大地测量课程设计.doc

中国矿业大学
China University of Mining and Technology
《应用大地测量学》课程设计
姓 名: pp
班 级: 测绘13级
学 号:
指导教师:
中国矿业大学环境与测绘学院
2024/4/18 周四
大地测量学课程设计目录
———卫星遥感影像图控制网设计书
一、卫星遥感影像图控制网设计任务书—————————————3
二、测区概况简述——————————————————————3
三、已有资料得分析利用——————————————3
四、坐标系统得选择及处理方法得论证、起始数据得配置与处理——5
五、平面控制网布设方案———————————————————5
六、水准高程控制网布设方案—————————————————10
七、技术依据及作业方法———————————————————12
八、工作量综合计算及工作进程计划表—————————————17
九、装备、仪器、器材及经费预算———————————————17
十、上交资料清单——————————————————————18
附:matlab精度评定代码———————————————————19
一、任务书
对选定得一幅卫星遥感影像图,面积约100200平方千米,标定一直控制点,设计测绘地形图(1:5000)工程所需控制点,按课程设计大纲进行控制网设计。
二、测区概况简述
1.地理概况
本测区中心位置为东经117°,北纬34°。测区地面高程为+30～+200m,大部分地区为平原地势较为平坦,小部分地区为丘陵湖泊,有一定得高低起伏。
2.交通情况
测区位于城镇地区,道路较多且四通八达,交通非常方便。
3、气候情况
测区地区气候温与,雨量适中,具有寒暑变化显着、四季分明得特征,日照时数以夏季最多,冬季最少,由于受季风气候影响,降水充沛,年降水量7241210毫米,宜于野外作业时间为3～11月份,年平均作业时间利用率为21天/月。
4.居民及居民点
测区内为城镇居民点,人口较多交通发达,建筑密集,测量作业所需人力、物力、财料及食宿均可就地解决。
三、 已有资料得分析利用
1.三角网与高程网成果及其精度
测区内及附近有国家D级GPS网点三个:D026,D027 ,D032,施测时间不详,作业所依据得规范为《工程测量规范,GB500262007》,三点标石保存完好。坐标系统为1980年西安坐标系,三度分带,中央经线为东经117°,1985年国家高程基准。
2、已知点高斯平面坐标与水准高程如下表示:
点名
X/m
Y/m
H/m
备注
D026

182、514
1980年西安坐标系
高斯投影L0=117°
1985国家高程基准
D027

39、364
D032

143、858
3、卫星遥感影像图资料:

4、成果得分析利用:
收集测区原有资料,了解作业单位、作业时间、执行规范、平差方法等。注意要点:起算边长得选择问题、起算方位角得选择问题、考查原有控制点点位得可靠性、针对本次控制网服务得目得作出原有成果得利用方案、测区内有没有国家高级点可以利用。
四、坐标系统得选择及处理方法得论证、起始数据得配置与 处理
坐标系统选择国家统一坐标系统:根据已有资料得分析,经过坐标转换,原工程区域位于高斯投影三度分带,中央子午线为117°,高程为1985年国家高程基准,所以选择国家统一坐标系统。
,
经过计算可得:=10757m,=110m;
故长度综合变形=1/63000<1/40000、 所以直接采用3度带国家高斯投影。
五、 平面控制网布设方案:
l 控制网得设计
1、E级GPS控制网得设计:
(1)首级控制网得等级与要求精度及测区面积有关,根据已知点确定比例尺,估算面积,确定首级控制网等级与点数,S为平均边长,Q为单个点所控制得面积:
(2)考虑到工程地区大都采用GPS网作为首级控制网,结合本次任务测区内际情况,选择平均边长为2、5km。按E级GPS网得主要技术要求布设,在布设过程中,需要注意得就是,最长边与最短边得差距不可过大,以免产生较大得误差,另外虽然GPS测量时不要求相邻点之间通视,布网方式也非常灵活,但考虑到加密导线测量得需要,每个GPS点应与相邻得1～2个点通视。
(3)对测区得地形地貌有了一定得了解后,选择合适得GPS控制点,E级GPS网点共选取12个点(1～12),D级GPS网点共三个(D026,D027,D032)为已知点,GPS接收机用4台,分为8个异步环来进行观测,网型布置如下:

