GPS测量与数据处理实习报告解析.docx
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GPS测量与数据处理实习报告解析.docx
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GPS测量与数据处理实习报告解析
GPS测量与数据处理
综合实习报告
姓名:
学号:
院系:
专业:
班级:
指导教师:
2011-1-12
一、实习概述························································3
1.1、实习时间以及观测天气··············································4
1.2、实习地点··························································4
1.3、实习工具··························································7
1.4、实习人员组成······················································7
1.5、实习内容··························································8
二、实习目的·······················································9
三、GPS静态观测实习步骤···········································10
3.1、静态观测主要步骤··················································10
3.1.1南方GPS设置···················································18
3.1.2数据转换·························································19
3.1.3静态观测························································25
3.1.4数据处理·························································25
3.1.5基线解算·························································27
3.2、南方 GPS操作步骤及注意事项···································28
3.3、静态GPS测量依据及要求···········································29
3.3.1测量依据·························································30
3.3.2作业要求·························································30
3.4GPS快速静态定位概述·············································31
四、精密单点定位数据处理·······································32
4.1.数据准备·························································32
4.2.数据处理·························································32
五、实习总结··························································37
一、实习概述
1GPS系统概述
GPS系统由空间部分、地而监控部分及用户端组成。
GPS的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成,它们均匀分布在6个相对于赤道的倾角为的近似圆形轨道上,每个轨道上有4颗卫星运行,它们距地面的平均高度为20200km;运行周期为12恒星时。
GPS卫星星座均匀覆盖着地球,可以保证地球上所有地点在任何时刻都能看到至少四颗GPS卫星。
GPS系统的地而监控部分由一个主控站,三个注入站和五个监测站组成。
其分布情况是:
