GPS测量原理与应用实习报告资料

淮海工学院实 习 报 告 书题目：GPS测量原理与应用实习学院：测绘工程学院专业：测绘工程班级：D测绘131姓名：戴峻学号：20131329112015年 12 月 30日实习报告评阅书学生姓名： 戴峻 学号：2013132911 班级： D测绘131实践教学环节名称： GPS 测量原理与应用实习教学时间： 2015年12月1日-2015年12月15日指导教师评语：实习报告成绩：指导教师(签字)：2016年1月5日目录1、实习目的.......................................42、实习成员.......................................43、实习地点.......................................54、实习原理.......................................55、实习内容.......................................65.1GPS静态测量.................................65.1.1仪器设备................................65.1.2布网方案................................65.1.3选点原则................................85.1.4外业观测................................95.1.5内业处理...............................105.1.6注意事项...............................235.2goandstop测量.............................245.2.1仪器设备...............................245.2.2作业过程...............................245.2.3内业处理...............................255.2.4注意事项...............................275.3GPSRTK动态测量.............................285.3.1仪器设备...............................285.3.2RTK技术原理...........................285.3.3外业采集...............................295.3.4内业处理...............................315.3.5注意事项...............................356、实习体会......................................36附表一：GPS观测手簿记录表........................42附表二：点之记....................................431、实习目的GPS课程实习的意义是对《GPS原理及应用》课程有深入的了解，对GPS外业数据采集以及内业数据处理有一定的了解。掌握GPS静态数据采集、静态数据处理、GPS-RTK外业测量。通过实习进一步深入了解GPS原理以及在测绘中的应用,巩固课堂所学的知识.熟练掌握GPS仪器的使用方法,学会GPS进行控制测量的基本方法并掌握GPS数据处理软件的使用方法，把理论知识与实践相结合近一步巩固所学知识。了解GPS原理以及在测绘中的应用，能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。2、实习成员我们专业一共有14个人，所以分为三个小组。组织人：李微晓第一小组成员：刘欣、戴峻、周聪、于健锋、吴开明组长：刘欣第二小组成员：丁德军、钱小培、于伟鹏、刘先锋组长：丁德军第三小组成员：孙超、韩海洋、邵印明、徐辉、丁倩组长：孙超3、实习地点地点：淮海工学院东港学院4、实习原理GPS定位的原理是GPS卫星发射的测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星位置的信息，用户用GPS接收机在某一时刻接收三颗或三颗以上的GPS卫星，测出测站点(GPS天线中心)到卫星的距离并解算出该时刻卫星的空间位置根据距离，并解算出卫星的空间位置，根据距离交会法求测站点坐标.其基本思想为：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站，用户站在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收机设备接收基准站传输的观测数据，实时计算测站点的三维坐标。5、实习内容这次实习的内容包括GPS静态测量，走走停停测量，GPSRTK测量。