基线中误差就是按照计算。(a=10mm b=20ppm),估算最弱点得精度。
（4） 采用arcmap软件可以将控制点各个未知点得高斯平面近似坐标,以及大地坐标得近似值得出:
编号
X/m
Y/m
B/°
L/°
1
3789007、06
515903、926
34、228357
117、172612
2
3790003、054
523933、023
34、237182
117、259782
3
3783507、111
519835、4
34、178708
117、215155
1
3790663、694
518226、292
34、242967
117、198196
2
3790266、819
521290、173
34、239617
117、231102
3
3788917、441
519543、919
34、227487
117、212116
4
3788203、065
522179、174
34、220994
117、240699
5
3787615、688
517654、79
34、215786
117、191586
6
3787075、937
524004、803
34、210793
117、26048
7
3786567、936
515337、036
34、206377
117、166416
8
3786409、186
519702、669
34、204872
117、213782
9
3784916、933
517432、54
34、19146
117、18912
10
3785583、684
522337、925
34、197377
117、242354
11
3784774、058
524496、929
34、19003
117、265755
12
3783567、555
522576、05
34、179197
117、244885
各基线得边长:
编号
SHAPE_Length
11
2842、508865
13
2137、241563
35
2299、414899
15
2293、443522
17
2526、952901
79
2727、596592
59
2709、240569
58
2341、446081
38
2888、745519
39
2743、104564
23
2197、187006
34
2719、268359
410
2606、600924
38
2528、170507
810
2726、487586
22
2622、841548
24
2513、546864
26
2944、296665
610
2250、56225
1012
2065、585062
312
2756、054704
611
2335、08716
1112
2272、071463
2、一级加密导线网得设计:
(1)加密控制点设计为一级导线,取E级GPS控制点为已知点进行附与导线设计,导线得平均边长为500m左右,观测方法采用全站仪按照规范要求测角,测边,估算最弱点中误差,以5cm为限,网型如下图所示:

(2)采用arcmap软件可以加密导线各个未知点得高斯平面近似坐标,以及大地坐标得近似值得出:
编号
X/m
Y/m
B/°
L/°
A1
3790389、559
518692、952
34、240774
117、202912
A2
3790459、409
519156、503
34、241395
117、207945
A3
3790287、959
519588、304
34、239841
117、212629
A4
3790351、459
520096、305
34、240404
117、218144
A5
3790186、359
520502、706
34、238908
117、222552
A6
3790319、709
520864、657
34、240103
117、226484
l 控制网得精度估算
1. E级GPS控制网得精度估算:
利用matlab精度评定后三维空间直角坐标点位精度:最弱边得相对中误差按下公式计算
最弱=0、06mm<5cm

各基线得相对精度(三维)

三维站心直角坐标点位精度

2. 一级加密导线网得精度估算:
按照我国《工程测量规范》得规定,一级导线控制网测角中误差为4″,测距中误差为10mm,测距相对中误差为1/70000,每千米中误差为10㎜。选取单位权=4″。运用MATLAB软件编程进行精度估算,下表为精度估算得结果:
B矩阵

Qxx矩阵

最弱点得点位误差:=4、22cm<5cm,符合工程控制网规范要求,加密控制网设计合理。
六、 水准高程控制网布设方案:
l 水准高程控制网得设计
测区内有三个已知高程点D026,D027与D032(1985国家高程基准),按照工程控制测量规范要求,设计布设了一个四等闭合水准路线,通过arcmap软件画图测量相邻水准点间得得距离,共有12加密水准点与三个已知水准点,平均1～2km一个水准点。布设时需要注意得就是,考虑到具体测量操作时会遇到得问题,水准路线最好沿道路两侧布设,设计水准路线如下图:
、

l 水准高程控制网得精度估算
按四等水准测量要求规范,选取每千米差中误差10mm为单位权中误差,根据matlab软件计算,系数矩阵B如下,

各个点得高程得协因素阵QXX为:

