GNSS测量技术-技术总结书的编写

根据《技术设计书》的相关要求，我们在六个县区分别布设了D、E级GNSS控制网，测绘成果包括基础控制点展点网图、GNSS控制点点之记、GNSS观测手簿以及控制点成果表(包括WGS84坐标系统、西安80坐标系统和北京54坐标系统)，同时为了保证GNSS外业观测成果质量和内业解算精度，我们进行了自查自检，形成了外业全站仪电磁波测距的三角高程观测手簿，同时针对个别矿区的实际需要我们对矿区原有的控制点进行了复测和检核，最大限度的满足实地核查对控制测量的需要，以期更好的服务于核查工作。

1. 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。

2. 任务来源及现有资料情况

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。

现有资料如下:

(1)甘肃省国土资源厅提供的省、部级发证探矿权、采矿权矿点分布图和相关表格数据。

(2)覆盖全省的不同年代出版的1∶ 10万、1∶ 5万地形图。

(3)国家一、二、三等三角控制点、水准点和C级GNSS控制点。

(4)甘肃省测绘局2007年完成的《2006甘肃省似大地水准面精化研究》成果中框架点、加密点等GNSS控制点成果和精度优于±0.074m、分辨率为2'×2'的甘肃省似大地水准面格网数字模型，本研究成果已通过甘肃省科学技术厅组织的验收。

主要的技术指标符合以下要求:

①平面坐标系统采用统一3°带1980西安坐标系，为方便使用亦采用了北京54坐标系，高程系统采用1985国家高程基准。

②D、E级GNSS控制网平面坐标精度满足表6.5要求。

③采用“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”解算的D、E级GNSS高程控制点，表6.5中其高程精度应符合精化模型的外部符合精度，即±0.074m。

表6.5 D、E级GNSS控制网平面坐标精度满足条件

3. 施测单位及人员设备

依据矿区分布特点和实际的交通情况，以及现有的交通工具，根据实际情况做了安排和及时的调配。

①施测单位: 甘肃有色地质勘查局天水总队。

②配备管理人员2名，专业测量技术人员16名。

③仪器设备: 南方GNSS单频接收机3台，SMART3100单频接收机4台套，合众思壮E640L1单频接收机5台套，后期测量中改为Smart3100单频接收机4台套和合众思壮E640单频接收机7台套同时作业; 手持GNSS10台套，拓普康GTP3005N、SOKKIA325全站仪两台(用于GNSS控制测量成果的检核)，棱镜两套，笔记本3台，惠普打印扫描一体机一台。

④交通通信工具: 车辆5辆，手机若干，对讲机10台。

4. 作业相关技术规范依据

①国家质量技术监督局发布的《全球定位系统(GNSS)测量规范》(GB/T18314—2001);

②《全球定位系统GNSS城市测量技术规程》(CJJ73-97)。

③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)。

④《1∶ 5000、1∶ 10000地形图航空摄影测量外业规范》(GB/T13977-92)。

⑤《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》(甘肃省国土资源厅2008年6月)。

⑥经过甘肃省国土资源厅审批的《甘肃省矿业权实地核查工作基础控制测量专业技术设计书》(甘肃有色地质勘查局天水总队2009年6月)。

⑦《工程测量规范》(GB50026-93)。

⑧《测绘技术总结编写规定》(CH1001-91)。

5.GNSS控制测量野外观测

(1)控制点的布设

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。每个矿区保证1个D级GNSS控制点以及1～3个E级GNSS控制点，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; 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。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网由非同步独立边构成多边形闭合环，D级网每个闭合环的边数不超过8条，E级网的每个闭合环的边数不超过9条。

甘肃省陇南地区六个县区根据选取原则共设计D、E级GNSS控制点247个(含过渡点)，控制网涉及33幅1∶ 5万地形图，控制面积覆盖2779.86km2。控制网具体布设情况详见控制点网图和矿区控制点分布的成果资料。

需要解释的是在陇南的大部分县区，山大沟深林密，极个别点很难严格遵循全部的要求，我们根据具体情况通过星历预报、增加观测时间和多时段观测等方法，尽量减弱其他因素对整体观测质量的影响。

控制点的埋设应易于保存尽量少占耕地，埋设后现场做好点之记和交通路线图，标石样式及埋设示意图按照《指南》的要求，新埋设控制点以县辖区为单位按D、E级分别编号，利用原有控制点标石的采用原点号，在点之记中加以说明，控制点点号和过渡点点号用红色油漆正规标注在标石面上，并现场拍照。甘肃有色地质勘查局天水总队承担任务区域内编号做到不重号，可适当空号，编号规则见表6.6。