5.1 GPS静态测量1.1仪器设备仪器：装有Ashtechsolution软件的电脑，三个Astech接收机，三个三脚架，三个卷尺，三个手簿，数据传输线三根，连接天线三根，电池每小组四块。 布网方案GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行GPS的设计和测量时，既不能脱离实际的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。因为这次实习分为三个小组，所以我们决定在校园内找9个点，如下图分三组同步观测相同的卫星，采用边连接的方式。第一时段：CH01（第一组）-CH06（第二组）-CH02（第三组）第二时段：CH05（第一组）-CH06（第二组）-CH02（第三组）第三时段：CH05（第一组）-CH03（第二组）-CH02（第三组）第四时段：CH05（第一组）第五时段：CH05（第一组）第六时段：CH05（第一组）第七时段：CH05（第一组）第八时段：CH05（第一组）

-CH03（第二组）-CH09（第二组）-CH09（第二组）-CH07（第二组）-CH07（第二组）

-CH04（第三组）-CH04（第三组）-CH08（第三组）-CH08（第三组）-CH06（第三组） 选点原则1、选点前应收集与工程相关的各项资料：原有控制测量资料，包括点的平面坐标、高程、坐标系统、技术总结等有关资料，以及控制测量成果资料。2、GPS点位的选择应符合技术要求，有利于使用其他测量方法进行联测；点位的基础应坚定稳固，易于长期保存，并有利于安全作业;3、点位应便于安置接收设备和操作，视野开阔，被测卫星的地平高度角应大于15，溢保证GPS信号接收；4、点位应远离大功率无线点发射源（如电视台、微波站等），其距离不得小于200m,并应远离高压输电线，其距离不得小于 50m；5、点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体，以免产生多路径效应误差。6、选点人员应按技术设计书进行踏勘，在实地按要求选定点位；当用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性，以及可用性进行检查，符合要求方可使用。 外业观测采用同步观测的相对定位方法，从而保证了卫星星历误差、卫星钟误差、电离层延迟等误差的强相关性，通过差分的方法来消除这些误差。观测时为了保证测量的精度时段长度规定为45分钟。按照静态定位的测量原理，测量时观测的最少卫星数位四个。外业观测时需要对 GPS接收机进行以下设置：调度安排，确定每台接收机观测的测站，开机时间，搬站情况。观测组按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组。每时段开机前，作业员量取天线高，并及时记录测站名、年月日、时段号、天线高等信息。关机后再量取一次天线高作校核，两次量取天线高互差不得大于3mm，取平均值作为最后结果，若互差超限，应查明原因，提出处理意见，记入测量手簿。仪器工作过程中，作业人员对照指示灯工作状况说明，判断仪器是否正常工作。一个时段观测过程中，不得进行以下操作：关闭接收机，又重新开机；进行自测试；改变卫星高度角；改变数据采样间隔；改变天线位置；观测院在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器收到震动，防止人或其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。接收机在观测过程，不应在接收机旁使用对讲机；雷雨天气过境应关机停测，卸下天下以防雷击。应记录雨、晴、阴、云等天气。内业处理1、将GPS静态采集的数据导入电脑中，并保存到指定文件夹中。（1）导数据的端口设置，应该选择 COM1接口从手簿里的文件中找到测得的静态数据，导入电脑中的指定文件夹中2、从电脑中打开 Ashtechsolution2.5 ，然后开始处理静态数据。1）选择“Creatanewproect”新建工程，设置工程名并以自己的姓名学号（2）导入静态数据如图数据初次处理如图通过粗平可以发现红色的那条边超限，需要对其进行分析改正处理4）检查红色那条边的卫星，看看是哪个卫星的信号不好或者出现周跳，并将其删除通过逐个检查卫星，会发现15号卫星信号最差，应该将其删除。选择控制点，并且进行同步环和异步环分析最后进行无约束平差处理完以上数据并且通过后，到出处理结果如图SitePositions戴峻2013132911HorizontalCoordinateSystem: WorldGeodeticSys.198412/15/15Height System: Ellips. Ht.峻2013132911.sprDesiredHorizontalAccuracy: 0.020m+1ppmDesiredVerticalAccuracy: 0.040m+2ppmConfidenceLevel: 95%Err.LinearUnitsofMeasure: Meters

Project

Date:file:

