静态GPS-RTK实习报告课件

1、静态GPS控制测量实习报告 第一部分 实习概述 一、实习目的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二、实习地点：内蒙古科技大学三、实习内容：对学校进行RTK静态控制测量四、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城市测量规范五、测区概况内蒙古科技大学校园，位于内蒙古包头市阿尔丁大街

2、7号，测区为内蒙古科技大学整个主校区。测区地物主要对象为教学楼、师生住宿楼、植被、电力及通讯设备、供、排灌网络，文体设备等。六、静态测量实习方案 1 布网方案 采用三台或四台GPS接收机，按边连式、点连式或混合式的布网形式布设GPS控制网，等级为D级。2 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。 3 测区已有的大地控制成果 测区如有已知的国

3、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 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。 第二部分 GPS测量原理及测量方法一、GPS定义全球定位系统 GPS （ Global Position System

4、） , 是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统 , 可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。 2、 GPS 系统的组成 1、空间卫星部分。由 21 颗工作卫星和 3 颗备用卫星。 2、地面控制部分。其由 1 个主控站， 5 个监控站和 3 个注入站组成。 3、用户接收机部分。 GPS 接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型 （ L1 ）和双频型（ L1 ， L2 ）。 三、 GPS 定位原理 1）绝对定位原理 利用 GPS 进行绝对定位的基本原理为：以 GPS 卫星与用户接收机天线之间的几何距离观测量 为基础，并根据卫星的瞬时坐标（ XS ,Y

5、S ,ZS ），以确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。 设接收机天线的相位中心坐标为（ X,Y,Z ），则有： 式(1.1)卫星的瞬时坐标（ XS ,YS ,ZS ）可根据导航电文获得，所以式中只有 X 、 Y 、 Z 三个未知量，只要同时接收 3 颗 GPS 卫星，就能解出测站点坐标（ X,Y,Z ）。可以看出， GPS 单点定位的实质就是空间距离的后方交会。 2）相对定位原理 GPS 相对定位，亦称差分 GPS 定位，是目前 GPS 定位中精度最高的一种定位方法。其基本定位原理为：如图 7-22 所示，用两台 GPS 用户接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的 GPS 卫

6、星，以确定基线端点（测站点）在 WGS-84 坐标系中的相对位置或称基线向量。四、外业观测步骤 1、在校园已选好的点位上架设三角架，严格对准整平，安置GPS接收机，记录每个点上的接收机号与对应的测站点号，在一个测段的开始、中间、结束分别在120度的三个方向上量取仪器高并记录。 2、开机，在观测手簿上记录开机时间。每一个时段观测45分钟左右。观测过程中不要碰接收机和脚架，观测者离接收机一定的距离，而且不使用干扰卫星信号的通讯设备，比如手机等。 3、关机，记录关机时间，再次量取天线高，和开机前量取的天线高比较，两次误差3mm，记录在手簿上，若两次量取的天线高3mm，求其平均值，作为最后天线高，若两

7、次天线高误差超限，查明原因，记录在手簿上。第三部分 GPS静态控制与GPS数据处理一、GPS网的网形设计此次GPS静态测量共有6台接收机。GPS网型设计，应该遵循以下原则：1）GPS应根据测区需要和交通进行设计。GPS网中点与点之间不要求通视，但考虑加密时的应用，每点应有一个以上的通视方向。2）在布网设计中应考虑到原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，宜采用原有坐标系统。对凡是符合GPS网布点要求的旧有控制点，应充分利用其标石。3）GPS网应由一个或若干个独立观测环构成，也可采用符合线路形式构成。4）为求得GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系选定起算数据和联测原有地方控制点若干个

8、。5）为了求得GPS网点的正常高，应进行水准测量的高程联测。二、 外业观测（1）外业观测的方法 D级GPS控制网应按照全球定位系统城市测量技术规程的要求进行，其内容如上表观测技术要求。（2）外业观测要求观测组应严格按作业调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组，当情况有变化时应经作业队负责人同意，观测组不得擅自更改计划。每一时段开机前后应各自量取一次天线高，两次量得的天线高不大于1mm，取平均值作为最后天线高，取平均值作为最后结果，并及时输入测站名，观测时段号等信息，接收机方向还应当一致，仪器正常工作后，作业人员及时逐项填写测量手簿中的各项内容。观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防

9、止仪器受到震动和被移动，防止人为和其它物体靠近天线遮挡卫星信号。接收机在观测的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，并取下天线，以防雷电。每日观测结束后，应及时将数据转存到计算机上，确保观测数据不丢失，同时应进行当天的基线计算，记录雨，晴，阴，云等天气情况。观测人员应严格按手薄内容进行详细记载，不得错记，不得漏记，严禁伪造。三、外业观测步骤 1、在校园已选好的点位上架设三角架，严格对准整平，安置GPS接收机，记录每个点上的接收机号与对应的测站点号，在一个测段的开始、中间、结束分别在120度的三个方向上量取仪器高并记录。 2、开机，在观测手簿上记录开机时间。每一个时段观测45分

