灯湖矿区控制网设计

灯湖矿区控制网设计一、工程控制网设计任务书灯湖矿区控制网设计任务通知书XX测绘队：灯湖矿区位于XX省XX煤田东北域。本矿区已列入国家经济建设计划，准备进行重点开发。根据建设计划，首先需施测80平方公里的1：2000地形图。图一为该矿区1：50000地形图，其中虚线范围为1：2000测图区。为了加快建井速度，需在竖井间进行对向掘进，最大贯通距离为3km，矿井最大单翼长度5km，井深一般不超过800m。为满足矿山设计、建井、生产三阶段测绘各种比例尺地形图、井巷贯通以及工业场地施工测量的需要，应在全矿区建立统一的具有足够精度密度的平面控制网与高程控制网。要求你队在任务通知书下达后一周内完成控制网技术设计，一月内完成建网任务。XX省煤炭管理局年月日二、测区自然地理条件及已有测绘成果资料（一）自然地理条件1．地理概况本测区中心位置为东经117°13′，北纬34°12′。测区地面高程为+30~+244m。位于XX省XX县境内，属于华东丘陵地带，南部及中部为山地。其上林木繁茂，不利通视，其余为平原，密布村庄和厂矿，建筑群遍地，影响观测。灯湖位于测区东部，湖面开阔，中有大堤。2．交通情况测区内有铁路支线通过，公路四通八达，村间大道可行汽车，交通方便。3．气候情况测区地处华东近海地区，气候宜人。全年平均降雨量为1040mm，雨量集中于6、7、8三个月份。全年平均气温+15℃，夏季气温较高，一般为30℃左右，冬季有雪，但不寒冷，最低温度为-5℃，冻土线深度为0.1m。全年平均风力为2~3级，夏季略受台风影响。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地少人多，人口稠密，多为汉族，少数为回族。测量作业所需人力、物力、财料及食宿均可就地解决。（二）已有测绘成果资料1．三角网成果及其精度测区内及附近有国家二等网点三个：玉山、太山、广具山。系1959年由XX测绘队施测，作业所依据的规范为《一、二、三、四等三角测量细则》（1958年）。三点标石保存完好。坐标系统为1954年北京坐标系，三度分带，中央子午线为117°。2．高程网成果及其精度国家Ⅱ等水准路线由西向东横穿测区北部。根据二等水准路线图，本测区内及附近应有三个二等水准点，依点之记只找到其中两个：Ⅱ-2，Ⅱ-4，标石保存完好。该二等水准路线系国家测绘队于1979年施测。施测精度及埋石质量均符合规范要求。高程为1956年黄海高程系统。3．地形图资料1984年XX航测队航测本地区1：50000地形图，成图质量良好，可供技术设计图上选点之用。二等三角点、水准点坐标和高程：点名等级x（m）y（m）H（m）玉山二379340020506000195.4广具山二379072520515900135.0太山二378680020510250244.0Ⅱ-4二35.000Ⅱ-2二46.000三、测区已有地形图（四）坐标系统的选择及处理方法的论证、起始数据的配置和处理工程平面控制网的坐标系统以与国家大地网的坐标系统取得一致为最理想，此时，工程控制网便能够成为国家大地网的组成部分。但是要使工程控制网完全采用国家统一坐标系统，必须具备下列条件之一：(1)工程区域位于高斯投影3°带中央子午线附近，同时测区平均高程面接近平均海水面；(2)虽然不能符合上述条件，但根据测区的y坐标和高程H计算的相对长度综合变形小于1/40000。事实上很多工矿测区不能满足上列条件之一。此时应该结合测区已有国家高级点的数目、位置、精度等情况作下列选择：1.如果测区内国家大地控制点的精度符合现行规范对起算数据的精度要求，且具有必要的或多余的(四个或四个以上)起算数据时，可以选择测区局部坐标系统(或称测区独立坐标系统)，选择方案可为：(1)选择抵偿高程面作为投影面，按高斯正形投影3°带计算平面直角坐标；(2)保持国家统一的椭球面作投影面，选择抵偿投影带，按高斯正形投影计算平面直角坐标；(3)选择测区平均高程面作为投影面，通过测区中心的子午线作为中央子午线，按高斯正形投影计算平面直角坐标。2.