戴______________________________________________________________________________________Site95%FixPositionIDSiteDescriptorPositionErrorStatusStatus1CH01Lat.34?38?48.31214?N0.002ProcessedLon.119?12?07.48923?E0.002Elv.22.4300.0042CH05Lat.34?38?52.70346?N0.000ProcessedLon.119?12?09.98341?E 0.000Elv. 22.200 0.0003CH02Lat.34?38?52.97832?N0.002ProcessedLon.119?12?07.03468?E0.002Elv.22.1950.0024CH04Lat.34?38?57.70763?N0.002ProcessedLon.119?12?10.52681?E0.002Elv.22.1180.0025CH08Lat.34?38?52.35250?N0.002ProcessedLon.119?12?13.91446?E0.002Elv.22.2360.0046CH06Lat.34?38?46.11718?N0.002ProcessedLon.119?12?09.50835?E0.002Elv.22.1450.0047CH03Lat.34?38?57.92843?N0.002ProcessedLon.119?12?07.58153?E0.002Elv.22.1340.0028CH09Lat.34?38?57.38959?N0.002ProcessedLon.119?12?14.52392?E0.002Elv.22.1840.0029CH07Lat.34?38?46.10366?N0.002ProcessedLon.119?12?12.78622?E0.002Elv.22.1530.006SiteElevationIDSiteDescriptorFactor1CH010.999996482 CH05 0.999996523CH020.999996524CH040.999996535CH080.999996516CH060.999996527CH030.999996538CH090.999996529CH070.99999652坐标转换如下：点号 X Y HCH01 3847741.422780 977153.575292 19.391418CH02 3847884.829251 977134.525155 19.182419CH03 3848038.314359 977140.562197 19.137419CH04 3848035.388924 977216.027705 19.121419CH05 3847880.233253 977210.169654 19.163419CH06 3847676.351717 977208.576712 19.106418CH07 3847680.269012 977292.192722 19.140418CH08 3847874.599879 977310.982041 19.224419CH09 3848030.852003 977318.473730 19.187419 注意事项1、基站仪器架设：对中、整平基座。基站架设注意事项：2、高度角在15度以上开阔、五大行遮挡物；3、无限磁波干扰（200米内部能有微波炉、手机信号站等， 50米内无高压线）。4、位置比较高，基准站到移动站之间最好无大型遮挡物，否则查分传播距离迅速缩短。5、各基准站约定时间尽量同时开机。开机按一下红色按钮就好，打开GPS主机后，GPS自动接收信号，我们至少在该点测 45分钟，数据才能满足计算要求。6、手机与GPS主机距离最好在 10米内，且其周围 30米内无其他蓝牙设备。7、每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬件上，应该备份一份确保观测数据不应人为疏忽丢失。5.2goandstop 测量仪器设备Astech接收机两台，脚架一个，钢卷尺一把，手簿两台，数据传输线一根，连接天线两根，电池每组四块作业过程1）在校园的GPS点上架设脚架，严格对中整平，安置接两台收机，用连接天线将接收机与手簿连好。记录GPS接收机型号，天线的型号，量取天线高，记录在外业观测手簿上。2）在选好的点上架设仪器，对中整平，设置仪器，分两次一次两台手簿都设置静态，进行同步，一次一静一动，动态手簿采样间隔设置为5秒。设置完成后，进行碎步测量。3）我们小组按照所分配到的测区进行点测量，一人进行碎步测量，一人在旁边画草图，我的测区为一到六号男生宿舍楼和大学生活动中心，花坛，行政楼，控电室，以及圆形花坛。内业处理将Ashtech采集的数据导入电脑中，并保存到指定文件夹中。（1）导数据的端口设置，应该选择COM1接口从手簿里的文件中找到测得的数据，导入电脑中的指定文件夹中最后将走走停停测得点展出来注意事项静态测量时要满足相应规范的要求。