《GNSS测量技术》技术设计书编写

经过前期的资料收集及测区概况，可进行技术设计书的编写，内容如下所述。

1. 任务来源及工作量

为了加强全省矿业权的科学管理，维护矿业权人合法利益，推进矿管政务公开，规范矿产资源勘察开发秩序，进一步做好矿产资源规划、管理、保护和合理利用工作，甘肃省国土资源厅根据国土资源部《关于开展全国矿产资源储量利用调查工作的通知》(国土资发［2007］192号)的总体部署和《全国矿业权实地核查工作甘肃省矿业权实地核查工作实施方案》，委托甘肃有色地质勘查局天水总队承担甘肃省陇南市矿业权实地核查工作“野外实测”阶段的“基础控制测量”工作。

测量任务按照矿业权实地核查的需要，分为陇南地区的平面控制测量和高程控制测量两个部分，根据陇南地区实际的地形地貌，我们因地制宜的采取GNSS控制测量方法。实际作业范围包括礼县、西和、徽县、康县、成县以及两当县六个县区，控制面积约2779.86平方公里，总体来讲外业工作量较大，外业施测的工作难度不容小觑。

2. 测区概况

陇南市位于甘肃东南边陲，是甘肃唯一的长江流域地区，东连陕西，南接四川，北靠天水，西连甘南，为甘肃南下东出之要冲。总面积2.79万平方公里。全区辖武都、成县、徽县、两当、宕昌、文县、康县、西和、礼县九县，有242个乡镇、3422个行政村，居住着汉、回、藏、满、壮等23个民族，总人口266.9万，其中农业人口241.47万。

陇南地处中国大陆二级阶梯向三级阶梯的过渡地带，位于秦巴山区、青藏高原、黄土高原三大地形交汇区域，西部向青藏高原北侧边缘过渡，北部向陇中黄土高原过渡，东部与西秦岭和汉中盆地连接，南部向四川盆地过渡，整个地形西北高东南低。西秦岭和岷山两大山系分别从东西两方伸入全境，境内形成了高山峻岭与峡谷盆地相间的复杂地形。陇南山大沟深，山区群众“行路难，过河难，流通难”的问题仍然存在，由于国家的大力支持和灾后重建，个别地区的交通条件有较大的改善。

3. 布网方案

(1)控制点的布设原则

①根据探矿权和采矿权矿点实际分布情况，按照测量规范要求，结合矿点实际应用需要，对于面积小于20km2的独立矿点按每个矿点2～3个控制点布设，面积大于20km2的每扩大5km2增加1个控制点。

②对于连片分布的小矿点，根据实地具体情况，能够方便共用的可适当减少控制点数量，但每个矿点最少不得少于1点，否则，仍然按每个矿点2～3个控制点布设。

③要求控制点能够对所有矿点进行有效首级控制、满足下一级控制网发展需要。

甘肃省陇南市六个县区共设计D、E级GNSS控制点261个(含过渡点)，控制网涉及52幅1∶ 5万地形图，控制面积覆盖2803.24km2。控制网具体布设情况见附件。

(2)布网方案

根据矿点分布区域范围和起算点情况，按D、E两级GNSS控制网要求布设控制网。面积较大的单个矿点或几个矿点连片分布并且起算点稀少区域，首级控制网按D级GNSS控制网要求布设，加密网按E级GNSS控制网要求布设，相反，面积较小的单个矿点或起算点充足的区域，按E级GNSS控制网要求布设。控制点布设密度如前所述，此处不再赘述。D级GNSS控制网边长控制在15km内，E级GNSS控制网边长控制在10km内，GNSS网应由非同步独立边构成多边形闭合环或附合线路，D级网每个闭合环或附合线路的边数不超过8条，E级网的每个闭合环或附合线路边数不超过10条。

(3)观测规定

考虑到控制网边长适当突破了规范限制的长度要求，所以，在观测时要使用更高等级的GNSS接收机或延长观测时间，以达到控制网设计精度要求。

(4)三角点联测要求

对于需要采用“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”计算高程的控制网必须至少联测1个该项目GNSS控制点或与国家GNSS连续跟踪站联测。为了解算1980西安坐标系统成果，一般情况下每个GNSS控制网需要联测3个国家高等级平面控制点。考虑到省域内国家高等级平面控制点的具体特点，比如: ①原三角控制点是分网平差的，网内控制点之间附合性满足规范要求，而网与网之间个别地方控制点附合性较差; ②C级及以上等级GNSS点与三角点之间相容性较差，这样，GNSS点与三角点联合使用时由于系统原因造成附合性往往达不到规范要求。

鉴于这种情况，当一个控制网中出现下列情况时可以采用2个控制点作为起算点进行平差计算: ①当以2个控制点为起算点时控制网附合精度良好，各项精度指标达到规范要求，而当把第三个起算点也带入时控制网精度略有下降而达不到规范要求，在确认成果无误、点位没有发生变动的情况下可采用前2个控制点为起算点进行平差计算; ②以C级及以上等级GNSS点为起算点时，可采用2个控制点为起算点进行平差计算; ③以在其他项目中曾经使用过经检验成果可靠的三角点为起算点时，可采用2个控制点为起算点进行平差计算。