测区内虽有多个(两个及两个以上)国家大地控制点，但其精度不详或低于现行规范对起算数据的精度要求。此时可选择其中一个标石完好，位置适中的国家点作原点，利用其坐标(x,y)和一条边的坐标方位角T作为起算数据，另外重新测定一条或一条以上的起算边长，将测距结果化算至测区平均高程面。按这种方法建立的坐标系统虽属矿区局部坐标系统，但其原点的坐标和方位角仍保持了国家统一坐标系统。这种方法已为许多工矿区和城市所采用，它是弥补国家高级网某些缺陷的好方法。该矿区坐标系统选择过程：Ym=(y1+y2)/2;Hm=(H1+H2)/2经过计算可得：Ym=-11.5km；Hm=137m所以：=(0.00123*(-11.406)^2-15.7*137)/100000=1/503461/40000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1）首级GPS网（E级）设计：首级控制网的等级与要求精度及测区面积有关。一个点能够控制多大的面积，或者某一面积范围内应有多少个点，这是点的密度问题。在《城市测量规范》和《工程测量规范》中已有各等级的边长系列，实际上已明确了点的密度。考虑到工程地区大都采用GPS网作为首级控制网，且GPS网大多布设成类似三角网的形式，。结合本次任务测区内实际情况，选择平均边长为2.5km。按四等GPS网的主要技术要求布设，在布设过程中，也应注意一点：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的需要，每个GPS点应与相邻的1~2个点通视。综合考虑以上各种因素，测区面积约为75平方千米，每个控制点控制的面积约为5.6平方千米(按公式S=0.87D2粗略计算)，所以在测区内布设E级GPS控制点11个，与3个已知点组成由14个点构成的GPS平面控制网。设计草图见下页：1，设计简要说明：四台GPS同时观测，共8个时段，可获独立基线24条，具体可见下页图。2，精度评定结果：运用matlab软件编程估算其精度，具体代码见matlab7.0程序附件gps2.m，下表（一）是各控制点点位精度和误差椭圆参数。（A表示椭圆方向角，E,F分别表示极大值和极小值误差，Mx,My分别表示X方向和Y方向的误差，M表示点位误差）；表（二）是相对点位精度和误差椭圆参数。（T表示椭圆方向角，E,F分别表示极大值和极小值误差，s是基线长，Ms表示基线误差，Ms/S表示相对边长误差，单位为万分之一）协因素阵：由精度估算公式：2Yi2XiiYiYiYiXiXiiMMMQmMQmM,,Xββ可得：点位中误差：表（一）点号A(dms)E(mm)F(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)相对点位中误差：表（二）基线号T(dms)E(mm)F(mm)S(km)Ms(mm)Ms/S(1/10000)-1----11-----22-----3-3----3-3----76-----75-----64-----5-1----41-----52-----62-----73-----7-3----98-----97-----86-----86-----114-----11-2----11-2----108-----109-----10-2----83，由表（一）可知最弱点中误差为E09号点，点位精度29.7mm(小于30mm),符合要求，相对点位精度最大方向误差值为24.6mm（9---10）,相对边长精度最大值为-3----7号基线(-3号点为广具山)，其相对精度为1/192382，均符合规范精度要求。2）一级加密网设计：根据一级导线的规范要求，结合测区实际情况，布设成共8个点（包括两个E级已知点E004,E011）的附合导线网，平均边长约为0.58km，网型布设情况见前面首级GPS网型设计草图。