主控站设在美国本土科罗拉多·斯平士(Colorado.Spings)的联合空间执行中心CSOC(即ConsdidatedSpaceOperationCenter);三个注入站分别设在大西洋的阿森松(Ascension),印度洋的狄哥、伽西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)二个美国空军基地上;五个监测站,除一个单独设在夏威夷外,其余四个都分设在主控站和注入站上。
GPS系统的用户接收部分的基本设备就是GPS信号接收机,其作用是接收、跟踪、变换和测量GPS卫星所发射的信号,以达到导航和定位的目的。
GPS系统的用户是非常隐蔽的,它是一种单程系统,用户只接收而不必发射信号,因此用户的数量也是不受限制的。
2GPS定位原理
利用GPS进行定位的基本原理,就是把卫星视为“飞行”的控制点,在己知其瞬时坐标(可根据卫星轨道参数计算)的条件下,以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)为观测量,进行空间距离后方交会,从而确定用户接收机天线所处的位置。
利用GPS进行定位有多种力一式,如果就用户接收机天线所处的状态而言,定位方式分为静态定位和动态定位。
若按参考点的不同位置,又可分为单点定位和相对定位。
③GPS技术在工程测量中的应用分析
五十年代国民经济恢复时期,我国工程测量仍处于传统的工程测量阶段,是一门为土木工程建设和工业设备安装等施工服务的测量工作,有“施工灵魂”之美称。
六十年代以来,特别是改革开放以来,随着我国经济建设和社会进步的飞速发展,以及科技进步的成就,为工程测量技术发展注入新的活力。
在这个时期赋予工程测量一个广泛的含义,它是一门研究各类工程建设在勘测设计、施工建设以及运行管理全过程、全方位的测量工作的科学技术,同时也是研究资源勘察和区域规划中的测绘工作的科学技术,为各部门的勘测、规划、管理、决策提供测绘保障和服务。
八十年代以来,随着GPS定位技术的出现和不断发展完善,使定位技术发生了革命性的变革,也为工程测量技术提供了崭新的技术手段和方法。
特别是在公路测设方面,公路路线控制测量、公路纵横断面测量、桥隧控制测量等都逐步地开始应用GPS技术。
数字化测设技术在工程测设中得到了有效的应用,80年代以来,我国科技人员开发了适合国情的数字测绘技术软件和路线CAD软件。
这为工程测设技术数字化、标准化打下基础。
摄影测量技术由于高质量的摄影机、高精度摄影测量仪器和GPS以及计算机技术的综合应用,加上软件的不断完善,其量测精度和效率显著提高,可以提供数字的、摄像的、线划的等各种形式的地图成果,又为工程测设提供了一种新的技术手段和方法。
随着国产全数字摄影测量系统的应用和4D产品的提供将为工程设计的技术服务开辟新的领域。
随着测量数据采集和数据处理的逐步自动化、数字化;数据库技术和GIS技术的完善;路线CAD的集成化、智能化,工程测设技术将会为我国工程测量的快速发展提供全新的技术保障。
1.1实习时间
观测时间:
2013年12月27日16:
47~17:
48和18:
03~19:
05、以及21:
05~22:
08。
这天晴转多云,微风。
1.2实习地点
本次实习地点为东华理工南昌校区。
测区位于江西省南昌市东华理工大学,项目源自东华理工大学测绘学院,要求采用GPS静态测量技术,采用GPS静态测量技术,在东华理工大学南昌校区范围内布设一个控制网。
具体内容包括:
技术设计、选点、外业观测计划、外业观测、数据传输及格式转换、基线解算、网平差、成果质量控制、技术总结。
测区覆盖面积:
约为5000亩;地形比较复杂,建筑密集,树林茂密。
精度等级:
国家E级网;控制点数:
31个;要求平均点间距:
100米。
东华理工大学整体平缓,校内有一小山,面积较小。
点位易于安装接收设备,野开阔, 视场内障碍物的高度角均小于15度,GPS信号被遮挡或被障碍物吸收较少。
点位附近没有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体,多路经效应影响较小。
且点位远离大功率无线电发射源(基本没有),远离高压输电线和微波无线电传送通道,其距离不得小于50m。
同时点位设在交通便利,有利于其他观测手段扩展与联测的地方,地面基础稳固,便于点的保存。
测区如下:
我的点号是5号、6号、7号。
其中5号点在体育馆旁边、6号点在科技楼后面、7在图书馆旁边。
五角星标注的地方是我们需要测的点位。
点位描述:
点名
点位描述
点类型
01
北门门口
标记点
02
理工路与求实路交界处
标记点
03
工程训练中心前面
标记点
04
测绘楼与软件楼前广场
标记点
05
北区体育馆篮球场附近
标记点
06
国防科技楼西面附近
标记点
07
求实路与体育西路交界处
标记点
08
体育西路与体育东路交界处十字路口
标记点
09
东华理工收发室门口附近
标记点
10
东华理工西门口
标记点
11
图书馆后面路口拐角处
标记点
12
北区餐厅西南角
标记点
13
行政楼东北角处
标记点
14