4. 选点和埋石

(1)选点

D级GNSS控制点主要布设在矿点外围和制高点处，要求能够控制整个矿区，便于与国家高等级控制点联测并满足E级GNSS网加密需要。E级GNSS点在D级GNSS点间布设，要充分考虑到用户使用的方便性，每个矿点的主矿井附近尽量布设点位。各级GNSS网相邻点最小距离应尽量控制在平均距离的1/2～1/3，最大距离应尽量控制在平均距离的2～3倍，GNSS点每点至少能与另外一点通视。

点位应选在地面基础稳固，易于保存的地方，尽量避免在耕地、施工区等处选点; 点位应尽量选在交通便利，有利于扩展的地方，如D级GNSS点应考虑与国家高等级控制点联测，E级GNSS点应考虑到采用导线测量等手段进行加密; 点位周围应便于安置仪器，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜大于15°; 点位周围无大功率无线电发射塔(如电视台、电台和微波站等)，其距离不小于200m，远离高压输电线和微波无线电信号通道，其距离不小于50m; 点位周围无强烈反射卫星信号的物体，如大型建筑物、大面积水域等; 对符合规范要求的旧点标石应尽量利用，需要时可进行适当的加固处理以保证点位稳固。

(2)埋石

标石规格参照《全国矿业权实地核查工作指南与技术要求》(书号: ISBN978-7-80246-132-1/P·101)附件C—控制测量标石及埋设示意图执行，考虑到本项目作业工期短、埋设标石稳定性差及在交通不便的高山区埋设困难等特殊情况，矿点区D、E级GNSS控制点应尽量采用现场浇铸的方法制做，过度点采用简易标石。控制点标石中心标志为材质坚硬、抗腐蚀、不生锈的合金整体铸件，由甘肃省测绘局监制，甘肃有色地质勘查局天水总队统一购置。控制点中心标志及埋设规格见附件1。

(3)控制点编号

新埋设控制点以市辖区为单位按D、E级分别编号，利用原有控制点标石的采用原点号，在点之记中要加以说明，控制点点号用红色油漆正规标注在标石面上，过渡点点号可手写在明显适当位置。甘肃有色地质勘查局天水总队承担任务区域内不能重号，可适当空号，编号规定见表6.1。

表6.1 甘肃省矿业权核查D、E级GNSS控制点编号规则表

(4)点之记绘制

矿点区控制点埋设完成后应现场绘制点之记，点之记规格基本参照《全国矿业权实地核查工作指南与技术要求》附录2-全国矿业权核查GNSS点点之记格式执行，为了实际使用方便进行了修改，修改后的点之记格式样表见附件，过渡点点之记可以适当简略绘制。

5.GNSS外业观测

本项目选用标称精度不小于10mm+5ppm的单频或双频GNSS接收机，按D、E分别进行观测和记录。如表6.2所示。GNSS数据采集前应预热和静置仪器5分钟，观测时严格整平仪器，有天线定向标志线的应指向正北，量测天线高二次，两次互差不超过3mm时，取中数作为天线高值。天线高应现场记录在观测手簿上，GNSS外业观测手簿见附件3。

在一个观测时段中不得进行以下操作:

①重新启动仪器;

②进行工作模式选择;

③改变数据采集率和卫星高度角限值;

④终止观测和移动天线。

表6.2 GNSS接收机技术参数选取表

6. 数据处理

(1)GNSS基线向量的计算及数据检核(www.xing528.com)

基线解算采用经过生产检验的随机商用软件进行(如合众思壮、南方GNSS解算软件等)，按D、E两级GNSS控制网分别解算，D级网以1个“2006甘肃省似大地水准面精化研究”项目GNSS控制点的WGS-84系坐标值为起算数据，并以此解算出所有基线。E级网以1个经过WGS-84坐标三维无约束平差后的D级GNSS控制点坐标值为起算数据，并以此解算出所有基线。

基线重复性检验和闭合差检验采用经过生产检验的商用软件进行(如TGPPSW等)。重复基线、异、同步闭合环限差如下:

a—固定误差，mm;

b—比例误差系数;

D—相邻点间距离，km;

δ—相应级别规定的精度(按实际平均边长计算);

n—闭合环边数;

(2)控制网平面坐标平差计算

基线解算完成后，通过对基线向量的分析、检核求得GNSS有效观测量，然后再采用独立基线分别进行D、E级GNSS网WGS-84坐标三维无约束平差，最后进行1980西安坐标系下的二维约束平差计算，在约束平差时，D级GNSS控制网以国家三等三角点和C级GNSS点及以上等级控制点为起算点，E级GNSS控制网以国家三等三角点和D级GNSS点及以上等级控制点为起算点。

