《GPS实习指导》word版.doc

甘 肃 工 业 职 业 技 术 学 院 GPS原理实习实训指导书原理实习实训指导书 工程测量教研室 1 目 录 第一部分第一部分 GPS 测量实验与实习须知测量实验与实习须知.2 一、实验与实习一般要求2 二、使用仪器规则2 三、外业记录规则2 第第二部分二部分 GPS 测量实习项测量实习项目目.4 试验一 SMART 3100 IS 型单频 GPS 接收机的认识 4 实验二 GPS 测量外业实施及观测10 实验三 GPS 测量工作流程13 实验四 SMART 3100 IS 型单频 GPS 接收机数据下载.17 实验五 基线解算22 实验六 GPS 网平差 26 第三部分第三部分 GPS 测量教学综合实训测量教学综合实训.30 一、实习目的30 三、测区概况32 五、实习要求32 六、上交成果33 七、成绩评定33 附附 GPS 测量技术要求测量技术要求.34 一、GPS 测量精度、密度标准及分类.34 二、GPS 网的基准设计.35 三、拟定外业观测计划35 四、技术设计书编写37 五、GPS 测量的外业实施.37 六、观测工作39 七、内业数据处理42 附录附录 1 GPS 实习报告实习报告43 2 第一部分第一部分 GPSGPS 测量实验与实习须知测量实验与实习须知 GPS 测量原理及应用的理论教学、实验和实习教学是本课程的三个重要的教学环 节，基本原则是：坚持理论与实践相结合，注重仪器操作、软件使用，在实践中真正掌握 GPS 测量的基本原理和技术应用。 一、实验与实习一般要求 1实验或实习课前，应阅读教材中有关内容和预习GPS 测量实验与实习指导中 相应项目，了解学习的内容、方法和注意事项。 2实验或实习时分小组进行，学生班学习委员向任课教师提供分组的名单，确定小组 负责人。 3实验和实习是集体学习行动，任何人不得无故缺席或迟到；应在指定场地进行，不 得随便改变地点。 4在实验和实习中认真的观看指导老师进行的示范操作，在使用仪器时严格按操作规 则进行。 二、使用仪器规则 正确使用仪器，精心爱护和科学保养，是测量人员必须具备的素质，也是保证测量成 果的质量、提高工作效率的必要条件。在使用 GPS 测量仪器时应养成良好的工作习惯，严 格遵守下列规则。 1仪器的携带仪器的携带 携带仪器前，检查仪器箱是否扣紧，拉手和背带是否牢固。 2仪器的安装仪器的安装 （1）安放仪器的三脚架必须稳固可靠，特别注意伸缩腿稳固。 （2）从仪器箱提取仪器时，应先观察一下仪器是如何放置的，便于仪器装箱时正确放 置仪器，然后用双手握住仪器支架或基座，放到三脚架上，接着一手握住仪器，一手拧连 3 接螺旋，直至拧紧。 （3）仪器取出后，应关好箱盖，不准在箱上坐人。 3仪器的使用仪器的使用 （1）仪器安装在三脚架上之后，无论是否观测，观测者必须守护仪器。 （2）应撑伞，给仪器遮阳。雨天禁止使用仪器。 （3）仪器镜头上的灰尘、污痕，只能用软毛刷和镜头纸轻轻擦去。 4仪器的搬迁仪器的搬迁 GPS 测量仪器比较贵重，仪器搬站时，必须把仪器装箱后再搬。 5仪器的装箱仪器的装箱 （1）先将箱盖打开，接着从三脚架上取下仪器，这时一定要一手握住仪器基座或支架， 一手拧松连接螺旋，双手把仪器从架头上取下装箱。 （2）在箱内将仪器正确就位后，关箱扣紧。 三外业记录规则 1观测数据按规定的表格现场记录。记录应采用 2或 3硬度的铅笔。记录者听HH 到观测数据后应复诵一遍记录的数字，避免记错。 2记录者记录完一个测站的数据后，当场应进行必要的检核，确认无误后，观测者才 能搬站。 3对错误的原始记录数据，不得涂改，也不得用橡皮擦掉，应用横线划去错误数字， 把正确的数字写在原数字的上方，并在备注栏说明原因，保持记录清晰、纸张清洁。 4 第二部分第二部分 GPSGPS 测量实习项目测量实习项目 实验一 Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机的认识 一一实验准备实验准备 每组仪器：Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机一台，量高环一个，脚架一个，电池两 块，基座一个，2 米钢卷尺一把，记录板及记录表格。 二二SmartSmart 31003100 ISIS 型单频型单频 GPSGPS 接收机接收机的特点的特点 1.适用性：Smart 3100 IS 为单频 12 通道 GPS 接收机，适用于静态、动态测量，配备 4MB 内存和可连续工作 30 小时的内置可充电锂电池，同时配有外电源接口供外接电源。 2.一体化：Smart 3100 IS 接收机精巧地将测量型 GPS 接收机、天线和电池合为一体， 并能快速地安置在各类标准的基座、三角架或测杆上。 3.操作简单：Smart 3100 IS 控制手簿的特色是采用了流行的 Win CE 平台的 Pockt Pc、数据采集软件和商业上通用的 PDA。 4.高精度：Smart 3100 Is 的精髓在于简洁和精确，方便用户掌握和操作，仪器所提 供的静态、动态两种测量模式确保了测量数据的高精度和高可靠性。 5.整体解决：Smart 3100 IS GPS 接收机既可在各点上静态采集大量数据以获取高精 度和高可靠性的测量成果，也可在短时间内动态采集各点的数据。 三、实验学时三、实验学时 2 学时。 