量方法均是把測距、測角、測水準當作最重要的方式，現(xiàn)如今伴著網(wǎng)絡技術(shù)高速的發(fā)展，這些測量方法慢慢的被GPS技術(shù)即快速、高效且精確的獲取三維坐標的技術(shù)所取代。通過對GPS技術(shù)在地形控制中的應用研究，深化對GPS技術(shù)的了解認識，對其今后的發(fā)

14、展具有重要的意義。</p><p><b>　　1.4研究的內(nèi)容</b></p><p>　　本文是基于泉州德化潯中鎮(zhèn)地形圖控制項目，根據(jù)測區(qū)的概況，從各式布設網(wǎng)選取適合的控制網(wǎng)進行布設，再進行誤差分析，最后進行成果檢驗，從而突出GPS測量技術(shù)具有快速定位、效率高、可以提供厘米級定位成果等優(yōu)點。</p><p><b>　　2. 工程

15、概況</b></p><p><b>　　2.1測區(qū)概況</b></p><p>　　潯中鎮(zhèn)位于福建省德化縣南部，為德化縣人民政府所在地，是全縣政治、經(jīng)濟、文化中心，南與龍潯鎮(zhèn)隔浐溪相望，東南連三班鎮(zhèn)，東與龍門灘鎮(zhèn)接壤，北接國寶鄉(xiāng)，東北緊挨雷峰鎮(zhèn)，西邊毗鄰蓋德鎮(zhèn)。</p><p>　　潯中鎮(zhèn)地處戴云山南麓丘陵地帶，海拔440—750

16、米，浐溪自西北向東南穿流而過，村莊都分布于河谷階地；屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫18—19℃，年降雨量1800—1900毫米。年日照時數(shù)1801小時，無霜期277天。春夏濕潤多雨，雨量相對集中。</p><p>　　測繪區(qū)域境為潯中鎮(zhèn)的王厝山，地形為一座小山包狀，地勢高差起伏，因施工需要，進行控制點加密測量。</p><p><b>　　2.2測區(qū)已有資料</b>&l

17、t;/p><p><b>　　2.2.1平面資料</b></p><p>　　測區(qū)內(nèi)有德化縣國土局提供D級控制點D1、D7、D11，作為本測區(qū)首級控制網(wǎng)的平面起算點。</p><p><b>　　2.2.2高程資料</b></p><p>　　該測區(qū)起算點以德化縣國土局提供D級控制點D1、D7、D11的

18、高程作為起算點。</p><p>　　2.2.2地形圖資料</p><p>　　該區(qū)內(nèi)有1：1萬地形圖，該圖為1980西安坐標系，1985國家高程基準。1：1萬地形圖用于野外控制測量選點及圈定測繪范圍使用。</p><p><b>　　3. 控制網(wǎng)布設</b></p><p>　　3.1 作業(yè)依據(jù)（如表3-1）</

19、p><p><b>　　表3-1作業(yè)依據(jù)</b></p><p>　　3.2控制點選點與埋點</p><p>　?。?）選點工作應遵守如下原則：</p><p>　　1．點位應設于易于安裝儀器，視線開闊的點，且點位目標要顯明，視場周圍15°以上不該有障礙物，以削減GPS信號被遮擋或障礙物的吸收。</p>

20、<p>　　2．點位應遠離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺、發(fā)電站等），其距離應大于200m；遠離高壓輸電線，距離應大于50m，防止磁場對信號的干擾。 </p><p>　　3．點位四周不該有大面積水域，對衛(wèi)星信號接收強烈干擾的物體，減輕多路徑效應。 </p><p>　　4．網(wǎng)點均應確保至少與一個鄰近網(wǎng)點通視，地面基礎(chǔ)穩(wěn)固，易于點的保存使用。 </p><p

21、>　　5．負責選點人員應按技術(shù)設計進行踏勘，按要求實地選點定位。</p><p>　　6．網(wǎng)型應有利于同步觀測和邊、點的聯(lián)結(jié)。 </p><p>　　7．所選點位要水準聯(lián)測時，應進行實地踏勘水準路線，提出相關(guān)建議。 </p><p>　　8．當需要使用舊點時，應檢查其穩(wěn)定性，完好性和安全可用性，符合要求才能使用。</p><p>　　9

