长大测绘本科生用_《GPS原理及其应用》实习指导书

1 GPS 测量原理及应用 课程 GPS 控制测量实习指导书 四年制本科 测绘工程 专业用 二二 一二年五月一二年五月 目目 录录 1 1 实习目的实习目的 1 1 2 2 测区情况测区情况 1 1 1 3 3 作业依据及参考资料作业依据及参考资料 2 2 4 4 GPSGPS 静态测量实习方案静态测量实习方案 2 2 4 1 布网方案 2 4 2 坐标系统 高程系统和时间系统 2 4 3 测区已有的大地控制成果 2 4 4 控制网的起算数据 2 4 5 GPS 控制测量实习分组名单 3 4 6 GPS 控制测量实习进度安排 4 5 5 GPSGPS 动态测量实习方案动态测量实习方案 4 4 5 1 动态测量的基准 4 5 2 RTK GPS 实时动态测量 测量实习 5 5 3 手持式 GPS 接收机测量实习 5 6 6 GPSGPS 静态测量外业观测及观测数据资料的处理静态测量外业观测及观测数据资料的处理 5 5 6 1 GPS 外业观测 5 6 2 外业观测数据的检核 7 6 3 野外观测资料的上交 8 7 7 GPSGPS 控制网的数据处理控制网的数据处理 8 8 7 1 基线解算 8 7 2 网平差 8 7 3 网平差后的精度指标 8 8 8 实习结束后应提交的成果资料实习结束后应提交的成果资料 9 9 0 GPS GPS 测量原理及其应用测量原理及其应用 实实 习习 指指 导导 书书 1 1 实习目的实习目的 了解 GPS 控制测量作业的全过程 掌握 GPS 静态和动态测量数据处理的基 本知识 巩固课堂学习的理论知识 将理论与实践有机结合 提高理论水平与 外业操作能力 2 2 测区情况测区情况 根据实际情况选定实习场地 布设 8 个 GPS 控制点 如图 1 所示 用静态 相对定位模式施测一个 D 级 GPS 网 为动态 GPS 测量 RTK GPS 或 DGPS 提供 基本控制点 满足实习需要 图图 1 1 校区 D 级 GPS 控制网 1 3 3 作业依据及参考资料作业依据及参考资料 GB T 18314 2009 全球定位系统 GPS 测量规范 CJJ 73 97 全球定位系统城市测量技术规程 CH 1002 95 测绘产品检查验收规定 CH 1003 95 测绘产品质量评定标准 CJJ 8 99 城市测量规范 4 4 GPSGPS 静态测量实习方案静态测量实习方案 4 14 1 布网方案布网方案 采用三台 GPS 接收机按边连式施测 GPS 控制网 等级为 D 级 4 24 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 网平面平差成果为西安 1980 坐标系坐 标或 1954 北京坐标系坐标 并转换为测区相应的独立坐标系坐标 高程系统采用 WGS 84 大地高系统 1985 国家高程基准或 1956 年黄海高程 系统 时间系统采用北京时间系统或 UTC 时间系统 4 34 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 4 44 4 控制网的起算数据控制网的起算数据 本次实习 GPS 控制网可考虑利用国家等级点 2 个 据实际情况而定 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 独立坐标系可选用已建成 的地方独立坐标系 也可以在实习时自己建立 2 4 64 6 GPSGPS 控制测量实习进度安排控制测量实习进度安排 日 期实 习 内 容 2012 年 5 月 29 日 周二 上午 8 30 实习动员大会 讲课 领仪器 检查仪器 练习 仪器操作 下午 选点 布网 绘制 GPS 控制网网图 各组协同制定各自的 外业观测计划 共同选定两个 D 级 GPS 控制网 每个网有 8 个 GPS 控制点 撰写 GPS 控制测量技术设计书 2012 年 5 月 30 日 周三 第 1 2 3 4 组开始外业观测 每组观测 3 个时段 每时段至少 观测 2 个小时 每两个小组共同完成一个 D 级 GPS 控制网的外业 观测任务 注意及时下载数据 第 15 16 组进行 RTK 实习 其 余上机进行软件操作实习 2012 年 5 月 31 日 周四 第 5 6 7 8 组开始外业观测 每组观测 3 个时段 每时段至少 观测 2 个小时 每两个小组共同完成一个 D 级 GPS 控制网的外业 观测任务 注意及时下载数据 第 13 14 组进行 RTK 实习 2012 年 6 月 1 日 周五 第 9 10 11 12 组开始外业观测 每组观测 3 个时段 每时段至 少观测 2 个小时 每两个小组共同完成一个 D 级 GPS 控制网的外 业观测任务 注意及时下载数据 第 1 2 组进行 RTK 实习 2012 年 6 月 2 日 周六 第 13 14 15 16 组开始外业观测 每组观测 3 个时段 每时段 至少观测 2 个小时 每两个小组共同完成一个 D 级 GPS 控制网的 外业观测任务 注意及时下载数据 第 3 4 组进行 RTK 实习 2012 年 6 月 3 日 周日 GPS 静态测量补测 第 5 6 组进行 RTK 实习 2012 年 6 