四、实验内容四、实验内容 （一）认识 Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机的各个部件。 （二）掌握 GPS 接收机各个部件之间的连接方法。 （三）熟悉 GPS 接收机前面板各个按键的功能。 1、显示面板的介绍、显示面板的介绍 接收机的显示面板图形如下 5 Smart 3100 IS 接收机显示面板 #说明说明说明说明 1电源按钮4内存指示器 2内部电量指示器5红外端口 3可视卫星跟踪指示器6时段长度指示器 2 2、 显示面板的操作显示面板的操作 Smart 3100 IS 接收机前部是一个显示面板。包括： a)可听到声音的信号器 b)电源按钮 c)状态指示器 （1）可发出声音的信号器）可发出声音的信号器 接收机有一个声音指示器，利用一系列的响声提示系统状态或警告错误。声音可以是 单声（问题首次出现，响一次或连续声，只要错误，持续响声就不断） 。 同样，由声响的次数可以表达各种信息 1 至 2 声值的注意的信息 3 声 警告 4 声 错误 注：当你听到三或四次声响，请立即检查系统。 扬声器显示如下信息（见下页） 6 表 1：扬声器显示信息 数量数量时间时间状态状态 1单声接收机打开可进行操作或初始化完成 2单声接收机关闭 2单声清除内存 2单声重设缺省参数 2单声数据质量可以 3单声数据质量不好 3连续警示电池将在 15 分钟用完 3连续内存已使用的超过 80% 4连续内存错误 4连续电源按钮卡住 （2）电源）电源/内存的设置内存的设置 Smart 3100 IS 接收机电源按钮用于打开或关闭接收机。电源按钮按下的时间长短决定 接收机的行为，在每个时间段内会在你的操作过程中发出声音。 表 2：Power 按钮/内存的选项 动作动作时间（秒）时间（秒）说明说明 打开1 持续按 1s 松开，将会打开 Smart 3100 IS 接收 机，在初始化过程中，显示面板指示器将闪 烁， 初始化后，接收机将响一声，表明系统已工 作。 关闭3 持续按 3 秒，接收机响 2 声。中间的三个电 池指示灯亮了，松开按钮,接收机关闭。 默认 设置 10-9 在接收机打开状态下，按住 Power 键 10s，直 到接收机响 2 声，内部电源指示灯、锁定卫 星数指示灯和可用内存指示灯的中间一个都 亮了松开按钮，重新装入接收机缺省参数， 注意必须在 15s 前松开按钮,否则不能进行重 新设置 清空 内存 20-25 在接收机开状态下，按住 Power 键 20s，直到 接收机响 2 声，内部电源指示灯、锁定卫星 数指示灯以及可用内存指示灯的中间三个灯 都亮了，将删除数据卡上的所有文件。 无效 25 持续按 25s，不会发生任何情况，接收机正常 工作。 7 （3 3）接收机状态指示器（）接收机状态指示器（LEDLED） 1）内部电池使用指示器 内部电池寿命指示器显示电量如下表： 表 3：内部电池剩余指示器 LED颜色颜色剩余电池量剩余电池量 最顶端黄色至少八小时 4黄色六到八小时 3黄色四到六小时 2黄色二到四小时 最下端红色两小时以内 误差在三十分钟内 注：在数据采集过程中，电量不足或电池取出，当前数据文件将自动保存和关闭，数据损 失很小（小于 60 秒） 。 2）卫星可视跟踪指示器 卫星可视跟踪指示器显示接收机跟踪到多少颗卫星。当接收机打开时，开始跟踪卫星。使 用的卫星数据是指健康信号在截止高度角以上时，接收机成功锁定的卫星。当一颗卫星被 锁定，在整个数据采集过程中将被使用。 正常模式下，卫星跟踪指示器有如下值： 表 4：跟踪卫星指示器 LED颜色颜色跟踪到的卫星数跟踪到的卫星数 最顶端黄色10-12 4黄色8-9 3黄色6-7 2黄色4-5 最下端红色1-3 为了得到精确测量结果，至少需要六颗卫星，如果少于 3 颗就不要采集数据。 3）内存指示器 Smart 3100 IS 接收机提供 4MB 数据内存，能够存储到 64 个独立的 GPS 数据文件。内存 指示器显示接收机剩余内存。如下表： 8 表 5：内存指示器 LED颜色颜色可存储的内存可存储的内存 最顶端黄色80-100 4黄色60-80 3黄色40-60 2黄色20-40 最下端红色0-20 当一个数据文件在内存中打开时，相应的 LED 将闪烁。接收机响 3 声，警告剩余内存少于 20。 注：当向内存写数据时，发生不可恢复的错误，所有的 5 个内存指示器 LED 同时闪烁。 4）工作时段指示器 根据卫星数量和卫星几何图形质量，确定采集的数据是否足够用于一定长的基线 表 6：时间指示器 LED颜色颜色可存储的内存可存储的内存 最顶端黄色二十公里或更少 4黄色十五公里或更少 3黄色十公里或更少 2黄色五公里或更少 最下端红色二公里或更少 工作时间是近似的，跟踪卫星数目和卫星几何图形将影响工作时段。各种条件如多路径效 应，电离层活动状态都可能影响结果，最后采集的时段长度要稍长一些，为了防止采集的 数据过少，摆站时间最好长一点。 基线解算必须至少需要同时段的两台接收机，确保每台接收机的采集数据有足够的重叠时 段。 注：底部工作时段 LED 快速闪烁表明初始化失败，如果发生这种情况，关闭接收机，再打 开。 （4）红外线通讯端口 在内存指示器和工作时段指示器之间有一个红外通讯端口，通过这个端口可以在接收机和 9 控制器间无线通讯。 （四）熟悉 GPS 接收机后面接口的作用。 GPS 接收机后面的外部端口具有 PWR/COM 双重功效，可作为外部电源供电端口，也可 作为通讯端口，在接收机同 PC 或控制器间通过电缆交换信息。 