最弱点Q=2、0369,=1、4cm,估算最弱点高程中误差<=2cm,满足精度估算要求,因此设计较为合理。
七、 技术依据及作业方法
Ø 现行测量规范
(1)全球定位系统(GPS)测量规范,GB/T 183142009。
(2)全球定位系统城市测量技术规程,CJJ7397。
(3)工程测量规范,GB500262007。
(4)城市测量规范,CJJ899。
(5)国家一、二等水准 测量规范,GB1289791。
(6)国家三、四等水准 测量规范。GB1289891
(7)《1:500 1:1 000 1:2 000地形图图式》GB/T20257、12007;
标石图

Ø 仪器得选择及检验项目要求
所用仪器:GPS单频接收机,DS3水准仪,全站仪
检验项目要求:
v 水准仪得光学测微器效用正确性得检验与分划值得确定
v 视准轴与水准轴相互关系得检验
v 水准尺检验:水准尺分划面弯曲差得检验
v 水准标尺每千米分划间隔真长得测定
v 一对水准标尺零点差及基,辅分划读数差常数得测定
Ø 观测方法及各项限差
GPS网观测方法:
1)观测组应严格按调度表规定得时间进行作业,以保证同步观测同一卫星组。当情况有变化需修改调度计划时,应经作业队负责人同意,观测组不得擅自更改计划。
2)接收机电源电缆与天线应连接无误,接收机预置状态应正确,然后方可启动接收机进行观测。
3)各观测时段得前后各量取天线高一次,两次量高之差不大于3mm。取平均值作为最后天线高,记录在手簿。若互差超限,应查明原因,提出处理意见记入手簿备注栏中。
4)接收机开始记录数据后,作业人员可使用专用功能键选择菜单,查瞧测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果及存贮介质记录情况等。
5)仪器工作正常后,作业员及时逐项填写测量手簿中各项内容。
6)一个时段观测过程中不得进行以下操作:关闭接收机以重新启动;进行自测试(发现故障除外);改变卫星截止高度角;改变数据采样间隔;改变天线位置;按动关闭文件与删除文件等功能。
7)观测员在作业期间不得擅自离开测站,并防止仪器受震动与被移动,防止人与其它物体靠近天线,遮挡卫星信号。
8)接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机与手机等通讯设备;雷雨过境时应关机停测,并卸下天线以防雷击。
9)观测中应保证接收机工作正常,数据记录正确,每日观测结束后,应及时将数据下载到计算机硬、软盘上,确保观测数据不丢失。
GPS网得主要技术要求:
级　别
平均距离(km)
a(mm)
b(1×106)
最弱边相对中误差
E级
2～10
≤10
≤20
1/40000
导线网观测方法:
1） 利用全站仪,用测回法观测水平角并及时进行上下半测回得检验
2） 导线边进行距离测量,读出距离读数
3） 利用水平角及导线边长度,并通过平差出计算控制点坐标
导线网技术要求:
导线施测采用三联脚架全园观测法施测,水平角观测得技术要求按《工程测量规范 GB 5002693》2、3、1~2、3、10执行。
等级
仪器等级
测回数
左+右360之差/’’
上下半测回之差/’’
测角中误差/’’
方位角闭合差/’’
一级
I级
2
≤±10
≤±10
≤±5
≤±10
导线平均长度/km
测距中误差/mm
相对误差
导线全长闭合差
0、5
≤±15
≤1/30000
≤1/14 000
Ø 概算内容与平差方法
v GPS控制网得概算:
数据处理及基线解算,观测结果得外业得检核。
v 导线测量概算得主要内容:
作业测量观测数据得检查,将观测值划算到标石中心,将观测值划算到椭球面上与高斯投影平面上。
v 水准测量得概算得主要内容:
观测高差各项改正数(包括水准标尺每千米长度改正数,水准面不平行改正数)得计算与水准点概略高程表得编制。
v 导线控制网,水准网采用间接平差方法,GPS控制网用GPS基线向量网三维 无约束平差,包括观测方程,误差方程得列立,改正数,平差值得求解。
Ø 提供成果资料
地形图、控制网设计图、控制点标石图、平面与高程控制网网形图以及各网型得精度估算成果。
八、 工作量综合计算及工作进程计划表
外业计算:
导线网观测以及水准网观测时,要及时得检核观测角,距离等观测成果,做到步步检核
内业计算:
概算与平差
工作进程计划表:
时间
任务
备注
1天
踏勘找点(已知点)
查瞧标石情况
7天
选位与造标埋石
GPS点、水准点、导线点
需待标石凝固符合要求后方可观测,导线点需要通视
1天
GPS网观测
每时段观测时间不少于45分钟
1天
GPS网数据解算及结果精度分析
确保精度达标
4天
水准仪检校
水准网施测
水准路线需要往返观测
3天
水准网高程计算与GPS网高程拟合
确保精度达标
3天
全站仪检校,导线网施测
及时计算发现改正错误
1天
导线网计算及错误测站复测
确保精度
1天
GPS网、水准网、导线网全面检查