(3)控制网高程平差计算

①解算采用“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”的，当GNSS外业观测结束后，使用经过生产检验的随机商用软件(如leica SKI2.3、南方GNSS解算软件等)，每个控制网以1个“2006甘肃省似大地水准面精化研究”项目GNSS点的WGS-84系坐标值为起算数据，将该网中的D、E级GNSS点基线全部解算出来，然后利用“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”成果，进行控制点高程计算。

②对于远离“2006甘肃省似大地水准面精化研究”项目GNSS点，但矿点附近有国家高等级水准点成果或有已完成“城网改造”或“公路测量”等项目、有水准控制成果的可用GNSS拟合法获得高程。采用GNSS拟合法测量高程时需在矿点周围和中心均匀布设不少于6个高程起算点。起算点高程测量采用不低于代替等外水准的光电测距高程导线测量法。

用光电测距高程导线方法观测时，附合路线的全长和闭合差按地形类别“平地”的限差执行。测量的技术要求见表6.3。

表6.3 电磁波测距高程导线测量限差

注: 表中S为边长，以km为单位。

测量时垂直角不宜超过15°，视线高度和离开障碍物的距离应大于1.5m。采用每点设站观测的方法，斜距单向观测两测回，读数差不超过10mm，测回互差不超过15mm。垂直角对向观测各两测回。每站观测前待气压表和温度表与周围温度一致后，在测站量取1次气温、气压值。斜距的加常数和乘常数改正、气象改正可置于仪器中，但在观测手簿的备注或者记事用纸中要有说明。电子记簿应在相应的说明文件中加以说明。

仪器高和觇标高应在测前测后各量一次，读至mm，两次测量互差不得超过2mm。一条边的对向观测，宜尽量在同一时段内使用三联脚架完成，各项观测读数和计算数值取位见表6.4。

表6.4 测距高程导线数值取位表

③对于经过“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”精化高程计算和GNSS拟合高程计算的控制点及矿点周围过渡点的高程，需采用光电测距高程导线方法进行高差检核计算。对于小于或等于2km的边长，检查高差与测量高差之差若小于0.10米则采用原计算成果，否则，以矿点中心某点精化高程或GNSS拟合高程值为起算数据按光电测距高程导线法计算控制点高程; 对于大于2km的边长，检查高差与测量高差之差若小于米则采用原计算成果，否则，以矿点中心某点精化高程或GNSS拟合高程值为起算数据按光电测距高程导线法计算控制点高程。

④对于探矿权矿点可不进行地面高程控制测量。

(4)其他情况

①对于矿点周围无国家高级控制点或联测特别困难地区，可采用GNSS单点观测方法或同步闭合环观测方法，观测时间不少于4～6h，观测数据由国家测绘局大地测量数据处理中心利用精密星历和周边GNSS连续运行跟踪站数据，解算获得控制点平面坐标和高程成果，解算高程时应加入“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”成果，高程检测与常规测量方法相同。

②对于矿区已有控制网的，在进行下工序细部工程测量时要分析原控制网的精度，如果原控制网内部附合精度满足规范要求，则可进行平面坐标和高程转换参数解算，以便于成果统一和充分利用原控制点成果资料。计算平面坐标和高程转换参数时，联测原控制网首级控制点数不少于5点，且均匀分布于原控制网周围和中心。

7. 完成任务的措施

(1)质量控制措施

项目承担部门应按ISO9001∶ 2000质量认证体系的标准，有效运作质量管理体系，认真贯彻其质量方针，落实项目质量目标，明确项目管理者职责。生产实施部门除精心组织生产，进行日常质量检查外，在关键工序、重点工序必须进行重点检查，严防质量事故发生。首个矿点测量时院需要派工作组到实地进行指导生产。

本项目实行二级检查一级验收制度，即生产实施部门的过程检查，应对所有资料进行100%的全面检查，并作好相关记录; 队质检部门配置专人负责项目全过程质量检查和控制，并对首批成果和重点工序进行重点检查，对最终成果质量进行抽检并出据质量检查报告。

本项目实行质量终身负责制，生产部门承担生产质量责任，队质检部门承担最终成果质量检查责任。

在作业过程中，如果实际施测情况与设计书有原则性的变化时，必须先报请甘肃省国土资源厅审批后实施。

在项目实施全过程中应做好成果资料保密工作，所有成果资料的领取、接交按队有关保密规定办理相关手续，严防泄密。

本项目的最终验收工作，由甘肃省国土资源厅组织。

(2)资料整理规定

本项目以市(县)为单位进行资料整理，包括技术总结、控制点联测网图、控制点平面坐标和似大地水准面精化高程计算手簿，GNSS测量手簿、控制点点之记和成果表等。各项成果均应有计算者(或)制做者和检查者签名，检查者必须为项目实施部门负责人。

8. 附件

附件1

D、E级GNSS点标石规格及埋设示意图

附件2

甘肃省矿业权核查GNSS点点之记

附件3

甘肃省矿业权核查GNSS观测记录手簿