五五实验要求实验要求 1.通过实验认识Smart 3100 IS型单频 GPS 接收机并学会初步使用； 2.通过实验加深理解全球定位系统GPS 的概念。 10 实验二 GPS 测量外业实施及观测 一、实验准备一、实验准备 每组仪器：Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机一台，量高环一个，脚架一个，电池两 块，基座一个，2 米钢卷尺一把，记录板及记录表格。 二、实验内容二、实验内容 1、选点 选点应该注意： （1）点位应设在易于安装接收设备，视野开阔的较高点上。 （2）点位目标要显著，视场周围 15以上不应有障碍物，以减少 GPS 信号被遮挡或障碍 物吸收。 （3）点位应远离大功率无线电发射源（如电视机、微波炉等） ，其距离不少于 200m；远离 高压输电线，其距离不得少于 50m，以避免电磁场对 GPS 信号的干扰。 （4）点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效 应的影响。 （5）点位应选在交通方便，有利于其它观测手段扩展与联测的地方。 （6）地面基础稳定，易于点的保存。 （7）选点人员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选定点位。 （8）网形应有利于同步观测边、点联结。 （9）当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。 （10）当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性，以及觇标是否安全可用作一下检查， 符合要求方可利用。 2、标志埋设 GPS 网点一般应埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位，点的标石和标志 必须稳定、坚固以利于长久保存和利用。在基岩露头地区，也可以直接在基岩上嵌入金属 标志。每个点标石埋设结束后，提交点之记（见表 4-6）及 GPS 网的选取点网图。3、静态 基站安置 （1）三脚架对中 将三脚架安置在地面点上。要求 ：高度与观测者胸部齐平，架头概略水平，大致对中， 稳固可靠。伸缩三脚架架腿调整三脚架高度，在架头中心处自由落下一小石头，观其落 下点位与地面点的偏差，若偏差在 3之内，则实现大致对中。三脚架的架腿尖头尽cm 11 可能插进土中。 （2）接收机基座对中 这是精密对中的工作。 1)安置接收机基座:从仪器箱中取出基座放在三脚架架头上 (手不放松)，位置适中， 另一手把中心螺旋 (在三脚架头内)旋进基座中心孔中，使基座牢固地与三脚架连接在一 起。 2)脚螺旋对中: 这是利用基座的脚螺旋进行精密光学对中的工作。 a.光学对点器对光(转动目镜调焦轮)，使之看清光学对点器的分划板（圆圈）和地 面，同时根据地面情况辨明地面点的大致方位。 b.两手转动脚螺旋，同时眼睛在光学对点器目镜中观察分划板标志与地面点的相对 位置不断发生变化情况，直到分划板标志与地面点重合为止，则用脚螺旋光学对中完毕。 （3）三脚架整平 1)任选三脚架的两个脚腿，转动照准部使管水准器的管水准轴与所选的两个脚腿地 面支点连线平行，升降其中一脚腿使管水准器气泡居中。 2)转动基座上部使管水准轴转动 90，升降第三脚腿使管水准器气泡居中。 升降脚架时不能移动脚腿地面支点。升降时左手指抓紧脚腿上半段，大拇指按住脚 腿下半段顶面，并在松开箍套旋钮时以大拇指控制脚腿上下半段的相对位置实现渐进的 升降，管水准气泡居中时扭紧箍套旋钮。整平时水准器气泡偏离零点少于2 或 3 格。 整平工作应重复一二次。 （4）精确整平 1)任选两个脚螺旋，转动基座上部使管水准轴与所选两个脚螺旋中心连线平行，相 对转动两个脚螺旋使管水准器气泡居中。管水准器气泡在整平中的移动方向与转动脚螺 旋左手大拇指运动方向一致。 2)转动基座上部 90，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。重复 1)、2)使水准器 气泡精确居中。 （5）将接收机装配到基座上 Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机下部有一个标准 5/8 英寸的装配孔，用于将接收机固定 在基座或测杆上。 （6）天线定向 12 在天线的上表面，位于电池盒上方的测点上有一个小三角形，它是定向标志，用它来对准 参考北向。所有的接收机在测量时应对准相同方向。 （7）量取天线高 静态测量时量取斜高，步骤为： a.将量高环安置在天线顶部。接收机的圆周上有一圈凹槽，将量高环旋到它里面。 b.用 GPS 专用钢卷尺钩住量高环边缘的测量点，量取天线到地面待测点的距离。 （8）打开接收机完成设置，搜寻卫星，接收机将开始数据采集。 4、动态流动站安置 （1）将接收机安置在对中杆顶部 （2）将控制器放在卡槽中 （3）（可选）如想系统保持垂直，对中杆旁附上三角架 （4）测量接收机到地面的高度 （5）打开接收机盒控制器，搜索卫星，接收机开始采集数据。 三、实验学时：4 学时 四、实验要求 1. 通过实验掌握Smart 3100 IS型单频 GPS 接收机的使用方法； 2.学会在不同测量模式下量取天线高的方法； 3.掌握选点和埋设标志的原则。 