西门口南走50米处
标记点
15
三栋教学楼前面丁字路口处
标记点
16
东门口
标记点
17
西区寝室楼西面楼下附近
标记点
18
西区超市门口路口拐角处
标记点
19
青春广场前的十字路口处
标记点
20
青春广场北半山路中段
标记点
21
兵工路于东门口附近
标记点
22
山顶亭子处
标记点
23
半山路与兵工路交界处
标记点
24
西区3寝室楼前面
标记点
25
西区6寝室楼西面附近
标记点
26
山顶亭子处
标记点
27
南区餐厅门口附近
标记点
28
南区7寝室楼楼下东面附近
标记点
29
研究生公寓广场
标记点
30
研究生公寓东面路口
标记点
31
南门口
标记点
1.3实习工具
1.3.1仪器:
各班GPS接收机一台(SouthSurveying&Ma)、三脚架一副、蓄电池一个、锂电池3块、锂电池充电器一个、记录手簿一张。
13.2软件:
南方测绘Gnss数据处理、Teqc、Trip。
1.4、实习人员组成及任务
1.4.1组员:
唐露琴、王志旋
1.4.2任务:
根据GPS实习指导书第二部分规划,王志旋和唐露琴共同测量5号、6号、7号点。
由于两人需要各测一小时,所以每个点测两小时。
要注意中间的停止测量并保存数据,然后再继续测量。
1.5实习内容
1.5.1校内选点
在老师的指导,我们分析了测区情况,实习的注意事项,确定了我们实习过程中需要注意的事情,两个班的班长进行了选点。
(1)为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量,要求测站上空应尽可能的开阔,在10~15高度角以上不能有成片的障碍物。
(2)为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰,在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源,如大功率无线电发射设施、高压输电线等。
(3)为避免或减少多路径效应的发生,测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物,如高层建筑、成片水域等。
(4)为便于观测作业和今后的应用,测站应选在交通便利,上点方便的地方。
(5)测站应选择在易于保存的地方。
1.5.2静态GPS观测
对于静态观测的数据处理,首先是点号的更改,在接收机类型不支持观测时输入点号的情况下观测信息的正确记录显得尤为重要,必须将观测数据与对应的点号及对应的天线高联系起来,这个步骤的实现有两种方法一种是在使用TGO软件导入数据的时候输入点号和天线高,另一种是在原始观测数据中将MarkName和测站的Z坐标分别改为对应的点名和天线高,在做基线处理前可将卫星观测数据非常差的部分直接禁止后再做基线处理,在对卫星信号做精密修改时最好能够保证至少五颗卫星具有同步观测数据(部分要求上只需要四颗,但在观测条件不是很好的点位只保留四颗卫星容易出现浮动解),使用TGO进行基线处理的步骤就不在此陈述了,需要注意的是,TGO对基线质量、环闭合差等的评价是建立在统计规律的基础上的,GPS网的质量不能够单纯的由软件得到的分析结果来评价,正确的对GPS网的质量的评价需要根据规范来判断是否达到规范要求,评价网的质量的三个重要指标为:
同步环闭合差、异步环闭合差以及重复基线较差,根据规范来评价成果是否可用,另外盲目的追求高精度并无必要,只要网的三个指标都在规范要求范围内即可。
测量时采用的是南方GPS接收机进行静态定位。
1.5.3掌握南方 GPS操作
1.5.4掌握基线解算
1.5.5实现精密单点定位
1.5.6实现数据检验和处理
1.5.7成果验收
二.实习目的
2.1学生通过GPS测量与数据处理实习实习,理解和消化《GPS测量原理与应用》课堂教学的内容,巩固和加深课堂所学的理论知识;掌握利用GPS仪器设备的使用方法,学会使用GPS仪器进行控制测量的基本方法,培养学生的实际动手能力、GPS控制测量的组织能力、独立分析和解决题的能力及GPS数据处理能力。
GPS静态测量。
本次GPS静态观测实习的目的是巩固、扩大和加深我们从课堂上所学理论知识,获得测量工作的初步经验和基本技能,着重培养我们的独立工作能力,进一步熟练掌握测量仪器的操作技能,提高运用理论及计算能力,并对GPS静态观测全过程有一个全面和系统的认识。
熟悉GPS静态相对定位原理、SounthGPS接收机的使用掌握GPS网的网形设计。
熟悉GPS静态测量的步骤。
学会南方测绘GPS数据处理软件的简单使用。
2.2深入了解GPS
GPS作为一种导航和定位系统,具有下列主要特点。
全球连续覆盖,地球上任何地方的用户同时观测到4颗GPS卫星,因而观测不受时间和气象条件的限制,可以进行全天候的观测。
具有高精度三维定位、测速及授时的功能,用载波相位观测量进行相对定位,目前达到的精度为1PPm,测速精度可达0.1米每秒,校时精度相对于协调时可达0.1US。