月 4 日 周一 第 1 2 3 4 9 10 11 12 组上机实习 7 8 组进行 RTK 实 习 2012 年 6 月 5 日 周二 第 5 6 7 8 13 14 15 16 组上机实习 7 10 组进行 RTK 实习 2012 年 6 月 6 日 周三 11 12 组进行 RTK 实习 其余学生进行上机实习 2011 年 6 月 7 日 周四 整理资料 撰写 GPS 控制测量技术总结报告 每个小组一份 撰 写个人实习总结报告 每人一份 2011 年 6 月 8 日 周五 上交 GPS 实习资料和 GPS 实习报告 实习结束 5 5 GPSGPS 动态测量实习方案动态测量实习方案 5 15 1 动态测量的基准动态测量的基准 GPS 静态测量所获得的若干控制点成果 可以作为动态 GPS 测量 RTK GPS 3 或 DGPS 的基本控制点 以此作为位置基准 可以开展 RTK GPS 测量工作或利 用手持式 GPS 接收机作简单的位置差分 DGPS 实习 5 25 2 RTKRTK GPSGPS 实时动态测量 测量实习 实时动态测量 测量实习 GPS 的 RTK 测量模式要求至少两台同时工作的 GPS 接收机 在三台套接收 机的 GPS 实时动态测量系统中 其中一台接收机被指定为基准站 另外两台为 流动站 基准站接收机通常置于一个已知点上 即经度 纬度和高程已知的点 实际操作中 基准站系统采集来自可用卫星的原始数据 该原始数据经包装后 由串行端口送往待命的无线电发射机 发射机对包装后的原始数据进行广播 任何流动站接收机都可以接收基准站发射的原始数据 与此同时 流动站 GPS 接收机会在其当前位置采集本机的原始数据 来自基准站 GPS 接收机与流动站 GPS 接收机的原始数据汇集在流动站接收机中处理 有求差法和修正法两种方 式 以计算出两个接收机之间精确到厘米级的基线向量 最后 流动站接收机 利用已知基准站位置和基线向量来计算流动站位置坐标 RTK 系统可应用于两项主要测量任务 即测点定位和测设放样 本次实习要求每个小组用 RTK 系统测出某个建筑物的外形轮廓 如操场 广场或楼房等 即可 5 35 3 手持式手持式 GPSGPS 接收机测量实习接收机测量实习 手持式 GPS 接收机使用起来方便 轻巧 有导航和定位两大功能 但手持 机只能用于某些低精度 精度要求在 10m 以内 的测量工作中 如森林资源普 查 农作物分布普查 地质填图和考古等 采用差分定位技术可以有效提高手持机的定位精度 因此 本次实习要求 每组用手持式 GPS 接收机测量一组点的坐标 然后用简单的位置差分技术对所 测数据进行修正 以检验位置差分技术能在多大幅度上提高手持机的定位精度 6 6 GPSGPS 静态测量外业观测及观测数据资料的处理静态测量外业观测及观测数据资料的处理 6 16 1 GPSGPS 外业观测外业观测 本次实习的 GPS 控制网采用 GPS 技术静态观测方法施测 4 采用的主要仪器设备 6 台莱卡 GS15 双频 GPS 接收机 3 台南方测绘 仪器公司的 S86 双频 GPS 接收机 D 级 GPS 网对 GPS 接收机的技术 指标要求见下表 接收机类型标称精度观测量同步观测接收机数 双频或单频 10mm 3 10 6 D 载波相位3 台 计算机 台式 PC 机 60 台 本次 D 级 GPS 测量作业的基本技术要求见下表 观测方法 卫星 高度角 有效观测 卫 星 数 平均重复 设 站 数 几何图形强 度 PDOP 值 时段长 min 数据采样 间隔 S 静态 15 4 1 6 10 60 10 或 15 注 实际观测中 有效观测卫星数一般大于 4 颗 PDOP 值一般小于 10 GPS 观测及作业要求 1 外业作业调度安排 按实际情况由实习班组自主安排 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 作业员要量取天线高 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 并卸下天线以防雷击 5 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 6 26 2 外业观测数据的检核外业观测数据的检核 作业组外业观测后 及时地对野外观测数据进行质量分析 1 重复基线边较差的检验 同一条GPS基线边若观测了多个时段 可得多次基线边观测结果 同一条基 线边任意两个时段结果的互差不宜超过下式的规定 22 ds 2 同步环各坐标分量闭合差的检验 采用单基线处理模式 对于采用同一种数学模型获得的基线解 由其同步 时段若干基线组成的同步多边形环的坐标分量相对闭合差和全长闭合差应满足 n i iz n i iy n i ix nzW nyW nxW 1 1 1 5 1 5 1 5 1 222 3 5 xyz n WWWW 同 式中n为多边形的边数 为GPS网相应级别规定的观测精度 3 异步环各坐标分量闭合差的检验 由若干条独立基线边构成的异步闭合环 其闭合差应符合下式规定 nW nW nW z y x 3 3 3 3 3Wn 异 式中n为多边形的边数 为GPS网相应级别规定的观测精度 异步环多边形闭合差的大小 是基线向量质量检核的主要指标 