13 实验三 GPS 测量工作流程 一、实验准备一、实验准备 每组仪器：Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机一台，量高环一个，脚架一个，电池两 块，基座一个，2 米钢卷尺一把，记录板及记录表格，手持控制器一部。 二、实验内容二、实验内容 1、基本静态测量中的数据采集流程：、基本静态测量中的数据采集流程： （1）放置一个 3100 IS 接收机在所做基线的一个测站点上。将接收机紧紧的固定在 固定高度的三角架上（或传统的可调节的三脚架上） ，安置在已知点的正上方。 （2）接收机定位即天线定位。 定向标志（一个小三角形） ，位于 3100 IS 接收机的顶部电池槽上方天线量高点上。 测量时将该标志对准参考北方。 注：建议所有 3100 IS 接收机都对准相同的方向。 （3）测量天线高度。 天线高也被称作仪器高（HI）注：精确测量和记录天线高是关键，如果没能精确量 测天线到点的高度将会使点位在三维方向上出现错误。测高方式有三种，分别为斜高，垂 高，真高。通常在用三脚架进行静态测量和建立基站时量取斜高。量取方法如下：将量高 环安置在天线顶部，用钢卷尺量取天线到地面上待测点的距离。然后将数据记录在野外记 录手簿上。 （4）在 GPS 记录簿上记录天线高度。 （5）打开接收机，它会有大概 60 秒的时间初始化。 注意：如果你是购买后第一次使用 3100IS 接收机，或者是在接收机使用过后全部复 位后，初始化建立大概需要 10 分钟。 （6）在初始化后 3100 IS 会用默认姓名自动打开一个新的文件并且开始卫星轨迹。 注意：只有共同的数据才能处理，当建立多个接收机站要小心，以保证它们在同一时间段 内收集数据。 （7）可视化卫星跟踪 LED 灯为黄色表明接收机是跟踪到有效的卫星信号。当记录数 据时 LED 显示灯就会闪烁。 14 （8）在 GPS 野外记录本上记录并描述点的 ID。 （9）接收机接收、记录 GPS 数据大概需要 2060 分钟（记录时间的长短取决于基线 长度和记录间隔） 。 （10）当你采集到足够的最佳的 GPS 数据后关闭接收机，使用占用时间标准作为指 南，最近的数据文件将自动存储并关闭。 （11）移动一个或者多个接收机到一个新点，保证至少有一个接收机在已知或先前 测量过的点。 （12）重复步骤（2）-（11）直到所有期望向量都被测量过。 （13）从接收机上下载原始数据到 PC 机，为了获得在 Spectrum Survey 基线点的坐 标，处理并调整 GPS 数据。 2、静态测量在野外用控制器、静态测量在野外用控制器 控制器 （1）执行基本静态测量中的数据采集流程 1 到 7 的步骤。 （2）打开控制器并且从 Windows CE 任务条中选择开始 3100 IS 。控制器将显示控制器主 菜单屏幕。 （3）LED 监控接收机。当接收到至少四颗卫星轨迹时（可视化卫星跟踪的第二个 LED 灯 就会亮） ，此时就准备采集数据了。 （4）获得新的历书。 （5）在静态 GPS 对话框里，用卫星分布图来帮助测定最佳的 GPS 测量环境。 （6）点击OK结束静态 GPS 对话框。 （7）点击静态测量开始一个新的任务。 （8）点击添加来打开添加静态观测对话框和填写有关测量的信息。 （9）完成后，点击开始来开始静态观测。 （10）用时间标准 LED 是在基站和流动站之间为已知基线长度（2、5、10、15 或是 20 千 米）初始化过的则占用该点。 （11） 选择接收机并点击停止来结束观测。 15 （12） 信息被传输到接收机后，将显示同步对话框。当同步完成时有声信息会提示你。 （13） 移动接收机到新点。至少要有一个接收机在已知点或先前测量过的点。 注意：添加其他静态观测点，重复步骤 8 到 13。 （14） 为了结束测量工作，点击OK来关闭测量对话框。结束测量对话框就会打开了。 （15） 从结束测量对话框中选择你想要结束的任务。 静态测量在办公室用控制器 （16）从接收机和控制器（*.sta）传输 GPS 原始数据到 PC 机。 （17）对 GPS 数据处理，平差，获得 Spectrum Survey 基线端点的坐标。详情参阅 Spectrum Survey Reference manual 手册。 3 动态测量工作流程动态测量工作流程 动态测量动态测量-野外野外 1、执行静态测量在野外用控制器部分 1 到 6 步骤，这些步骤描述了如何创建一个 3100 IS 接收机，作为基站，在基线上建立一个已知测点（终点） 。 注释：动态观测过程中，要有一个已知点或是假设已知点。这个点会为网络工作测量 提供控制。 2、点击动态测量来开始一个新的测量工作。 动态测量动态测量基站的建立基站的建立 3、要建立基础接收机站，点击协态任务对话框中基站新基站。 4、 和基站同步之后，点击屏幕右上角的OK 。 动态测量动态测量流动站的建立流动站的建立 5、打开流动站接收机。 6、要建立流动站接收机站，点击动态任务对话框中流动站新流动站。 7、在流动站的建立对话框中填写有关信息。 8、点击开始和接收机同步。这将会在接收机中创建一个新文件。 注释：如果你使用建立按钮，那么它们会使用已经在接收机中已经记录存在的文 件，就不会创建新文件。 9、点击OK 。 动态测量动态测量采集数据采集数据 注释：必须有一个基站接收机为流动站数据的处理采集数据，直到动态测量完成后才 能停止基站的观测。 16 10、将流动站放置在第一次测量的点。 11、点击读取来打开观测对话框，开始第一次动态测量。 