10、钟左右。观测过程中不要碰接收机和脚架，观测者离接收机一定的距离，而且不使用干扰卫星信号的通讯设备，比如手机等。3、关机，记录关机时间，再次量取天线高，和开机前量取的天线高比较，两次误差3mm，记录在手簿上，若两次量取的天线高3mm，求其平均值，作为最后天线高，若两次天线高误差超限，查明原因，记录在手簿上四、GPS测量数据处理（1） 数据传输在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。一般来说，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先要

11、进行格式转换。目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接进行处理。（2）数据预处理在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测值数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。然后是设定基线解算的控制参数，基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数时基线解算是的一个重要环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS基线向量与常规测量中的基线是有区

12、别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性。GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点位的观测值。若在某一历元中，对k颗卫星数进行了同步观测，则可以得到k-1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为l则整周未知数的数量为l-1。在进行基线解算时，电离层延迟和对流层延迟一般并不作为未知参数，而是通过模型改正或差分处理等方法将它们消除。因此，基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参数量为3；另一类是整周未知数参数（m为同步观测的卫星数），数量为。五、GPS基线向量解算 各级GPS控制网基线解算可

13、采用随机配备的商用软件或经有关部门试 验鉴定过的基线解算软件进行GPS基线向量解算。基线解算后应按以下指标进行质量检核。1）重复基线长度较差ds应满足下式要求： 式（3.1）2）同步环坐标分量及环线全长闭合差应满足下式要求： 式(3.2)3）异步环坐标闭合差应满足下式要求： 式(3.3) 式中：n：闭合环边数； ：相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）六、基线向量解算结果分析基线解算完毕后，基线结果并不能马上用与后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线结果才能用于后续处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量检验需通过RATIO、RDOP、RMS、同步

14、环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差来进行。基线质量控制指标：1）数据删除率：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阙值时，则认为该观测值包含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值总数的比值，就是所谓的数据删除率。它的实质是从某一方面反映了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明数据的质量越差。2）RATIO：RRATIO=,显然，RATIO1.0RATIO实质反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。3）RDOP：指得是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹（）的平方根，即值的大小与基线位置和卫星在空间的几何

15、分布及运行轨迹有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对于某条基线向量来说，其RDOP值的大小与观测时间段有关。RDOP的实质是表明了GPS卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量的影响。4）RMS：即均方根误差(Root Mean Square)，即 式(3.4)其中，V是观测值的残差 P是观测值的权 N是观测值的总数 RMS的实质是表明了观测值的质量，观测值质量越好，RMS越小，反之，观测值质量越差，则RMS越大，它不受观测条件（观测期间卫星分布图形）的好坏的影响。依照数理统计的理论观测值误差落在1.96倍R

16、MS范围内的概率是95%。5）同步环闭合差：是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的，如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均是合格的。6）异步环闭合差：不是完全由同步观测基线所组成的闭合环成为异步环，异步环的闭合差称为异步环闭合差。当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量不合格，要确定出那些基线向

17、量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行。7）重复基线较差：不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是重复基线较差。注意：RATIO、RDOP和RMS这几个质量指标只具有某种相对意义，它们数值的高低不能绝对的说明基线质量高低。若RMS偏大，则说明观测值质量较差，若RDOP值较大，则说明观测条件较差。七、使用COPPASS静态处理软件处理结果见附表第四部分 实习心得一、实习总结 1、实习中遇到的问题能分析， 在测量过程中突然收不到卫星信号，这种情况可能是流动站或基准站的电源没电或接收机的连线出现问题。在测量过程中突然显示单点定位可能是接收

18、到的卫星数量不够而无法解算。在观测过程中手薄上的解算值始终不能固定，可能是流动站的选点有问题，周围可能有高压输电线,高大建筑物或在面积水域。 2、卫星信号传播误差，包括电离层和对流层时廷误差。3、多路径误差，多路径误差是指卫星信号通过不同的路径传输到接收机天线多路径效应不反与反射系数有关，也与反射物离测站的距离及卫星的信号方向有关，由于无法建立准确的误差改正模型，只能恰当的选择地点测量，避开信号反射物 4、人差，仪器没有完全对中，没有绝对整平。2、 经验总结虽然测量是一门实践性很强的学科，但是也要求我们掌握扎实的理论知识，如果没有扎实的理论功底，只知道怎么做，但是不知道为什么那么做，当我们遇到