如果闭合 差超限 应及时分析原因 对其中部分成果进行重测 6 基线处理采用标准参数解算 采用其它技术参数 如删除卫星 截取时间段 提升卫星截止高度角等 解算的基线以文本文件 磁盘 说明 6 36 3 野外观测资料的上交野外观测资料的上交 野外观测结束 经外业数据检核 确认各项质量指标全部符合要求之后 各实习小组提交以下资料 经实习指导教师验收后再进行 GPS 控制网的整体平 差工作 提交的提交的 GPSGPS 测量外业资料 测量外业资料 1 野外 GPS 观测手簿 2 野外 GPS 观测原始数据文件 3 野外 GPS 观测 RINEX 格式数据文件 4 基线解算结果文件 5 外业检核文件 包括同步环 重复基线和异步环闭合差文件等 6 测区控制网 GPS 测量观测方案略图 7 外业观测技术总结和成果检验报告 提交一份简要报告即可 7 7 GPSGPS 控制网的数据处理控制网的数据处理 7 17 1 基线解算基线解算 基线解算采用双差固定解 整数解 其主要技术参数如下 卫星截止高度角 15 星历采用 GPS 接收机接收到的广播星历 基线解算结果采用 L1 单频解 删除的卫星或禁止作为参考卫星的数目不得超过卫星总数的 20 7 27 2 网平差网平差 GPS 控制网的平差计算在 WGS 84 空间直角坐标系下进行三维无约束平差 以检查本次 GPS 网的内符合精度 同时 为将 WGS 84 空间直角坐标系下的 GPS 基线观测值投影到高斯平面上 并转换到国家西安 1980 坐标系和 1954 北京坐 标系中 或地方独立坐标系 再次进行 GPS 控制网的二维约束平差 7 7 37 3 网平差后的精度指标网平差后的精度指标 GPS 基线精度优于 10 6 控制点的平面位置精度优于 10mm 高程精度优 于 15mm 8 8 实习结束后应提交的成果资料实习结束后应提交的成果资料 1 GPS 控制测量 D 级 技术设计书 每个小组一份 打印 2 GPS 测量外业资料和数据处理中间结果资料 每个小组一份 3 基线取舍资料及基线分布图 每个小组一份 手绘或打印 4 GPS 控制点的坐标成果 每个小组一份 打印 WGS 84 坐标系坐标 坐标转换后应提交以下三种坐标系统中的一种坐标 1980 西安坐标系 坐标 或 1954 北京坐标系坐标 或测区独立坐标系坐标 5 1 1 万 GPS 控制点展点图 GIS 软件绘图或 CAD 绘图 每个小组一 份 打印 6 GPS 控制测量技术总结报告 每个小组一份 7 小组实习总结报告 每个小组一份 8 个人实习总结报告 每人一份 8 基于美国 PBO 监测网的 GPS 数据处理实习计划 1 实习的目的 意义 为了充分挖掘 GPS 技术在全方位立体实时监测地球活动中的潜力 全球众多部门开展 了满足不同监测目的 GPS 监测研究计划 例如全球最大的 CORS 网 IGS 美国科学项目 地球透镜计划 Earthscope 中的板块边界观测 PBO Plate Boundary Observation 美国南加州 GPS 观测网 SCIGN 计划 The Southern California Integrated GPS Network 日本的密集 GPS 观测台阵 中国地壳运动观测网络以及各城市开展 GPS 综合服务网络等 本次实习计划的目的主要是基于美国板块边界观测 PBO 监测网 学习如何基于网上丰 富的 GPS 数据资源进行高精度 GPS 数据处理 了解全球最大的 CORS 网 IGS 服务中心提供 的不同产品 全球不同区域满足不同应用的 GPS 连续监测网等 2 实习的基本内容 内容 了解 PBO 监测网的目的 PBO 监测数据的存储格式 学会如何从网上下载 PBO 观测数据 广播星历及 IGS 提供的不同等级轨道与钟差产品 时间 2 周 3 实习要求 a 每人要根据自己学号下载自学号开始连续三天观测数据 一班下载 2008 年 二班 下载 2009 年 三班下载 2010 年 四班下载 2011 年 如你的学号是 26040804 即你下载的数据为 2011 年第四天至第七天的观测数据 美国美国 SOPACSOPAC 数据处理中心主页 数据处理中心主页 http sopac ucsd edu http sopac ucsd edu GPSGPS 时间转换网址 时间转换网址 http sopac ucsd edu scripts convertDate cgihttp sopac ucsd edu scripts convertDate cgi PBO 监测网的主页 http pbo unavco org http pbo unavco org PBO 监测网的 FTP lox ucsd edu 用户名 anonymous 密码 随便输入你的一个邮箱地址 9 PBO 监测网网图主页 http sopac ucsd edu cgi bin somi4i cx http sopac ucsd edu cgi bin somi4i cx 115 78 cy 40 91 scale 50000000 file master map js 0115 78 cy 40 91 scale 50000000 file master map js 0 b 每人在网上任意选