2天
整理资料及结果、上交图纸
查瞧标石情况
1天
单位检验验收

5天
机动

九、装备、仪器、器材及经费预算
装备:运送人员车辆一辆、运送材料卡车一辆;
仪器:选择4台GPS单频接收机(配带脚架、卷尺),2台D3水准仪(配带脚架、标尺、尺垫)、全站仪一台(配带脚架、棱镜、气温气压计、卷尺);
器材:草帽、对讲机、标石、混凝土、重力计等
经费预算:
人员
工程师／人•月*1人
技术员／人•月*1人
测工／人•月*3人
临时工／人•月*2人
工资
3000元
2000元
1200元
500元
单频接收机每台15000元*4台+全站仪每台20000元*1台+DS3水准仪每台2000元*1+标石每座100元*30座+生活补贴费每人/每天50元*30天*7人+交通住宿费每人/每天100元*30天*7人+总工资=123200元
十、上交资料清单
⑴控制测量技术设计书;
⑵外业观测原始资料;
⑶内业计算成果表及控制网图
附录:
GPS网精度估算Matlab代码:
%基线向量拓扑关系 第一列为基线起点 第二列为终点 终点起点
%V=B*XL
%C*X=Z
load data、mat %data、mat中含有四个矩阵分别存有控制点大地坐标BLH,基线向量拓扑关系index,基线长度s,设置表setTab
m=setTab(1,1);%基线个数
n1=setTab(1,2);%测点未知点数
n2=setTab(1,3); %测点已知点数
aa=setTab(1,4); %固定误差 单位 mm
b=setTab(1,5); %比例误差 单位 ppm
%高斯投影坐标转化为站心直角坐标(BLH>XYZ)
%西安80坐标系参数
a=6378137;
f=1/298、257222101
ee=2*ff^2;
N=a、/sqrt(1ee*sind(BLH(:,1))、^2);
XYZ(:,1)=(N+BLH(:,3))、*cosd(BLH(:,1))、*cosd(BLH(:,2));
XYZ(:,2)=(N+BLH(:,3))、*cosd(BLH(:,1))、*sind(BLH(:,2));
XYZ(:,3)=(N*(1ee)+BLH(:,3))、*sind(BLH(:,1));
%计算各基线三维坐标三维分量
dX=zeros(3*m,1);
for i=1:m
j=index(i,1);%第i条基线得起点编号
k=index(i,2);%第i条基线得终点编号
if j<0 %将起点编号转化到XYZ矩阵对应位置
j=j+n2+1;
else
j=j+n2;
end
if k<0 %将终点编号转化到XYZ矩阵对应位置
k=k+n2+1;
else
k=k+n2;
end
temp=(XYZ(k,:)XYZ(j,:))';
dX(3*(i1)+1:3*i,1)=abs(temp);
dS(i)=norm(temp);
end
%函数模型设计矩阵
B=zeros(m*3,n1*3);
for i=1:m
j=index(i,1);
k=index(i,2);
if j>0
B(3*(i1)+1:3*i,3*(j1)+1:3*j)=eye(3);
end
if k>0
B(3*(i1)+1:3*i,3*(k1)+1:3*k)=eye(3);
end
end
% 随机模型协方差阵
%三维空间直角坐标点位精度
D=zeros(m*3);
for i=1:m
temp=sqrt( aa^2+(b*dX(3*(i1)+1:3*i,1)/1000)、^2 ); %单位 mm
D(3*(i1)+1:3*i,3*(i1)+1:3*i)=diag( (temp/1000)、^2 );
end
P=inv(D);
Dx=inv(B'*P*B);
%各基线得相对精度(三维)
for i=1:m
DS(i)=0;
if index(i,1)>0
DS(i)=sum( diag( Dx(3*(index(i,1)1)+1:3*index(i,1),3*(index(i,1)1)+1:3*index(i,1)) ) );
end
if index(i,2)>0
DS(i)=DS(i)+sum( diag( Dx(3*(index(i,2)1)+1:3*index(i,2),3*(index(i,2)1)+1:3*index(i,2)) ) );
