30GPS原理与应用实验-土木工程学院

《GPS原原理与与应用用》课课程程实验验主讲人人：马马运涛涛实验一一GPS接接收机机的认认识试试验－、目目的要要求1认认识了了解GPS接收收机的的基本本组成成、认认清各各部件件的名名称、、性能能和作作用。。2练练习习GPS各各部件件的连连接顺顺序、、方法法及各各项注注意事事项。。3掌掌握GPS接收收机的的安置置、开开机、、观察察、记记录、、关机机，掌掌握各各种指指示灯灯闪烁烁的意意义。。实验一一GPS接接收机机的认认识试试验二、计计划与与设备备1实实验时时数安安排排4学学时，，每小小组安安排2人为为宜，，两人人轮换换操作作、互互相考考换、、互相相协作作。2每每小组组的设设备为为：一一台GPS主机机一个GPS天线线一条主主机至至天线线的电电览（（MARKⅡⅡ）充满电电的电电池两两块PC数数据据记录录本一一个基座连连接器器一套套脚架一一个量高尺尺一把把实验一一GPS接接收机机的认认识试试验三、方方法与与步骤骤1安安置仪仪器：：先将将三角角架张张开使使其高高度适适中。。架头头大致致水平平，并并用脚脚踩实实后，，再开开机。。取出出基座座连接接器，，固定定再三三角架架上后后，再再取出出GPS连连接接器连连接到到基座座连接接器上上。2认认识仪仪器：：指指出仪仪器各各部件件的名名称、、作用用和功功能。。3仪仪器连连接：：熟练练掌握握主机机与天天线的的连接接方法法及注注意事事项。。电磁磁安装装方法法、卸卸掉方方法，，PC机安安卸方方法及及注意意事项项。仪仪器高高的量量取方方法及及注意意事项项。4GPS开机机观测测：熟熟练掌掌握开开机方方法，，开机机后注注意观观察各各指示示灯闪闪烁的的方式式及对对应的的意义义（电电源灯灯、卫卫星灯灯、记记录灯灯以及及观测测时间间灯等等）。。5观观测记记录：：熟练练掌握握GPS观观测记记录器器上各各项内内容的的意义义，记记录方方法并并没人人独立立完成成一站站的观观测记记录。。实验一一GPS接接收机机的认认识试试验四、Z-MAX仪器器的认认识Z-MAX测量量系统统是Ashtech先先进进的后后处理理静、、动态态测量量系统统。该该系统统包含含进行行后处处理GPS测测量所所必需需的全全部部部件。。Z-Xtreme测测量系系统的的核心心是AshtechZ-MAX双双频频GPS接接收机机（利利用L1和和L2频频率的的卫星星信号号），，它比比单频频GPS接接收机机通用用性更更好，，生产产率更更高。。双频频测量量系统统的静静态测测量观观测时时间较较短，，动态态初始始化要要求时时间也也较短短，测测量覆覆盖半半径可可达二二十公公里及及以上上。基基于Z-MAX双双频GPS接接收收机的的后处处理测测量系系统确确实具具有无无与伦伦比的的先进进性能能。1GPS接接收收机GPS接接收机机是接接收、、处理理和储储存卫卫星信信号的的系统统部件件。一一个GPS后后处处理测测量系系统至至少需需要两两套GPS接接收收机。。实验一一GPS接接收机机的认认识试试验四、Z-MAX仪器器的认认识1GPS接接收收机GPS接接收机机是接接收、、处理理和储储存卫卫星信信号的的系统统部件件。一一个GPS后后处处理测测量系系统至至少需需要两两套GPS接接收收机。。如下下图正面侧侧面实验一一GPS接接收机机的认认识试试验四、Z-MAX仪器器的认认识2GPS天天线线GPS接接收机机必须须配用用天线线才能能接收收卫星星信号号。GPS接接收机机天线线是卫卫星信信号的的实际际采集集点。。它也也是据据以计计算流流动站站系统统定位位的点点位。。因此此，要要确定定一个个观测测点的的位置置，就就必须须把GPS接接收机机天线线安放放在观观测目目标点点的上上方。。测点点的平平面位位置就就是天天线中中心点点的水水平投投影位位置；；测点点的高高程就就是由由天线线的中中心点点高程程减去去天线线高而而得。。有两两种不不同的的GPS接接收机机天线线作为为选择择：GeodeticIV天天线和和扼流流圈天天线。。GeodeticIV天天线，，不带带/带带抑径径盘实验一一GPS接接收机机的认认识试试验四、Z-MAX仪器器的认认识3掌掌上电脑脑（数数据采采集器器）掌上电电脑是是Z-MAX测测量系系统的的选件件。它它作为为Z-MAXGPS接接收机机的高高级介介面。。虽然然Z-MAX有有一个个单行行显示示器，，但其其功能能有限限。