测点间无需通视、不必造标、选点方便。
GPS测量不要求测站之间相互通视,控制点位置可以根据需要设置。
因而可以大大降低测量费用。
被动式快速测距,用户只需装接收机记就可以接收信号进行定位工作,而无需发射任何信号。
又由于接收机可利用多个通道同时对多颗卫星进行观测,因此一次定位可以只需几秒种至几十秒种,大大提高工作效率。
在统一坐标系统中提供三维信息,GPS定位是在国际统一的WGS—84世界大地坐标属地心坐标系中计算的,因此全球不同地点的测量成果相互关联。
我国在GPS定位技术的引进、消化、开发、研究、应用等方面发展很快。
从20世纪80年代末到现在短短的二十几年中,我国实施了一系列广泛的GPS卫星测量项目。
首先应用于城市和工程控制网的建立与改造;长距离大陆和岛礁的联测;在地震活动断裂带布设了全国高精度的GPSAA级、A级、B级控制网和测轨网‘还参加了1991年和1992年两期国际GPS联测IGS会战,首次进入了国际全球GPS联测计划,为精度化我国地心坐标起到了一定的。
于此同时,我国除从国外引进各种型号的GPS软、硬件外,还广泛深入地开展了GPS定位数据处理论和技术的研究;开发了精密后处理和GPS网平差软件,并实现了商品化和打入国际市场。
目前我国也能制造GPS接收机并广泛地应用生产。
GPS的应用领域正在我国迅速扩展,有关的研究也十分活跃,取得了许多的科研成果。
三.GPS静态观测实习步骤
3.1、静态观测主要步骤
我们在GPS相对静态测量的一章中已经详细地介绍了GPS静态测量的过程,其中选点与埋石、外业观测这两部分为具体的野外观测,这就是我们现在要介绍的主要内容。
在野外观测之前,还介绍了如何制定观测计划。
3.1.1选点和埋石
一、选点
选点即观测站位置的选择。
在GPS测量中并不要求观测站之间相互通视,网的图形选择也比较灵活,因此选点比经典控制测量简便得多。
但为了保证观测工作的顺利进行和可靠地保持测量结果,用户注意使观测站位置具有以下的条件:
确保GPS接收机上方的天空开阔 GPS测量主要利用接收机所接收到的卫星信号,而且接收机上空越开阔,则观测到的卫星数目越多。
一般应该保证接收机所在平面15°以上的范围内没有建筑物或者大树的遮挡。
图5-1高度截止角
周围没有反射面,如大面积的水域,或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体(如玻璃墙,树木等),不致引起多路径效应。
远离强电磁场的干扰。
GPS接收机接收卫星广播的微波信号,微波信号都会受到电磁场的影响而产生噪声,降低信噪比,影响观测成果。
所以GPS控制点最好离开高压线、微波站或者产生强电磁干扰的场所。
邻近不应有强电磁辐射源,如无线电台、电视发射天线、高压输电线等,以免干扰GPS卫星信号。
通常,在测站周围约200m的范围内不能有大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等);在50m内不能有高压输电线和微波无线电信号传递通道。
观测站最好选在交通便利的地方以利于其它测量手段联测和扩展;
地面基础稳固,易于点的保存。
注意:
用户如果在树木、觇标等对电磁波传播影响较大的物体下设观测站,当接收机工作时,接收的卫星信号将产生畸变,这样即使采集时各项指标,如观测卫星数、DOP值等都较好,但观测数据质量很差。
建议用户可根据需要在GPS点大约300米附近建立与其通视的方位点,以便在必要时采用常规经典的测量方法进行联测。
在点位选好后,在对点位进行编号时必须注意点位编号的合理性,在野外采集时输入的观测站名由四个任意输入的字符组成,为了在测后处理时方便及准确,必须不使点号重复。
建议用户在编号时尽量采用阿拉伯数字按顺序编号。
二、埋石
在GPS测量中,网点一般应设置具有中心标志的标石,以精确标志点位。
具体标石类型及其适用级别可参照《全球定位系统(GPS)测量规范》。
各种类型的标石应设有中心标志。
基岩和基本标石的中心标志应用铜或不锈钢制作。
普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。
标志中心应刻有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色金属(不锈钢或铜)制作的直径小于0.5mm的中心点。
并应在标志表面制有“GPS”及施测单位名称。
3.1.2制定观测计划
在施测前,建议用户根据网的布设方案、规模的大小、精度要求、GPS卫星星座、参与作业的GPS数量以及后勤保障条件(交通、通信)等,制定观测计划。
①确定工作量
用户根据网的精度要求、接收机数目,顾及效率及网的精度、可靠性而确定工作量。
具体方法可参考有关规范。
这里仅强调一下观测时段、时段长度(同步观测时间)与基线长度等的关系。