12、 第一次读取所需动态初始化类型需要点击初始化按钮。类型选择框选择静态 OBS。这项检验拦已经读入了静态 0BS，假如这样的话，推出已选择的检验栏。 13、如果对点的 ID 和天线高度满意的话，点击读取开始初始化。 14、直到 LED 灯的基线距离占用时间规则正确检验时亮，才能够允许接收机初始化。 15、点击STOP结束初始化 16、接下来的测量是动态测量，因此不要选择 Static OBS。 17、移动流动站到一个观测点（例如：消防栓或路边） 。 18、点击Read开始观测。根据你的读取设定，流动站将采集数据几秒到几分钟。 19、等待直到历元计数完成，后选择Save存贮存在的点号信息。 20、继续 17-19 的步骤进行动态测量。 动态测量动态测量结束测量结束测量 21、当测量结束，按动态观测框上的OK键，动态测量对话框将打开。 22、如果你准备结束你的工作，点击OK键，动态测量对话框会弹出。 23、选择 End Survey 对话框的一个选项。 24、回到基站接收机处，从 Kinematic Job 对话框中选择标记为 BASE 的选项。 25、选择Receiver页并按STOP 。 26、选择在 End Survey 对话框中的一个选项。 27、关闭接收机，当前的数据文件将自动保存关闭。 动态测量动态测量在办公室中在办公室中 28、照着静态测量的步骤用控制器在办公室。 三、实验学时 4 学时 四、实验要求 1、掌握 GPS 的静态测量（无控制器）的工作流程。 2、会使用Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机，进行静态测量（无控制器）。 3、掌握GPS 的静态测量（使用控制器）的工作流程。 4、了解动态测量的工作流程。 17 实验四 Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机数据下载 一、实验准备一、实验准备 每组仪器：Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机一台，计算机一台，记录表格,传输数据 线，SPECTRUM SURVEY 安装软件。 二、实验内容二、实验内容 1 1、SPECTRUMSPECTRUM SURVEYSURVEY 的安装的系统要求的安装的系统要求 为了能够正常的安装和使用 SPECTRUM SURVEY 用户的计算机一般应保证满足以下最低硬件 和软件要求： 1、操作系统：Microsoft Windows（9x，NT，ME，XP，OR2000） 2、内存：16MB 3、硬盘：至少需要 64MB 的硬盘空间 2 2、 安装安装 SPECTRUMSPECTRUM SURVEYSURVEY 软件软件 SPECTRUM SURVEY 软件安装文件中有名为 SETUP.EXE 的可执行文件，执行该文件可弹出如 图所示的安装界面： 用户可一直执行 Next（下一步）进行安装。 3、数据下载、数据下载 野外测量完成后，你需要将原始数据上传输到 Smart GPS 中文后处理软件来解算未知 18 点的坐标。 下面的步骤将教你如何将数据从接收机传输到SPECTRUM SURVEY 1、打开接收机和用户计算机 2、连上串行电缆（通常是 Com1 端口） 3、运行SPECTRUM SURVEY，新建一个项目 4、在“工程启动”对话框里选择下载则出现“Download/Upload” （下载/上传）对话框 如果不出现该对话框从SPECTRUM SURVEY 主菜单中选择文件，在文件的下拉菜单 中 选择发送/接收，也将会出现Download/Upload（下载/上传）对话框。 5、从接收机类型的下拉列表中选种 3100 IS 接收机，或者双击3100 IS图标。 6、点击Setting来确保通讯参数的设置上正确，建议使用 115200 传输率。 7、点击OK接受这些设置，回到“Download/Upload” （下载/上传）对话框。 8、点击Connect ，建立起同接收机的通讯。 9、在 Local Machine 窗口，选择存储的文件路径。 10、在 Device 窗口，选取需要传输的数据然后点 按钮，数据文件将会从接收机 复制到你设定的路径下。 11、数据文件复制完后，点击 Device 窗口下端的Disconnect按钮。 12、重复 3-11 步到数据传输完闭。 “Download/Upload（下载/上传） ”对话框 4 4、新建一个工程：、新建一个工程： SPECTRUM SURVEY 数据管理方法是基于工程（project）的，所有的数据及相关结果皆依不 19 同的工程分类管理，并且数据处理也是在特定的工程下进行的。因此，在处理不同工程的 数据时，必须首先建立一个工程。 建立一个工程是 SPECTRUM SURVEY 软件进行数据处理的基础，其具体步骤如下： 1.“文件”菜单下选定“新建工程”弹出“工程设定”对话框： “工程设定”对话框 “一般”选项卡： 工程文件名：自定义，用户可根据工程需要自己拟订 使用者：自定义，把使用者的信息输入即可。 日期：系统默认 定位：可以选择盘符目录把文件放在自己定义的文件夹下。 2. “坐标系统/时间”选项卡： “工程设定”对话框 坐标系统下拉列表框用于确定坐标系统的类型，一般采用 GEO（米）即 Geographic on 20 WG84 坐标系统，用户也可以根据需要选择其他的坐标系统，如果下拉列表中没有要选择 的坐标系统，可单击下拉列表后的按钮弹出“坐标系统选择”对话框进行坐标系统的 加载。 “坐标系统选择”对话框 时间格式下拉列表框用于确定所采用的时间格式，一般采用当地时间。用户也可根据工程 需要选择 GPS 时间或 UTC 时间。 时区：标准项选择 （GMT+08：00）Beijing ,Chongqing,Urumqi 3.平差选项卡： “工程设定”对话框 期望的观测网精度选项组： 水平的：加号前的有效的变化值为 0.000 到 100.000 单位为米（m） ，默认值为 0.010m。加号后的有效的变化值为 0 到 1000 单位为 ppm，默认值为 1ppm。 垂直的：加号前的有效的变化值为 0.000 到 200.000 单位为米（m） ，默认值为 0.020m。加号后的有效的变化值为 0 到 1000 单位为 ppm，默认值为 1ppm。 置信度水平单选框： 选择 99误差 还是 95误差主要取决于工程的精度要求，一般工程选择 95%的误差。 21 收敛选项组： 最大叠代次数：有效的变化值为 1 到 32767（默认一般为 5） 0 收敛限制：有效的变化值为 0.0001 到 0.0009 单位为米（默认，一般为 0.0001 米） 4、 “边界检测”选项卡 “工程设定”对话框 对话框里的内容使用当前默认即可。然后点击 OK（确定）工程即可建好。 附注：附注：一般情况下打开本软件就会进入以下界面 在此界面下可以直接点击建立一个新的工程文件，也可以弹出工程设定对话框来进行工程 的建立。 三、实验学时三、实验学时 2 学时 四、实验要求四、实验要求 1 1、熟悉 SPECTRUM SURVEY 软件的工作界面，熟悉命令菜单与工具框. 2、掌握 Smart 3100 IS 型单频 GPS 接收机数据下载. 3、 能够运用下载数据建立一个工程。 22 实验五 基线解算 一、实验准备一、实验准备 安装 SPECTRUM SURVEY 软件的计算机一台 二、实验内容二、实验内容 1、解算步骤、解算步骤 SPECTRUM SURVEY 进行基线解算步骤为： 1、 选定工程（新建或打开工程） 。 2、在文件管理器对话框下点击“导入按钮”即可进入“导入观测值和星历”对话框 查找存放数据的文件后打开，再把所要用的数据选中单击确定即可建立基线。 “导入观测值和星历”对话框 本例建立好的基线如下。 2、生成数据报告、生成数据报告 1.基线建立好以后进行点的编辑：任选一点，点击右键出现以下菜单项 23 点击编辑点菜单项，进入“点编辑”对话框 “点编辑”对话框 信息选项卡： 点名：即该点的名称，用户可根据需要通过重命名项进行更改点名。 GPS 选项组：可以通过做为参考站选项来确定该点是否为参考点(参考点可以根据工程需要 自定义)。 观测选项卡如下： 测量时间信息选项组：用来确定观测开始时间和结束时间 我们可以在开始时间选项和结束时间选项中进行开始时间和结束时间的更改，如不需要更 改可以使用默认的时间。 天线量测选项组： 模型选项下拉列表列出了 3100_IS_Slant (天线斜高)和 3100_IS_Vert (天线垂高)等选项，一 般选择 3100_IS_Slant (天线斜高)。 24 量测高选项框里输入 GPS 接收机测量时所量的斜高。 按此方法把其余的点进行编辑。编辑好以后则可以进行处理数据。 2.处理数据的做法：点击工具栏下的处理数据图标进行数据的处理，然后生成数据报 告。 可以看出本例基线解算类型都是固定，如果有基线是浮动的则需要进行分析处理，使浮动 变成固定之后才可以进行平差。 注：使用观测量：即卫星的使用比例 Ratio (比率)：反应残差的稳定性，一般 3 以上即可，越高越好 RMS：点位中误差 3、基线浮动时的分析和处理方法： 如若生成的数据报告中有些基线是浮动的，应采用如下方法进行分析和处理使浮动的基线 变成固定的。 1.分析下拉菜单下选中原始观测值，选中观测卫星数选项,进行最佳观测时段的分析， 得出最佳观测时段后可以在点编辑对话框里调整开始观测时间，进行最佳时段的更改。 2.在分析下拉菜单下选中原始观测值，选中观测的卫星，进入观测卫星界面，察看一 些观测不好的卫星。也可以在分析菜单下 ，处理的向量选项下选择向量残差，然后进入向 量残差的分析界面 ，察看观测不好的卫星。把观测不好的卫星剔除的方法如下：点击工具 栏下的处理参数图标弹出“处理参数”对话框 在卫星浮动条下把观测不好的卫星删除 掉。 25 “处理参数”对话框 三、实验学时三、实验学时 4 4 学时学时 四、实验要求四、实验要求 1、掌握基线解算的工作流程 2、学会分析基线浮动时的处理方 26 实验六 GPS 网平差 一、实验准备一、实验准备 安装 SPECTRUM SURVEY 软件的计算机一台 一、一、 实验内容实验内容 首先要建立坐标系统，具体做法为：点击工具栏上的坐标系统图标进入“坐标系统选 择”对话框 1.增加 TM 坐标 ：点击“增加”按钮即可弹出“投影定义”对话框，然后在 “投影定义”对话框里选择 TM 点击确定然后弹出“TM 配置”对话框 27 “TM 配置”对话框 中央子午线： 输入当地的中央子午线精度（本书以天水地区为例中央子午线精度应输入 105 度） 比例 ：设置为 1。东方向偏移：输入 500000。北方向偏移：默认 0.00。 