网形布设时应注意外围不能有豁口，至少留一个通视方向。静态观测过程中，即使发现长水准管不居中或者仪器不严格对中了，也不要重新调仪器，观测时不要重新开机，开机关机听从调配。观测时，接收机周围不使用干扰卫星信号的通讯设备，以减弱误差，接收机周围应当视野开阔，削弱多路径误差。每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬件上，应该备份一份确保观测数据不应人为疏忽丢失。数据处理时，一定要改天线类型、天线高，去除浮点解的记录。5.3GPSRTK动态测量仪器设备基准站：华测接收机一台，脚架两个，天线一根，数据发送电台一个，蓄电池一个，基座两个，手簿一个移动站：华测接收机每组一台，碳纤对中杆每组一个，天线每组一根，电池每组两块，手簿每组一个内业处理：装有 CASS软件的电脑一台技术原理高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值。RTK技术就是载波相位动态实时差分技术，它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值一起传送给流动站，流动站在完成初始化后，一方面通过数据链接接收来自基准站的数据，另外自身也采集 GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理， 再经过坐标转换和投影改正，即可给出实用的厘米级定位结果。GPS测得的大地高属于 WGS—84系统，因此必须采用高程拟合的方法，来求得正常高。而高程拟合的精度高低取决于参与拟合的水准点的个数及分布的均匀程度。对于公路放样来讲，路线两侧布设的水准点足以保证中桩高程的拟合精度。RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。在RTK作业模式下，基准站接收机，借助电台，将其观测值及坐标信息，发送给流动站接收机；流动站接收机将自己采集的GPS观测数据和接收来自基准站的数据，组成差分观测值，利用静态相对测量处理方法对基线进行实时求解， 然后推算出其三维位置（XK，YK，ZK）。外业采集基准站的设置在已知点上架设脚架，固定基座，严格对中整平后安放基准站接收机，测量仪器高。开机，将接收机调整为基准站模式，设置差分格式为RTCM3、电台频道为3。观察DX和TX指示灯，TX灯闪表示基准站向外发送数据，DX灯闪表示基准站接收卫星信号。当基准站启动好以后，就把电台和基准站主机连接， 电台通过无线电天线发射差分数据，一般情况下，电台应设置一秒发射一次，也就是说电台的红灯一秒闪一次，电台的电压一秒变化一次，每次工作时根据以上现象判断一下电台工作是否正常。基准站蓝牙连接、模式设置打开测地通，点击【配置】→【手簿端口配置】，连接类型选择‘蓝牙’，点击“配置”，点击或搜索，搜索蓝牙，绑定主机，点击确定，然后退出测地通。打开HCGpsSet，选中‘用蓝牙’，打开端口，自启动基准站的设置。移动站的设置将移动站主机连接在碳纤对中杆上， 将接收天线接在主机上，调节GPS接收机至移动站模式。打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定的条件后，主机上的RX指示灯开始1秒钟闪1次，表明已经收到基准站差分信号。打开手簿，通过蓝牙将移动站和手簿连接起来。打开测地通，点击【配置】→【手簿端口配置】，连接类型选择‘蓝牙’，点击配置，点击或搜索，搜索蓝牙，绑定主机，退出测地通。打开HCGpsSet，选中‘用蓝牙’，打开端口，设置采样间隔为5s,高度截止角为10度，接收机工作模式为自启动移动站，自启动发送端口为Port2+GPRS/CDMA,自启动发送格式为RTCM3。然后应用，退出。退出到测地通初始界面，点击【配置】→【移动站参数】→【移动站选项】，查看广播格式： CMR，点击【测量】→【启动移动站接收机】，当移动站信号灯一秒闪烁一次（第三个灯），表示收到差分数据。设置结束后，点击应用，将接收机重新开关机，再打开手簿中测地通，点击【配置】→【移动站参数】→移动站选项，将广播格式改成RTCM3.0，天线高：2米，天线类型：X91，测量到：天线底部。点击设置→接受，退出到测地通初始界面。点击【配置】→【移动站参数】→【内置电台和GPRS】，根据基准站电台的发射频率，设置移动站的电台频率，点击设置→接受，退出到测地通初始界面。（4）点校正打开测地通，【键入】→【点】，输入已知点坐标，控制点打上勾，点击保存，再继续输入已知点，点击确定。（5）目标点测量当以上步骤设置完毕后，可以按键盘上的A键进行目标点测量，然后按Enter键保存。测量已有的点时，使碳素对中杆的水中气泡对中，将手簿上测得的坐标高程与原有的坐标高程比较。内业处理（1）数据导出：在手簿上选择文件——导出——点坐标导出（CASS格式或者选择其他格式：点名，代码，X,Y,Z或其他）。输入文件名点确定。