22、．E級GPS網(wǎng)相鄰點間的距離不得小于200m，并且相鄰點間距離最大應不超過該網(wǎng)平均點間距的2倍。</p><p>　　（2）標石埋設原則：</p><p>　　1．在水泥路面鋪設，切成方形框架20cm×20cm，邊槽的深度為0.5厘米，0.5厘米寬，嵌入標志中心，與混凝土緊固；標志面和路面平，鋼筋頂部不能高出地面很多。</p><p>　　2．在瀝青路面上

23、埋設時，鑿成20cm×20cm方形，鑿到路基碎石深度，清理雜土，灌混凝土埋入標志。</p><p>　　3．在巖石面上埋設時，選用澆灌巖標法，弄成規(guī)格為15cm×25cm×10cm的混凝土標石。</p><p>　　4．在房頂埋設時，應為15cm×25cm×10cm的標石規(guī)格。將屋頂?shù)慕佑|面弄毛，再打入3顆左右釘子清理干凈。</p&g

24、t;<p>　　5．在土質(zhì)地面埋設時，為12cm×20cm×60cm規(guī)格的混凝土標石，可現(xiàn)場澆筑或預先做好。</p><p><b>　　3.3測量儀器</b></p><p>　　華測X900型雙頻GPS靜態(tài)接收機</p><p><b>　　3.4控制網(wǎng)布設</b></p>

25、<p>　　在設計GPS控制網(wǎng)時,因GPS同步觀測不要求通視,所以,其圖形設計具有較大的靈活性。GPS控制網(wǎng)的圖形設計主要取決于用戶的要求、經(jīng)費、時間、人力以及所投入接收機的類型、數(shù)量和后勤保障條件等。因此根據(jù)德化潯中鎮(zhèn)的地形、工程要求以及接收機的類型和數(shù)量采用邊連式進行控制點布網(wǎng)。</p><p>　　測區(qū)內(nèi)有德化縣國土局提供D級控制點D1、D7、D11，作為本測區(qū)首級控制網(wǎng)的起算點，控制網(wǎng)中最長

26、邊為230米，最短邊為110米，平均邊長為160米。該測區(qū)面積為約210.83畝（140551.8平方米）畝。該控制網(wǎng)由若干個獨立觀測環(huán)構(gòu)成，網(wǎng)形布設成由三角形和大地四邊形，保證其結(jié)構(gòu)堅強。</p><p><b>　　3.5施測方法</b></p><p>　　根據(jù)德化縣國土局提供D級控制點D1、D7、D11進行加密，測量過程中采用加密方法作業(yè)，加密控制點4個，對測

27、量成果進行統(tǒng)一平差。</p><p>　　1.平面控制點外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用3臺華測雙頻GPS接收機，觀測時嚴格按《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）的要求執(zhí)行，采用靜態(tài)定位技術(shù)施測，同步作業(yè)圖形之間采用邊連結(jié)的方式，并做到有較強的圖形結(jié)構(gòu)，確保該控制點的高精度和高可靠性。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用華測CGO軟件進行平差解算。</p><p>　　2. 高程控制點外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用3臺華測雙頻GP

28、S接收機，觀測時嚴格按《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）的要求執(zhí)行，采用靜態(tài)定位技術(shù)施測，每時段觀測前后各量取天線高一次，用小鋼卷尺從廠家規(guī)定的天線高量測基準面彼此相隔120°的三個位置分別量取天線到控制點標志面的垂直距離，互差應小于2㎜，取平均值為天線高。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用華測CGO軟件進行擬合高程解算。</p><p><b>　　3.6控制點布置圖</b></p

29、><p>　　根據(jù)德化潯中鎮(zhèn)的地形和工程要求對控制點進行布設。（如圖3-2）</p><p>　　圖3-2控制點布置圖</p><p>　　4. 控制點平差成果</p><p><b>　　4.1 坐標系統(tǒng)</b></p><p><b>　　1．坐標系統(tǒng)</b></p&g

30、t;<p><b>　　北京54坐標系統(tǒng)</b></p><p><b>　　2．基準參數(shù)</b></p><p>　　橢球長半軸(a)：6378245.000m</p><p>　　橢球扁率倒數(shù)(1/f)：298.3000000000</p><p><b>　　3．投影參