DaTum 选项 ： 选择 BEIJING54 ，如果选项里没有 BEIJING54，则可以通过点击后面的按钮 进入 “DaTum 选项”对话框进行增加。当上述所有选项设置好以后点击确定。 2.增加当地坐标 ，点击“增加”按钮即可弹出“投影定义”对话框，在“投影 定义”对话框里选择 LCLGRID local Grid 然后确定，可弹出“局部坐标配置”对话框 “局部坐标配置”对话框 导入已知点（选两个）具体做法：点击“导入”按钮进入“点导入”对话框 “点导入”对话框 选择要导入的两个已知点数据后再点击导入按钮，即可把点导入。然后进入“局部坐标配 28 置”对话框，在局部 X 里输入已知点的 Y 坐标 在局部 Y 里输入已知点的 X 坐标。图形如 下： “局部坐标配置”对话框 数据输入完毕后，点击计算按钮。然后点击“高级”按钮进入“局部坐标高 级配置”对话框，看比例接近 1 即可。 4、 对两个已知点进行编辑：打开点编辑对话框（打开方法参见实验五基线解算部分）平 差复选框下，进行水平固定，垂直固定的选择（一般一个已知点需要水平、垂直都固 定，另一个已知点水平固定即可） 。在正高文本框里输入已知点的高程。 “点编辑”对话框 4、点击工具栏下的“平差参数”图标打开“网平差参数”对话框： “网平差参数”对话框 29 选项选项卡下：选中水平旋转解算、比例尺解算、平差后更新点坐标这三个选项。 一般选项卡的设置，一般情况下属于默认，也可根据工程需要而变设置好以后确定。 5、所有基线选中以后，点击工具栏下的完全平差图标进行平差，得到网平差报告。 网平差报告 三、实验学时三、实验学时 4 4 学时学时 四、实验要求四、实验要求 1、掌握 GPS 网平差的操作步骤。 2、学会分析网平差报告。 30 第三部分第三部分 GPSGPS 测量教学综合实训测量教学综合实训 一、实习目的 实习的目的是使学生了解根据 GPS 定位的特点来测定工程控制网的过程，它和常规工 程控制网的不同点和相同点，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解， 增强学生的动手能力，培养学生解决问题、分析问题的能力。通过学习，应达到如下要求： 1.熟练掌握 GPS 接收机的使用方法，外业观测的记录要求，选点、埋石的要求。 2.合理分配时段、掌握星历预报对时段的要求，PDOP 值的大小对观测精度的影响，图 形结构的设计及外业工作，手机或对讲机的合理应用。 3.培养学生热爱本职工作，关心集体、爱护仪器及工具的良好职业道德以及对工作认真 负责，对技术精益求精的工作作风，遵守校纪校规，保护群众利益的社会公德。 4.通过 GPS 定位实习，将所学知识融会贯通，从外业准备工作开始，测区踏勘、资料 收集、人员组织、外业观测计划，GPS 网与地面网的联测方案，编写 GPS 技术设计书并实 施。 二、实习内容 1.1.作业依据作业依据 1.11.1 GPSGPS 测量规范（规程）测量规范（规程） （1） 全球定位系统（GPS）测量规范 （2） 全球定位系统城市测量技术规程 （3）各行业部门的其他 GPS 测量规程或细则 1.21.2 测量任务书测量任务书 测量任务书或合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。它规定 了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务的经 济指标等。 2.2.施测方案施测方案 2.12.1 布网方案布网方案 采用四台 GPS 接收机，按边连式或点连与边连相结合的形式布设 GPS 控制网，等级为 E 级。 31 2.22.2 坐标系统、高程系统和时间系统坐标系统、高程系统和时间系统 GPS 基线向量为 WGS-84 坐标系，GPS 网平差成果为西安 1980 坐标系坐标或 1954 北京坐标 系并转换为测区独立坐标系坐标。 高程系统采用 1985 国家高程基准。 时间系统采用北京时间系统。 2.32.3 测区已有的大地控制成果测区已有的大地控制成果 测区如有已知的国家高等级三角点，可考虑联测国家高等级点，将 GPS 网点的坐标转换到 国家坐标系中。如无已知的国家高等级三角点，则采用测区独立坐标系统。 2.42.4 起算数据起算数据 本次实习 GPS 控制网可考虑利用国家等级点，必须有西安 1980 坐标系坐标或 1954 北京坐 标系坐标，作为本次实习 GPS 控制网的起算数据。如无已知的国家高等级三角点，则采用 测区中任意两点的独立坐标作为本次实习 GPS 控制网的起算数据。 3.3.外业观测外业观测 3.13.1 GPSGPS 外业观测外业观测 GPS 观测及作业要求： （1）外业作业调度安排（按实际情况另排） 。 （2）GPS 接收机的检验：一般检视；通电检验。 （3）观测组严格按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组。 （4）每时段开机前，作业员量取天线高，并及时输入测站名、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，两次量天线高互差不得大于 3mm，取平均值作为 最后结果，记录在手簿中。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入测量手簿备注栏 中。 （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。