表6.6 甘肃省陇南市矿业权核查D、E级GNSS控制点编号规则表

注: 天水总队在陇南地区没有采用E级过渡点点号。

(2)野外观测的实施

本项目选用的单频GNSS接收机标称精度均不小于10mm+5ppm，仪器观测时严格对中整平，对中误差不超过3mm; 天线定向标志指向正北，误差不超过±5°; 开机前和开机后分别量取两次天线高，互差不超过3mm，取平均值做为最后结果。GNSS野外观测的各项指标如表6.7所示。

表6.7 GNSS接收机外业观测采用的技术指标

(3)外业观测成果(www.xing528.com)

外业观测我们以县为单位，在六个县区分别按D级、E级网进行布设，下面以县为单位进行概述各县外业布点组网成果。

礼县成果包含C126、黑树村II、宽坝梁II、赵家堡子III四个已知控制点，其中C126为GNSS的C级网点，赵家堡子III为国家三等三角网点，其余为国家二等三角控制点。D级点包括过渡D级点总共为13个，E级点16个。控制网包括1个D级控制网，E级网共组网4个。

西和县成果包含C127、大梁上II、伟儿沟III、塔子山II、解盖山II、堡子山III、大山咀II等七个已知控制点，其中C127为GNSS的C级网点，伟儿沟III为国家三等三角网点，其余为国家二等点。D级点包括过渡D级点总共为13个，E级点60个。控制网包括一个D级控制网，E级网共组网7个。

成县成果包含C112、马鞍山II、北岩山II、黑家沟III四个已知控制点，其中C112为GNSS的C级网点，黑家沟III为国家三等三角网点，其余为国家二等三角控制点。D级点包括过渡D级点总共为15个，E级点53个，厂坝铅锌矿区原有点复测4个。控制网包括1个D级控制网，E级网共组网5个。

徽县成果包含39个点的WGS-84坐标、1980西安坐标和1954北京坐标。其中D级点18个(例: LND126)，过渡D级点3个(例: LNGD260)，E级点28个(例: LNE075)，国家等级三角点4个(例: 大山II)，鉴于实际情况个别控制点徽县和成县共用。徽县控制网包括2个D级控制网，E级网共组网7个。

康县成果表包含43个点的WGS-84坐标、1980西安坐标和1954北京坐标。其中D级点15个(例: LND310)，过渡D级点7个(例: LNGD311)，E级点16个(例: LNE125)，国家等级三角点4个(例: 大尖山II)，国家C级GNSS点1个(C117)。

两当县成果包含45个点的WGS-84坐标、1980西安坐标和1954北京坐标。其中D级点15个(例: LND270)，过渡D级点7个(例: LNGD274)，E级点19个(例: LNE100)，国家等级三角点3个(例: 李家山II)，国家B级GNSS点1个(DS30)。

外业方面，鉴于陇南地区的特殊情况，山大林密沟深，交通食宿很不方便，外业调配管理和选点很重要，尚若管理不善不仅延误工期也会带来很大的人力和财力浪费; 寻找国家三角点困难很大，出发前应尽可能的了解国家点的存在和使用情况，有的需要提前住在较近的村庄和乡镇，因为走路一般要好几个小时，带上手持GNSS、工具和向导避免劳而无获，对其他联测点造成影响，所以为保障已知点必要的数目，应找国家点数目应多于必要点做到有备无患; 由于路途遥远地点差异较大，通信又极为不便，所以尽可能地延长观测时间，确保必要的观测质量; 当天外业结束后应及时检查点之记和观测手簿是否准确和完善，及时下载检查数据是否符合要求，如有特殊情况及时做好复测和安排好下一天的外业工作。

6.GNSS控制测量内业解算

(1)GNSS内业计算成果(以康县为例)

康县D级、E级GNSS测量控制点成果，分为无约束平差、1980西安坐标系下约束平差和1954北京坐标系下约束平差三个部分。其中无约束平差在WGS-84坐标系下采用三维自由网(单点约束)平差，成果为大地纬度、大地经度和大地高。约束平差在1980西安坐标系三度带下采用二维约束平差，投影基准为75国际椭球。正常高由甘肃省测绘工程院地理信息分院根据甘肃有色地勘局天水地质总队提供的WGS-84坐标和大地高精化计算得到，采用的软件为“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”(未联测国家GNSS点部分的高程由三维约束平差得到)。各级GNSS控制网点的选点、解算及精度均符合相关规范要求，相关解算精度具体指标参阅平差报告。D级网采用加拿大Smart3100IS接收机的随机软件Spectrum survey处理，E级网采用Trimble Geomatic Office处理。