31、數(shù)</b></p><p>　　投影方式：高斯三度帶投影</p><p>　　中央子午線(L0)：118°30'00.000000"E</p><p>　　原點緯度：00°00'00.000000"N</p><p>　　平均緯度：00°00'00.0000

32、00"N</p><p>　　投影比率：1.000000</p><p>　　投影高：0.000m</p><p>　　北向加常數(shù)(n)：0.000m</p><p>　　東向加常數(shù)(e)：500000.000m</p><p><b>　　4.2平差統(tǒng)計</b></p>

33、<p><b>　　1．統(tǒng)計總結(jié)</b></p><p>　　成功平差的迭代數(shù)：2</p><p>　　網(wǎng)參考因子：10580.173053</p><p>　　精度置信水平：10580.173053</p><p><b>　　自由度：16</b></p><p>

34、;<b>　　2．后處理矢量統(tǒng)計</b></p><p>　　參考因子：0.000000</p><p><b>　　冗余數(shù)(r)：16</b></p><p>　　先驗標量：1.000000</p><p><b>　　4.3自由網(wǎng)平差</b></p><

35、p>　　自由網(wǎng)平差，又叫無約束平差，平差時固定網(wǎng)中某一點的坐標，平差的主要目的是檢驗網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差。</p><p>　　1．WGS84系統(tǒng)輸入基線（如表4-1）</p><p>　　表4-1 WGS84系統(tǒng)輸入基線</p><p>　　2．WGS84系統(tǒng)下平差基線（如表4-2）</p><p&

36、gt;　　表4-2 WGS84系統(tǒng)下平差基線</p><p>　　3．WGS84系統(tǒng)下平差大地坐標（如表4-3）</p><p>　　表4-3大地坐標平差</p><p>　　4．WGS84系統(tǒng)下平差空間直角坐標（如表4-4）</p><p>　　表4-4 WGS84系統(tǒng)下平差空間直角坐標</p><p>　　5．當?shù)?/p>

37、坐標系統(tǒng)下平面坐標（如表4-5）</p><p>　　表4-5當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)下平面坐標</p><p>　　6．坐標變換量（如表4-6）</p><p><b>　　表4-6坐標變換量</b></p><p><b>　　4.4二維約束平差</b></p><p>　　實際應用

38、中以國家（或地方）坐標系的一個已知點和一個已知基線的方向作為起算數(shù)據(jù)，平差時將GPS基線向量觀測值及其方差陣轉(zhuǎn)換到國家（或地方）坐標系的二維平面（或球面）上，然后在國家（或地方）坐標系中進行二維約束平差。轉(zhuǎn)換后的GPS基線向量網(wǎng)與地面網(wǎng)在一個起算點上位置重合，在一條空間基線方向上重合。這種轉(zhuǎn)換方法避免了三維基線網(wǎng)轉(zhuǎn)換成二維向量時地面網(wǎng)大地高不準確引起的尺度誤差和變形，保證GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換后整體及相對幾何關(guān)系的不變性。轉(zhuǎn)換后，二維基線向量網(wǎng)與

39、地面網(wǎng)之間只存在尺度差和殘余的定向差，因而進行二維約束平差時只要考慮兩網(wǎng)之間的尺度差參數(shù)和殘余定向差參數(shù)。</p><p>　　1．轉(zhuǎn)換參數(shù)（如表4-7）</p><p><b>　　表4-7轉(zhuǎn)換參數(shù)</b></p><p>　　2．WGS84系統(tǒng)下的輸入基線（如表4-8）</p><p>　　表4-8 WGS84系統(tǒng)下

40、的輸入基線</p><p>　　3．當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)下的平差基線（如表4-9）</p><p>　　表4-9當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)下的平差基線</p><p>　　4．當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)下平面坐標（如表4-10）</p><p>　　表4-10當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)下平面坐標</p><p>　　5．坐標變換量（如表4-11）</p>

41、<p>　　表4-11坐標變換量</p><p><b>　　5. 成果精度評定</b></p><p>　　經(jīng)華測Compass軟件解算平差后平面控制點約束點間的邊長相對中誤差≤1/40000，約束平差后最弱邊相對中誤差≤1/20000精度滿足要求；高程控制點用華測Compass軟件進行擬合高程解算后精度滿足四等水準要求[5]。</p>&