然后退出软件，打开“我的设备——ProgramFiles——RTKce——Projects——之前测量的文件”，长点导出的数据，选择复制。然后再打开“我的设备—— StorageCard”，在空白的地方长点，选择粘贴。最后将手簿连上电脑，在 U盘中将数据复制到电脑上即可。2）打开南方CASS软件，点击菜单中的绘图处理，再点击展野外测点点号，将数据传输到CASS中进行绘图。3）再用直线将各个点依次连接起来，按照事先画好的草图进行绘图处理，处理好的图如下将三组数据合成的图，如下注意事项1、在RTK测量时，要按照测量规范，流动站和基准站尽量在 5公里范围之内。2、基准站应架设在视野开阔，视场15°以内没有障碍物的已知点上，若在丘陵山区，基准站尽量架设在高处，使得基准站发射的信号能被流动站接收到。若已知点难以满足作为基准站的需要，可以将基准站架设在位置点上，校正时选择“基准站架设在未知点”，找三个已知点进行校正。3、确保基准站和流动站的差分格式和电台频道是相同的。4、在校园内进行RTK测量时，基准站和流动站间的距离很短，测量目标点的时候要注意随时查看是否是固定解，误差是否足够小，满足精度要求，只保留固定解的记录。6、实习体会RTK又叫实时动态差分测量，简称动态 GPS，英文全称为Real Time Kinematic。随着RTK技术不断的成熟和发展， RTK产品在我们测绘行业的应用也越来越广泛，在林业、农业、电力、国土勘界等等其他行业也有非常广泛的应用。现在RTK已经可以在很大程度上替代全站仪，而且效率要比全站仪高得多，当然，RTK也不能完全代替全站仪。从使用条件上：全站仪使用条件1）必须要有可见光，而且光线不能太弱，因为全站仪虽然可以自动测量坐标、高程和距离、角度，但是，它也是必须要人眼主动照准目标的，没有光线或者光线太弱，人眼就很难发现观测目标。2）必须要光学通视，也就是说需要观测的目标和全站仪之间的连线上不能有任何遮挡物，如果存在遮挡物，要么造成人眼看不到，瞄不准目标，要么全站仪因为观测条件差的原因测量不出数据。以上两点是使用全站仪测量必须要满足的条件，缺一不可。RTK的使用条件1）不需要很强的光线，必须要对天光学通视。所谓对天光学通视，就是从地面要看的见比较大面积的天空，因为RTK使用的是人造卫星，卫星和RTK之间是通过无线电信号进行通讯的，由于距离非常遥远，卫星大概在2万公里的高空，而且无线电信号要通过大气层和电离层，因此无线电信号非常弱，拿手机信号来比较的话，要弱上百倍，因此很难通过茂密的树叶或者建筑物的墙壁，所以如果不对天通视的话，RTK主机将接收不到卫星的信号，而RTK是通过接收卫星数据来工作的，收不到卫星信号，那么RTK也无法工作，就和全站仪不能光学通视也无法工作一样的道理。2）RTK的两台主机不需要光学通视。RTK一套是由2台主机组成的，一台基准站即架设好以后固定不动的，一台移动站即用来流动工作的，他们二者之间不需要光学通视，所谓不需要光学通视就是两台主机的连线上可以有障碍物。RTK两台主机之间需要通信使用无线电信号，是通过基准站的外挂电台来实现，使用的无线电频率为460MHz，波长要比可见光长得多，基准站使用的无线电波长为 0.65米左右，从物理学可以知道，波长越长，无线电的衍射角度就越大，而且，电磁波也可以被反射，通过这个原理我们即可得知为什么两台主机之间可以存在障碍物了，所以只要二者之间的通信存在，那么二者之间就可以依靠电磁波传送的信息进行坐标计算，不通视也可以工作。而全站仪工作要使用红外线或者激光来测量距离用于推算坐标的，红外和激光的波长非常短，用来测量直线距离，而且要反射回全站仪的测距头，因此只能光学通视了才能工作。从二者的使用条件上来看，对天通视要比光学通视容易得多（当然隧道等工作除外），所以从这点上来看，RTK要略胜一筹。从测量距离上：全站仪属于短距离测量，一般最长测距也就是1.5公里左右，再远的话人眼难以发现观测目标，而且返回信号太弱会导致测不出数据，如果需要观测的点距离已知点比较远，那么就要需要多次搬站来完成测量工作。RTK的测量距离一般都在 10公里左右，所以在常规测量的时候，只需要基准站架设一次就可以完成测量工作。从测量误差上：一般的测量工作全站仪都不可能一次架站完成测量工作，因此需要搬站，搬站之前要把下个设站点测量出来，然后搬站，这时候测量误差就出现了。因为每个点测量的都不可能是绝对正确的，都存在一定的误差，在测量上叫误差传播理论，搬站的次数越多，误差累积就越大，如果不进行平差的话，到最后一点的精度就已经很差，这是全站仪无法避免的，但是在平常测量工作中每点都进行平差显然是不可能的，一般只对二级导线以上的点才进行平差。RTK测量的原理是基准站和移动站之间进行比较即差分，或得两着之间的精确相对位置，他们之间连线的精度平面在1cm+1ppmX D，移动站所测量的每个点都是与基准站数据进行比较得出的结果，而基准站的位置是固定不动的， 因此移动站所测量的每个点的误差都是相对于基准站的，而不是象全站仪那样是相临之间的两个点，这样一来，RTK就没有误差传播，也就没有误差累积了。从引点上：现在城市的发展速度很快，导致在城区内，特别是那些发展比较迅