掌掌上电电脑应应用软软件扩扩展了了接收收机的的介面面，并并提供供更多多的控控制和和应用用功能能。如如果采采用动动态数数据采采集方方法，，则建建议选选配掌掌上电电脑作作为系系统部部件。。掌上电电脑实验一一GPS接接收机机的认认识试试验四、Z-MAX仪器器的认认识4其其他附附件内置电电池外接电电源电源连连接线线手簿连连接线线充电器器下载线线等实验一一GPS接接收机机的认认识试试验五、Z-MAX仪器器的连连接天线和和主机机相连连仪器和和脚架架相连连实验一一GPS接接收机机的认认识试试验六、各种指指示灯灯闪烁烁的意意义。。接收机机上有有四个个彩色色LED指指示灯灯UHF/SS电台指示灯绿灯闪动表示无线电台工作正常。

内存存储指示灯绿灯闪动表示数据存储到内存工作正常；红灯闪动表示数据卡已满。卫星追踪/电源指示灯绿灯闪动表示已跟踪到卫星；红灯闪动表示接收机电源已接通。RTK状态指示灯绿灯闪动表示RTK固定解；黄灯闪动表示RTK浮点解；红灯闪动表示RTK无解。实验二二GPS静态态、快快速静静态作作业试试验一、目目的与与要求求1了了解掌掌握GPS各种种作业业模式式及使使用范范围。。2掌掌握静静态、、快速速静态态作业业方法法及作作业步步骤。。3熟熟练掌掌握GPS的操操作方方法、、操作作步骤骤。掌掌握GPS接收收机各各指示示灯各各种闪闪烁方方式的的意义义。实验二二GPS静态态、快快速静静态作作业试试验二、计计划与与设备备1试验验实数数为8学时时时，，每实实验小小组由由2人人组成成，每每次试试验由由4组组同时时完成成，2人轮轮换操操作，，互相相交换换，互互相协协助。。2每2组设设备：：一台GPS主机机一个GPS天线线一条主机机至天线线的电览览线充满电的的电池两两块PC数数据记录录本一个个基座连接接器一套套脚架一个个量尺一把把实验二GPS静静态、快快速静态态作业试试验三、方法法与步骤骤1了了解实验验所需静静态点位位的分布布及网形形设计、、点位标标识，并并到各组组观测点上。2仪仪器安置置与连接接，并量量取仪器器高。仪器安置置于连接接与认识识试验相相应部分相同，，量仪器器高一定定要记住住量的位位置，并并按规范范要求开开机关各各量一次，合格格后取平平均值。。3开开机观测测按开关按按钮开机机观测.开机后后注意观观测各指指示灯闪闪烁方式式，了解解仪器接接收信号是否否正常进进行判断断，如果果不正常常及时通通知其他他各组。。4记记录仪器开始始正常接接收卫星星信号后后，便开开始观测测记录，，要按试试验指导导书上的的格式一一一记清。。清楚并并掌握观观测进度度及观测测时间。。5关机机与搬站站关机时间间到后，，各站联联系好并并检查观观测记录录无误后后，再一一次量取取仪器高高无差后便便开始关关机，并并按照安安置与连连接相反反的秩序序将仪器器卸掉，，装箱，，搬往下一一指定侧侧站。实验二GPS静静态、快快速静态态作业试试验四、仪器器的操作作1.仪仪器的菜菜单实验二GPS静静态、快快速静态态作业试试验四、仪器器的操作作2.静静态采集集数据时时，每一一台Z-Xtreme接接收机都都将严格格遵循同同样的设设备配置置和测量量实施步步骤进行行：确认测站站点的位位置是否否适宜于于GPS观测。把GPS天线安置置在测站站点的上上方。测量、记记录GPS天线高(HI)实验二GPS静静态、快快速静态态作业试试验四、仪器器的操作作GPS接接收机观观测记录录点号点名图幅编号观测点日期段号观测日期接收机名称及编号无线点型及编号存储编号数据文件名近似纬度近似经度近似高程采样间隔开始纪录时间结束纪录时间无线高测定天气状况点位略图侧前侧后测定值修正值天线高平均值记事试验三GPS静态态作业数数据处理理一、目的的与要求求1掌握握数据处处理的原原理与方方法。2掌握握GPS系统软软件的安安装调试试。3掌握握GPS数据下下载、分分流、处处理、分分析、输输出全过过程。试验三GPS静态态作业数数据处理理二、计划划与设备备1计划划学时8学时，，在实验验室进行行上课。。2实验验设备每每人一一台装有有win98以以上版本本操作系系统的微微机，一一张数据据盘，一一张系统统盘。试验三GPS静态态作业数数据处理理三、方法法与步骤骤1首先先练习在在微机上上装GPS系统统软件，，并试运运行。2打开开GPS系统软软件界面面后逐项项操作。。1）打开开文件栏栏逐次练练习。