42、lt;p>　　6. 控制點成果表（如表6-1）</p><p>　　表6-1控制點成果表</p><p>　　7. 水準控制點復查</p><p>　　自T1至T4共復測4個，復測點號為T1、T2、T3、T4。</p><p>　　7.1水準控制點測量</p><p>　　1.測量線路：從T5-T4-T3-T2-

43、T1-D7。</p><p>　　2.測量儀器：選用南方N352全站儀，測角精度2″，測距精度±（2mm+2ppm×D）。</p><p>　　3.測量方法：水平角測二個測回，采用測回法觀測，2c≤12″，測距采用往返測，不符值小于2√2md取平均。</p><p><b>　　4.測量精度：</b></p>

44、<p>　　平面控制網(wǎng)等級：三級導線，測角中誤差：5″，相對中誤差：1/17000</p><p><b>　　已知坐標點個數(shù)：2</b></p><p><b>　　未知坐標點個數(shù)：4</b></p><p><b>　　未知邊數(shù)：3</b></p><p>　　最

45、大點位誤差[T3]=0.016(m)</p><p>　　最小點位誤差[T2]=0.004(m)</p><p>　　最大邊長誤差=1.65mm</p><p><b>　　8. 總結(jié)</b></p><p>　　從運用GPS測量技術(shù)對控制點進行加密例子中以及對其控制點進行復查的結(jié)果來看，GPS測量技術(shù)觀測精度可靠，使用

46、方便，完全能夠滿足圖根控制點加密測量的要求。與采用常規(guī)測量方法相比有明顯的優(yōu)勢。①作業(yè)范圍得到了極大的擴展。②GPS 測量精度高，能達到厘米級，且具有實時性、高效性特點。③作業(yè)簡便快捷，提高了工作效率; 節(jié)省了人力物力財力，經(jīng)濟劃算。實踐證明，GPS-RTK 測量可以替代常規(guī)的圖根控制點加密測量，且能較好地滿足城市測量的需要[6] 。相信不久的將來，GPS測量技術(shù)將會在地形測量中發(fā)揮更大的作用。</p><p>

47、<b>　　致謝語</b></p><p>　　在本篇論文完成的同時，我首先要感謝我的導師高鵬老師，老師的悉心指導下，我的論文才能順利的完成，本篇論文的完成過程中，老師對我提出了很多建設性的指導意見，細心地和我講解論文中出現(xiàn)的問題，給予專業(yè)上的指導，信心上的鼓勵，因此向?qū)熤乱宰钫嬲\的謝意，同時也要表達學生深深的敬意。時光匆匆如流水，大學四年猶如白駒過隙，但是在這里有熱情的同學，和藹的老師及

48、關(guān)心我們的輔導員，謝謝你們四年的陪伴，謝你們在教學的同時更多的是傳授我們做人的道理，謝謝四年里面你們孜孜不倦的教誨！本文由于自己能力有限還有很多不足之處，請大家指出，我會悉心改之。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李天文等，GPS原理及應用[M]，北京：科學出版社，2010.</p><p>　　[2]

49、 徐紹銓、張華海等．GPS測量原理及應用[M]，武漢：武漢大學出版社，2005.</p><p>　　[3] GB/T18314-2001，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S]．</p><p>　　[4] 許其鳳.GPS衛(wèi)星導航與精密定位[M].北京：解放軍出版社，1994.</p><p>　　[5] 李征航，黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]，武漢：武漢大學出

50、版社2005，128-273.</p><p>　　[6] 王德保．GPS在城市控制網(wǎng)中的應用研究[D]，濟南：山東科技大學，2004.</p><p>　　Application of GPS in topographic control of Dehua Xunzhong town</p><p>　　Resource Engineering College

51、Surveying and Mapping Engineering</p><p>　　2011092518 Huang DeXin Instructs teacher: Gao Peng</p><p>　　【Abstract】This article introduced the present research status, significance and research

52、content.of GPS measurement technology.Take the establishing of topographic map and control network of Quanzhou city Dehua county Xunzhong town for instance, this paper discusses the usable method of GPS measurement tec

53、hnology in density of control points, analyze the web design and error analysis of GPS network then test the result.The practice shows that this technology can meet the requirements of the ac</p><p>　　【Keywo