为了在后处理中能取得符合精度的成果,必须保证接收机的一定同步观测时间,其长短取决于众多的因素:
如基线长度、观测卫星的数目、卫星的空间位置精度因子(PDOP)及大气层(主要指电离层)状况。
如果用户在4颗以上的卫星且PDOP值小于4.0的情况下进行观测,那么所需的观测时间将主要取决于基线的长度及电离层扰动。
电离层的扰动是随时间及点位的位置而变化的。
由于电离层的扰动在夜间要小得多,因此夜间的观测时间通常可以减小一半,或者测程增加一倍。
所以,夜间将有利于10km以上的长基线测量。
但是,除非有特别的限制条件,否则要规定精确的观测时间是不客观的。
下面仅就一般情况下同步观测的时段数及时段的长度必须满足的要求提供一个参考值:
表5-1
项目
级别
卫星高度角
(
)
观测时段数
基线平均距离
(km)
时段长度*
(min)
C
≥15
≥2
10~15
60~120
D
≥15
≥1.6
5~10
50~100
E
≥15
≥1.6
0.2~5
40~80
当采用边连接方式可以用下式估算所需时段总数(
):
为接收机的数目;
为GPS网的点数;
为相对定位的观测时段数。
值得注意的是大多数情形下,只需对基线向量观测一个时段。
②采用分区观测
若GPS网的点数较多,而参与同步观测时段的静态GPS接收机数目有限时,建议分区进行观测。
但必须在相邻分区设置公共点,且公共点的数量一般不得少于3个。
当相邻分区的公共点点数过少,将使网形强度变差,从而影响网的精度,而增加公共点数则又会延缓测量工作的进程,这一点请用户根据网的要求慎重考虑。
在一个观测分区内,用户还可根据参加作业的接收机数量,分成若干个同步观测的子区(每个子区必须有两台以上的接收机),这样整个测区就很容易进行作业管理,从而有利于作业效率的提高。
③确定观测进程及调度
最佳观测时间确定后,在观测工作开始之前,须制定观测工作的进程表及接收机的调度计划。
尤其当GPS网的规模较大,参加作业的接收机较多时,建议用户仔细地制定和选择这些计划的优化方案,这对于顺利地实现预定的观测任务极为重要。
观测工作的进程计划,涉及到网的规模、精度要求、作业的接收机数目和后勤保障条件等,在实际工作中,应根据最优化的原则合理制定。
3.1.3野外观测
一、安置仪器
首先,在选好的观测站点上安放三脚架。
注意观测站周围的环境必须符合上述的条件,即净空条件好,远离反射源,避开电磁场干扰等。
因此,安放时用户应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下,也不要在靠近接收机的地方使用对讲机,手提电话等无线设备。
然后,小心打开仪器箱,取出基座及对中器,将其安放在脚架上,在测点上对中、整平基座。
具体步骤:
(1)对中先架设三脚架于测站点上,使架头大致水平,架头中心大致对准测站标志,踩紧三脚架,装上仪器,旋上中心螺旋;然后利用光学对中器进行仪器对中,即旋转脚螺旋,用光学对中器对准测站标志,此时仪器并不水平,遂伸缩三脚架腿,使圆气泡居中而致仪器粗平,再用脚螺旋精确整平仪器。
(2)整平转动照准部,使水准管平行于任意两脚螺旋的连线,用两手同时对向或反向旋转这两只脚螺旋,使水准管气泡居中;然后将照准部转动约90°,再旋转第三只脚螺旋,使管气泡居中。
经反复调试,直至照准部转到任何方向,气泡的偏移均不超过一格为止。
最后,从仪器箱中取出GPS天线或内置天线的GPS接收机,将其安放在对中器上,并将其紧固,再分别取出电池、电缆等其它配件(内置电池的接收机除外),并将它们安装在脚架上,同时连接GPS接收机。
在安置仪器时用户要注意下面的几点:
当仪器需安置在三角点觇标的基板时,应先将觇标顶部拆除,以防止对信号的干扰,这时,可将标志的中心投影在基板上,作为安置仪器的依据;
基座上的水准管必须严格居中;
③如整个控制网在同步观测过程中使用同样的GPS接收天线,则应使天线朝同一个方向,如使用不同的GPS接收天线,则应使天线的极化方向指向同一方向,如指北。
大部分天线用指北方向来表明天线的极化方向。
这是由于天线的相位中心与几何中心不重合,两者可能有2-3毫米之差,如它们不指向同一方向,则会影响GPS测量的精度。
3.1.4、启动仪器
在启动仪器时,通常应按如下步骤操作:
1、确认在接收机采集器电源均关闭的情况下,分别连上电源电缆、数据采集电缆。
2、打开主机上的开关,若电源灯为绿色,则表示电量符合要求,若为红色,则表示电量不足,应更换电池。
3、按照相应仪器的操作规程开机观测,具体步骤请参看《产品手册》。
4、保证同步观测的其它GPS接收机也处于观测状态。
静态差分测量是根据几台接收机共同时间段所接收的数据进行差分解算,所以几台接收机同时观测必须保证数据同步,并且要保证足够的数据。
5、观测的时候,要保证接收机设置
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