19、类似的其他问题时，就不知道怎么解决。所以我觉得理论是实践的前提，只有把理论知识学好，才能更好的促进实践。所以我们要学好理论知识，为以后的工作打下坚实的基础。当然理论知识学好了，动手能力也要努力培养，不能只会纸上谈兵，所以我们要多动手，提高自己的动手能量，并在实践中促进巩固理论知识。只有理论是实践这两个环节都做好，我们才能更好的掌握理论知识，提高自己的动手能力。总的来说，测量除了要有足够的卫星数和卫星具有良好的几何分布外，还要求基准站与流动站的数据通讯必须良好。3、 收获体会通过这次实习使自己在课堂上学的模糊的理论知识得到了清晰的理解，同时也感到自己所学的理论知道的严重不足，在实习过程中又加强了

20、理论知识的强化使自己对这门学科又有了新的理解。我觉得这门学科应该是在实践中学习理论，但实践前的理论学习也是必不可少的。附录1 坐标系统 1.1 坐标系统名称 1.2 基准参数 1.3 投影参数 2 三维无约束平差 2.1 平差参数 2.2 基线向量及改正数 2.3 (Tau)检验表 2.4 (Tau)检验直方图 2.5 自由网平差坐标 3 二维约束平差 3.1 平差参数 3.2 平面距离平差值 3.3 平面坐标 4 高程拟合 4.1 平差参数 网平差报告1 坐标系统 1.1 坐标系统名称 Beijing541.2 基准参数 椭球长半轴a6378245.0000椭球扁率f1/298.300000

21、001.3 投影参数 M0=1.00000000投影比率H=0.0000投影高Bm=0投影面的平均纬度B0=0:00:00.00N原点纬度L0=129中央子午线N0=0.0000北向加常数E0=500000.0000东向加常数回到顶部 2 三维无约束平差 2.1 平差参数 基准WGS-84迭代次数2参考因子1.00平方检验(=95%)通过自由度152.2 基线向量及改正数 基线起点-终点.时段DX/改正数(m)DY/改正数(m)DZ/改正数(m)距离/改正数(m)中误差/相对误差(m)A3-C.0790-772.7337-246.6552-32.7879811.80740.0044-0.003

22、40.00580.00270.00131: 184735A3-Q7.0790-468.3499-16.9545-166.3230497.29510.00240.0007-0.0027-0.0008-0.00031: 210538A3-V.0790-761.1563-86.5010-204.4091792.85840.00390.0003-0.00780.0104-0.00211: 205482Y-A3.0790437.9732142.642815.3707460.87280.0023-0.00020.0003-0.0006-0.00011: 200992Q7-C.0790-304.3839-2

23、29.7007133.5352404.03410.00440.0049-0.0093-0.0070-0.00071: 92046Y-C.0790-334.7605-104.0124-17.4172350.97940.0044-0.00130.00320.00460.00001: 79731V-Q7.0790292.806469.546638.0861303.35270.0036-0.00240.00140.0041-0.00151: 83920Q7-Y.079030.3767-125.6883150.9523198.76340.0020-0.00100.00110.0005-0.00041:

24、98121V-Y.0790323.1831-56.1417189.0384378.59570.00360.0009-0.0009-0.00030.00071: 1066332.3 (Tau)检验表 基线Tau-XTau-YTau-ZA3-C.07900.68860.60830.2858A3-Q7.07900.28120.48330.1961A3-V.07900.06710.47780.4742Y-A3.07900.07240.06320.1709Q7-C.07900.93860.90970.6859Y-C.07900.22020.28290.4166V-Q7.07900.54990.32090

25、.4007Q7-Y.07900.40260.26770.1588V-Y.07900.31790.19400.03102.4 (Tau)检验直方图 2.5 自由网平差坐标 站点纬度/中误差经度/中误差高程/中误差中误差(度:分:秒)(m)(度:分:秒)(m)(m)(m)A340:37:12.03928N0.0008109:49:11.46943E0.00071030.96430.00150.0018C40:37:10.59889N0.0009109:49:45.95017E0.00081032.41210.00320.0034Q740:37:04.93224N0.0007109:49:30.45

26、593E0.00061031.13060.00140.0016V40:37:03.28004N0.0020109:49:43.17600E0.00091032.06100.00190.0029Y40:37:11.35872N0.0007109:49:31.05363E0.00061031.83430.00130.0016回到顶部 3 二维约束平差 3.1 平差参数 迭代次数3参考因子1.0014x(north)平移-4678902.7790 my(east)平移1126883.2120 m比例-31136.5806ppm旋转262031.6813 s3.2 平面距离平差值 起点止点北向(x)/中误差东向(y)/中误差平距中误差相对误差(m)(m)(m)(m)A3C-811.99330.000918.65600.0009812