当时段观测时间超过 60min 以上，应每隔 30min 记录一次。 （6）一个时段观测过程中不得进行以下操作：关闭接收机又重新启动；进行自测试(发现 故障除外)；改变卫星高度角；改变数据采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文 件等功能键。 （7）观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他 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；雷雨过境时应关机停测，并卸下 32 天线以防雷击。 （9）每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。 （10）记录雨、晴、阴、云等天气状况。 4.GPS4.GPS 网的数据处理网的数据处理 基线数据采用 Smart3100IS 随机软件包进行求解，用 BJ-54 坐标进行平差，包括数据传输、 输入数据、解算基线、打印网图、检验基线闭合差、定义椭球元素、选择坐标系统、定义 高斯投影、网平差。 其主要技术参数如下：卫星截止高度角15，星历为广播星历，采用 L1 频率。 三、测区概况 根据实际选定实习场地，布设 10 个左右的 GPS 控制点，构建一个 E 级 GPS 网，满足实习需 要。 四、组织安排 1、时间安排 实习时间为 1 周。具体安排如下表： 序号 实习内容名称 时间分配 （天） 1 测区踏勘、选点 0.5 2 星历预报、编写观测计划 0.5 3 GPS 静态观测 1.0 4 数据传输、网平差 1.5 5 GPS 动态观测 1.0 6 打印成果、实习总结 0.5 合计 5.0 2、人员组织 实习过程由指导老师和班委负责。外业工作分 2 个大组，每大组分两小组，每组一台 Smart3100IS 单频 GPS 接收机，电脑 1 台，脚架一个，电池两块，基座一个，2 米钢卷尺一 把，工具箱一个，记录板一块，记录表格若干，小测伞一把。每台接收机均由指导老师和 班干部具体负责。 五、实习要求 1.指导教师应以身作则，严格要求学生，经常对学生进行思想和安全教育工作，尤其对人 33 身安全和仪器安全引起高度重视，并且应时时关心和爱护学生。 2.学生应对工作认真负责，对技术精益求精、互相支持、搞好团结、共同努力完成任务。 实习中要特别注意仪器设备的安全，组长负责仪器设备的领取和归还、以及工具的管理与 安全工作，小组长负责学生的管理工作，每次出工和收工应清点仪器和工具，发现问题应 及时向指导老师报告。 3.加强组织纪律性，遵守学生守则、遵守实习制度，加强请假制度，未经指导老师同意， 不得缺勤，不得私自外出，无故不请假离开实习者，以旷课论处。实习中，各小组长应切 实负责，合理安排小组工作。实习的各项工作每人都应有机会参与，得到锻炼。 4.网平差要求每个同学计算一遍，打印成果上交。 六、上交成果 每人应上交技术总结 1 份，其内容如下： 1.测区踏勘状况 2.三角点、水准点的资料 3.布设的 GPS 网略图 4.星历预报的详细资料 6.内业计算成果 基线计算 网平差 7.个人的心得体会 已知点坐标由指导老师提供，上缴的实习成果要存档，打印并装订成册。注明实习测区、 班级、小组、姓名及年月日，成果中应按某城市 GPS等控制网测量技术设计实例的要求 进行，实习总结可写在实习日志中。 七、成绩评定 实习成绩评定依据：学生的操作技能，内业数据处理时分析问题和解决问题的能力，组织 纪律，工作态度，爱护仪器和工具，所提交 GPS 控制网成果资料的质量， GPS 测量技术设 计书和GPS 测量实习报告的编写水平等。 实习成绩评定等级：根据以上实习成绩评定依据，实习成绩分为优、良、中、及格和不及 格五个等级，其中凡违反实习纪律，缺勤 3 天以上，实习中发生打架事件，发生重大仪器 34 事故，未提交成果资料和实习总结等，成绩均记为不及格。 附附 GPSGPS 测量技术要求测量技术要求 一、GPS 测量精度、密度标准及分类（1）GPS 测量精度分类对于各类 GPS 网的 精度设计主要取决于网的用途。用于地壳形变及国家基本大地测量的 GPS 控制网可按表 4- 1 分级。 表 4-1 GPS 测量精度分级（一） 级别主要用途固定误差 a（mm）比例误差 b（mm） A 地壳形变测量或国 家高精度 GPS 网建 立 50.1 B B 国家基本控制测量 81 用于城市或工程的 GPS 控制网可按表 4-2 分级表 4-2 GPS 测量精度分级（二） 等级平均距离 （km） a（mm）b（mm）最弱边相对中 误差 二等 9102 1/12 万 三三等 5105 1/8 万 四等 21010 1/4.5 万 一级 11010 1/2 万 二级 11520 1/1 万 （2）GPS 测量的精度标准 GPS 测量的精度标准通常用网中相邻点之间的距离中误差表示， 其形式为： 22 )(bda 式中：-距离中误差（毫米） ； 固定误差（mm） ；b比例误差系数（ppm） ；d相邻点之间的距离（km） 。 35 （3）GPS 点的密度标准实际生产中，应根据测区大小、GPS 网的用途，来设计网的等级和 精度标准。制定 GPS 网的密度标准，主要考虑任务要求和服务对象。密度可参照表 4-3 的 规定执行。 表 4-3 GPS 网中相邻点间距离 单位：km ABCDE 相