为核查方便我们对控制网点全部解算了北京54和西安80两套平面坐标。

(2)数据解算、数据精度与检核

基线解算采用经过生产检验的随机商用软件进行(如Spectrum survey、TGO软件和南方GNSS解算软件等)，按D、E两级GNSS控制网分别解算，解算的流程如图6.1所示。

图6.1 GNSS控制网解算流程

D级网解算以国家高等级三角点和C级GNSS控制点作为起算数据，E级网解算以D级点做首级控制有条件的亦可采用已知国家点作为起算数据。

三维无约束平差(我们采用单点约束)是在WGS-84坐标系统中进行的平差，其主要的目的是处理由于多余观测误差而引起的网内不符值，以反映GNSS网的内部符合精度，根据平差报告的显示，参考因子通过检验，自由度适中，静态基线边长的中误差和相对误差在限差范围内，相关参数满足有关规范和设计书的要求。

在三维无约束平差确定的有效观测量的基础上，在1980西安坐标系下进行三维约束平差。以约束点的已知80坐标作为强制约束的固定值。相关参数亦满足GNSS控制测量中D、E级规范要求。需要说明的是，在约束平差中，原则上采用二维约束平差即可，因为点的高程可以通过大地高拟合得到，但是为了提高网平差质量和得到高程的参照数据，仍然进行了三维平差。

在D级网自由网约束平差中，采用已有控制点的WGS84坐标进行单点定位，E级网自由平差中，利用平差后D级点或者已知点的WGS84坐标进行单点定位。解算基线时按照以下参数进行: 用广播星历进行解算; 电离层改正采用标准模型; 对流层改正采用标准模型; 采用WGS84坐标系; 采用“码和相位”进行解算。对于处理后仍然不合适的基线，不影响点位精度质量的前提下可剔除，重要基线不合适的必须返工重测。

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，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;

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西安坐标系下的三维约束平差计算，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。

E级网相对误差远小于规范规定的1/50000，比例误差系数小于16ppm，相邻点最小距离大于150m，相邻点最大距离不超过10km，相邻点平均距离最大不超过5.0km，相邻点平均距离大于300m，大于规范要求的200m，点位中误差小于3cm; D级网相对误差远小于规范规定的1/80000，比例误差系数小于10ppm，相邻点最小距离大于2km，相邻点最大距离不超过15km，相邻点平均距离最大不超过10km，相邻点平均距离大于6km。

控制网高程平差计算解算采用“2006甘肃省似大地水准面格网数字模型”，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。对于远离“2006甘肃省似大地水准面精化研究”项目GNSS点，使用国家三角点的85高程用GNSS拟合法获得高程。高程拟合由甘肃省测绘工程院地理信息中心完成，具体参见成果资料。

同时，为保证成果的正确性、可靠性，针对本项目对控制测量成果质量实行了自检措施，即作业组自检、作业组互检和作业单位质量管理部门检查，作业过程中严格执行作业有关规定，发现问题，及时制定对策，以保证各项产品精度符合规范、规程、技术设计书和相关规定精度指标，保证各项成果准确无误。自检内容包括:

①仪器设备经检验合格才进入现场;

②坐标系统的选择是否符合要求;

③控制网点布设是否合理，埋石数量与质量是否符合要求;

④起算数据是否正确、可靠;

⑤施测方法是否正确，各项误差有无超限;

⑥各种观测记录手簿记录数据是否齐全、规范;

⑦成果精度是否符合规定;

⑧资料是否齐全。

对于各个县区，我们抽取了部分点位采用电磁波测距三角高程测量的方法进行了检核，检核部分成果见表6.8。

使用随机软件解算数据首先确保仪器高、点号和项目属性输入和设置的正确性，在基线结算时，正确合理的取舍基线很重要，直接影响平差质量，确保每个点的独立基线不少于3，过长过短的基线一般不采用，尽量多的已知点参与网平差计算; 有条件的情况下，如果参与平差的点过多可以拆分为两个网进行平差以提高网型质量。

根据实际情况，我们采用多基准站式的布网方式，同时按照边连式进行同步推进。

表6.8 陇南矿业权核查控制点全站仪检核(部分)资料