2）打开开功能栏栏，主要要练习planning项项目，输输入沈阳阳地区大大概经纬纬度，纬纬度41度44分21秒和和度经123度度13分分45秒，并并输入不不同日期期，显示示卫星各各种预图图，掌握握它的运运用。3）进进行建立立新项目目，打打开旧项项目练习习。4)进进行数据据导入练练习。5）进进行GPS基线线处理练练习。6)进进行基线线闭合差差处理练练习。7）进行行GPS网平差差练习。。含坐标系系统选择择练习高程系统统选择练练习投影方式式及投影影后选择择练习8）平差差成果分分析。9）成果果输出练练习。试验三GPS静态态作业数数据处理理四、软件件使用（（AshtechSolutions软件件）1.窗窗口介绍绍“TimeView”视窗的功功能有：：查看接收收机信息息。查看原始始数据文文件信息息。查看和设设置设站站信息。。处理数据据时，对对设站的的取舍。。打印“TimeView””视窗。。从设站时时段中，，左时间间裁剪。。视窗网图图有多种种模式功功能："Normal"（一一般）───显显示未经经QA检检测的站站点和基基线向量量。"process"（（处理））──自自动显示示经基线线处理后后的站点点与向量量，失败败的基线线呈红色色。"Adjustment"（（平差））──自自动显示示经平差差后的站站点与与向量，，""检验验失败呈呈红色。。"RepeatVector"（（复测基基线）───显显示复测测基线，，QA检检测失败败者呈红红色。"ControlTie"（控制制联测点点）───显示控控制点坐坐标与闭闭合差，，QA检检测失败败者呈红红色。"Loopclosure"（环环路闭合合差）───在网网图上顺顺序单击击所选闭闭合环基基线向量量边，以以检测环环路闭合合差,闭合差差，QA检测失失败的环环路呈红红色。"NetworkPrecision"（网精精度）───显示示平差后后的"点点对"的的误差椭椭圆，网网精度，，A检测测失败者者呈红色色。试验三GPS静态态作业数数据处理理四、软件件使用（（AshtechSolutions软件件）1.窗窗口介绍绍c)工作薄视视窗“Files””（文件件卡页））──装装入项目目中的原原始数据据文件。。在此页页可从项项目中删删文件。。“Occupations””（设站站卡页））──列列有项目目中、各各设站信信息。“ControlSites”（（控制点点卡页））──控控制点的的坐标、、精度、、固定状状态信息息。“Vectors”（（向量卡卡页）───列出出基线处处理后的的向量信信息。“RepeatVectors””（复制制向量卡卡页）───列有有复测多多时段向向量信息息。此页页仅供查查看。“LoopClosure”（环环路闭合合差卡页页）───列出环环路闭合合差计算算的信息息。“ControlTie””（控制制点卡页页）───比对平平差后的的控制点点坐标与与已知值值较差的的信息。。“AdjustmentAnalysis”（（平差分分析卡页页）───列有平平差后所所有基本本等信息息，此页页仅供查查看。"NetworkRel.Accuracy"（极限限相对精精度卡页页）───列有平平差后所所有基线线相对精精度等信信息，试验三GPS静静态作业数数据处理四、软件使使用（AshtechSolutions软件）2.数据据解算步骤骤：下载GPS原始数据据建立项目设置为大地地坐标系设置其它参参数给项目添加加数据求解基线向向量自由网平差差计算GPS网约约束平差具体操作和和使用方法法参见软件件使用说明明书。试验三GPS静静态作业数数据处理四、软件使使用（AshtechSolutions软件）3.首次练练习使用本本操作手册册各章节的的顺序与关关联试验四GPSRTK认认识与操操作试验一、目的与与要求1认识了了解GPSRTK系系统的基本本组成，认认识个部分分的名称性性能和作用用。2掌握GPSRTK系统的的组装与连连接方法，，顺序及注注意事项。。3掌握GPSRTK系统基基准站设置置方法，流流动站设置置方法。坐坐标转换参参数的求值值方法、数数据采集方方法。试验四GPSRTK认认识与操操作试验二、计划与与设备1计划学学时4学时时，每小时时安排6人人。