end
relS(i,1)=sqrt(DS(i))/dS(1,i);
end
%三维站心直角坐标点位精度
B=34、21601325; %站心纬度 所有点平均纬度
L=117、1381948; %站心经度 所有点平均经度
R=[sind(B)*cosd(L) sind(B)*cosd(L) cosd(B)
sind(L) cosd(L) 0
cosd(L)*cosd(L) cosd(B)*sind(L) sind(B)];
Dy=zeros(3*n1);
for i=1:n1
Dy(3*(i1)+1:3*i,3*(i1)+1:3*i)=R*Dx(3*(i1)+1:3*i,3*(i1)+1:3*i)*R';
end
导线网精度估算代码:
load data、mat %data、mat包含以下几个数据表:index_line:(观测边得拓扑关系)index_line(i,1)为起点,index_line(i,2)为终点;% index_angle:(观测角得拓扑关系)index_angle(i,1)为测站,index_angle(i,2)为后视,index_angle(i,3)为前视% P:权阵% ptNum:(点数)ptNum(1,1)为未知点数,ptNum(1,2)为已知点数% setTab:(设置表)setTab(1,1)为观测角数,setTab(i,2)为观测边数,setTab(i,3)为测边固定误差,setTab(i,4)为测角误差,setTab(i,5)为测边比例误差% XYJS:(XY坐标近似值)未知点坐标在前,已知点坐标在后
num=setTab(1,1)+setTab(1,2);
k=ptNum(1,2);
B=zeros(num,k*2); % 给误差方程系数阵得元素赋0,行数就是观测值个数,列数就是未知数个数得2倍、
% 由观测角列立误差方程系数
ro=2062、65;
for i=1:setTab(1,1)
j=index_angle(i,1);k=index_angle(i,2);h=index_angle(i,3); %取出观测角要素
if j<=0
j=ptNum(1,2)+abs(j);%将测站编号转化为正值
end
if k<=0
k=ptNum(1,2)+abs(k);%将后视编号转化为正值
end
if h<=0
h=ptNum(1,2)+abs(h);%将前视编号转化为正值
end
%计算坐标增量
dxjk=XYJS(k,1)XYJS(j,1);
dyjk=XYJS(k,2)XYJS(j,2);
dxjh=XYJS(h,1)XYJS(j,1);
dyjh=XYJS(h,2)XYJS(j,2);
sjk=dxjk*dxjk+dyjk*dyjk;
sjh=dxjh*dxjh+dyjh*dyjh;
if j>ptNum(1,2) & k>ptNum(1,2)
%测站与后视均为已知点,无需操作
end
if j>ptNum(1,2) & k<=ptNum(1,2) %测站未知点,后视已知点
B(i,k*21)=ro*dyjk/sjk;
B(i,k*2)=ro*dxjk/sjk;
end
if k>ptNum(1,2) & j<=ptNum(1,2) %测站已知点,后视未知点
B(i,j*21)=ro*dyjk/sjk;
B(i,j*2)=ro*dxjk/sjk;
end
if k<=ptNum(1,2) & j<=ptNum(1,2) %测站与后视均为未知点
B(i,j*21)=ro*dyjk/sjk;
B(i,j*2)=ro*dxjk/sjk;
B(i,k*21)=ro*dyjk/sjk;
B(i,k*2)=ro*dxjk/sjk;
end
if j>ptNum(1,2) & h>ptNum(1,2)
%测站与前视均为已知点,无需操作
end
if j>ptNum(1,2) & h<=ptNum(1,2) %测站为已知点,前视为未知点
B(i,h*21)=ro*dyjh/sjh;
B(i,h*2)=ro*dxjh/sjh;
end
if j<=ptNum(1,2) & h>ptNum(1,2) %测站为未知点,前视为已知点