已知点和布设的E级GPS控制点的图上粗略量测坐标如下表：（1954年西安坐标系、中央子午线经度117度）序号点号转换后X坐标转换后Y坐标1-1(玉山)3793400205060002-2(E04)3790590205065903F013792880205063304F023792400205065605F033791910205064506F043791500205066707F05379100020506760精度评定结果：运用matlab软件编程估算其精度，具体计算过程及代码实现见matlab7.0程序附件daoxian2.m，下表（一）是各控制点点位精度和误差椭圆参数。（A表示椭圆方向角，E,F分别表示极大值和极小值误差，Mx,My分别表示X方向和Y方向的误差，M表示点位误差）；表（二）是相对点位精度和误差椭圆参数。（T表示椭圆方向角，E,F分别表示极大值和极小值误差，s是基线长，Ms表示基线误差，Ms/S表示相对边长误差，单位为万分之一）协因素阵：由精度估算公式：2Yi2XiiYiYiYiXiXiiMMMQmMQmM,,Xββ可得：点位中误差：表（一）点号A(dms)E(mm)F(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)相对点位中误差：表（二）(-1代表E011点位,-2代表E004点位)基线号T(dms)E(mm)F(mm)S(km)Ms(mm)Ms/S(1/10000)-1---11----22----33----44----5-2---5由表（一）可知最弱点中误差为F03号点，点位精度约为13.9mm(小于20mm),符合要求，相对点位精度最大方向误差值约为9.2mm（1---2）,相对边长精度最大值为-1---1（即玉山---F01）号基线，其相对精度为1/157673，均符合规范精度要求。(六)高程控制网设计：根据两个个已知的二等高程控制点II-2，II-4，根据工程实际要求，布设四等水准控制网。1，两个已知控制点，,水准高程具体如下表：点名H/m备注II-246.000高斯投影L0=117°1954国家高程基准II-435.0002，水准网型布设草图见下页：点位精度评定：1，根据布网，找出高程精度弱点和结点，用边长定权，估算出其点位高程精度，所依据依据公式：L△MMH2，编写程序计算，具体见附录matlab7.0程序附件shuizhun2.m，精度评定结果：协因素阵：由高差中误差公式iiQMMWH可得：点号点位精度3，由估算结果可知，最弱点为F19号点，点位精度约为19.1mm,小于限制误差20mm，符合规范精度要求。（七）技术依据及作业方法1.测量规范及技术规程（1）、全球定位系统（GPS）测量规范，GB/T18314-2001。（2）、全球定位系统城市测量技术规范，CJJ73-97。（3）、工程测量规范，GB12897-91。（4）、城市测量规范，CJJ8-99。(5)、国家三、四等水准测量规范，GB12898-91。(6)、1：500、1：1000、1：2000地形图图式，GB/T7929-1995。2.标石图（1）A.2.5四等导线/三角形网/GPS平面控制点标石埋设规格应符合图A.2.5规定。图A.2.5四等导线/三角形网/GPS平面控制点标石埋设图（单位：mm）注：1－土面；2－素土；3－冻土线；4－贫混凝土（2）A.2.6一、二级导线/五等GPS平面控制点标石埋设规格应符合图A.2.6规定。图A.2.6一、二级导线/五等GPS平面控制点标石埋设图（单位：mm）1－土面；2－素土；3－贫混凝土（3）A.3.3四等水准点标石埋设规格应符合图A.3.3的规定。图A.3.3四等水准点标石埋设图（单位：mm）1－地面；2－素土；3－冻土线；4－贫混凝土3，仪器的选择及检验项目要求（1）仪器：GPS单频接收机，全站仪，DS3水准仪（2）检验项目：水准仪的光学测微器效用正确性的检验和分划值的确定；（3）视准轴与水准轴相互关系的检验；（4）水准尺检验：水准尺分划面弯曲差的检验；（5）水准标尺每千米分划间隔真长的测定；（6）一对水准标尺零点差及基，辅分划读数差常数的测定；4.观测方法及各项限差（1