B(i,j*21)=B(i,j*21)ro*dyjh/sjh;
B(i,j*2)=B(i,j*2)+ro*dxjh/sjh;
end
if j<=ptNum(1,2) & h<=ptNum(1,2) %测站与前视均为未知点
B(i,j*21)=B(i,j*21)ro*dyjh/sjh;
B(i,j*2)=B(i,j*2)+ro*dxjh/sjh;
B(i,h*21)=ro*dyjh/sjh;
B(i,h*2)=ro*dxjh/sjh;
end
end
% 由观测边列立误差方程系数
for i=1:setTab(1,2)
j=index_line(i,1);k=index_line(i,2); %取出观测边要素
if j<0
j=ptNum(1,2)+abs(j);%将起点编号转化为正值
end
if k<0
k=ptNum(1,2)+abs(k);%将终点编号转化为正值
end
dxjk=XYJS(k,1)XYJS(j,1);
dyjk=XYJS(k,2)XYJS(j,2);%计算坐标增量
sjk(i)=sqrt(dxjk*dxjk+dyjk*dyjk);%计算近似边长
if j>ptNum(1,2) & k>ptNum(1,2)
%此边为已知边,无需操作
end
if j>ptNum(1,2) & k<=ptNum(1,2)
B(i+setTab(1,1),k*21)=dxjk/sjk(i);
B(i+setTab(1,1),k*2)=dyjk/sjk(i);
end
if k>ptNum(1,2) & j<=ptNum(1,2)
B(i+setTab(1,1),j*21)=dxjk/sjk(i);
B(i+setTab(1,1),j*2)=dyjk/sjk(i);
end
if k<=ptNum(1,2) & j<=ptNum(1,2)
B(i+setTab(1,1),j*21)=dxjk/sjk(i);
B(i+setTab(1,1),j*2)=dyjk/sjk(i);
B(i+setTab(1,1),k*21)=dxjk/sjk(i);
B(i+setTab(1,1),k*2)=dyjk/sjk(i);
end
i=i+1;
end
%建立权阵
for i=1:num
if i<=setTab(1,1) %观测角得权
P(i,i)=1;
else %观测边得权
P(i,i)=setTab(1,4)^2/((setTab(1,3)+setTab(1,5)*sjk(isetTab(1,1))/1000)/10)^2;
end
end
QXX=zeros(ptNum(1,2)*2,ptNum(1,2)*2);
BTPB=zeros(ptNum(1,2)*2,ptNum(1,2)*2);
BTPB=B'*P*B;
QXX=inv(BTPB);
for i=1:ptNum(1,2)
M(i)=sqrt(QXX(2*i1,2*i1)+QXX(2*i,2*i));%未知点点位中误差
plot(i,M(i),'、'), hold on, plot(M,'r');
end
水准网精度估算:
load data、mat
%data、mat包含三个数据表:
%index:第i条边得起点index(i,1)与终点index(i,2)
%s:第i条水准路线得长度单位:m
%setTab:设置表,其中setTab(1,1)为水准路线数目,setTab(1,2)为未知水准点数,setTab(1,3)为观测高差中误差,单位mm/km
for i=1:setTab(1,1)
j=index(i,1);k=index(i,2);
if j>0
B(i,j)=1;
end
if k>0
B(i,k)=1;
end
end
%设1km路线长高差得权为单位权,即P0=1
for i=1:setTab(1,1)
P(i,i)=1/s(i)*1000;
end
BTPB=B'*P*B; %法方程系数矩阵
QXX=inv(BTPB);
M0=setTab(1,3);
for i=1:setTab(1,2)
M(i,1)=sqrt(QXX(i,i))*M0;%M0:观测中误差,M(i):第i个位置点得高差中误差
end