2设备每小小组一套1+1GPSRTK系统统，GPS基准准站主机一一台GPS流动动站主机一一台GPS主机机到天线电电缆一条充电的主机机内置电池池2块pc数据纪纪录卡一个个充电基准站站电台电瓶瓶一个基座及连接接器2套脚架2个量高尺一把把基准站电台台一套基准站电台台升降杆一一套GPSRTK观测手手簿一个GPS基站站电台天线线电缆一套套GPS基准准站电台天天线一根手簿到主机机电缆一个个试验四GPSRTK认认识与操操作试验三、方法与与步骤1了解掌掌握GPSRTK系系统的组成成2认识掌掌握GPSRTK系系统个部件件的名称作作用功能3掌握GPSRTK的连接接方法和步步骤主机–天天线主机–手手簿主机–电电台电台–天天线试验四GPSRTK认认识与操操作试验三、方法与与步骤4用手簿簿设置GPSRTK系统基准准站以上4部每每组6人共共同完成，，每人独独立完成一一遍，相相互帮助，，相互检检查，达到到熟练掌握握为止。5用手簿簿设置GPSRTK系统流动动站1）输入已已知点WGS84坐坐标和地方方坐标系坐坐标（54）求解转转变参数并并检查其质质量。以上操作必必须每人至至少独立操操作2次以以上，达到到熟练掌握握求解转换换参数的意意义目的及及方法。2）进行粹粹部点坐标标系采集的的练习，在在手簿上设设置数据采采集的操作作步骤。首先共同选选择采集数数据的点位位，进行粹粹部坐标采采集练习，，每人均在在制定的点点上采集各各点坐标数数据，每人人采集不少少于10个个点并且每每人都到相相同点上进进行数据采采集，然后后比较其互互差，3）进行已已知点放样样练习，掌掌握在手簿簿上进行已已知点放的的设置及操操作步骤。。每人进行不不少于10点的已知知点放样练练习，轮换换练习，相相互提醒帮帮助。试验四GPSRTK认认识与操操作试验四、FDC简明操作作步骤FDC是GPSRTK的使使用软件，，安装在掌掌上电脑上上。下面介介绍一下FDC的使使用方法。。a)建建立一个项项目(参数设置置、编译控控制点)项目不要存存储在“主主内存”里里，以免““软复位””时丢失数数据b)基基准站设置置1.点击点号，选取或输入入当前基准准站坐标(已知坐标)——读当前WGS84坐标；2.天线（（1）型号号：ZMAX+GPS（2）高度度（用原厂厂配备的卷卷尺量取））；斜高（3）半径径0.09偏移0.3273.设置基基准站注意：必须须保证基准准站WGS84坐坐标和控制制点所对应应的WGS84坐坐标在同一一个WGS84坐坐标系统内内。c)流流动站设置置（1）型号号：ZMAX+GPS+VHFvortex（2）高度度2米；垂高（3）半径径0.09偏偏移0将仪器的工工作模式设设为RTK流动站模模式，建立立差分关系系，让流动动站认知基基准站的已已知位置。。此步骤有两两种操作方方法：1.在流流动站主机机上，点击击COMPAN回回车———“串口D”回车车——上翻翻，翻至LOAD，，回车加载载参数。2.点击击“设置””——“GPS”———点击””高级选项项”按钮，，设置基准准站电台试验四GPSRTK认认识与操操作试验四、FDC简明操作作步骤d)求解解转换参数数。将仪器解算算出的WGS84坐标转换换为我们所所需要的地地方坐标。。（标准的的BJ54坐标也也可看作是是地方坐标标来求转换换参数）求取转换参参数的方法法主要有如如下几种：：1、控制制点联测求求（常用））：使用控控制点的WGS84坐标和和地方坐标标两套坐标标建立关系系求得。具具体操作流流程如下：：（点击““控制点联联测”，选选取点号，，在三个小小方框上打打√,点击击”采集””,”开始”““接受””,在弹出出的界面小小方框上打打√”设置置”。关闭闭后问是否否参加投影影转换,点点”是”，，“解算””“接受””后，将弹弹出两个对对话框，都都点“否””）。2、人工工输入转换换参数：使使用已知的的转换参数数。3、地图图投影确定定转换参数数：使用已已知的投影影方式，从从而确定转转换参数。。注意：使用用方法2和和3时基准准站的坐标标必须放在在已知点上上，而且基基准站的WGS84坐标必必须是已知知的地方坐坐标通过已已知的转换换参数和投投影方式反反算得到。。进行点采集集、放样等等作业。具体操作见见RTK简简明操作手手册试验五GPSRTK高程拟拟合

----开放放性实验一、目的与与要求1掌握GPSRTK系统基基准站设置置方法，流流动站设置置方法。坐坐标转换参参数的求值值方法、数数据采集方方法。2了解GPSRTK高程的的含义，了了解正常高高、大地高高，将大地地高向正常常高转换的的方法。3了解GPSRTK高高程拟合的的方法----平面面拟合法、、曲面拟合合法、多面面函数拟合合法等。试验五GPSRTK高程拟拟合二、计划与与设备1计划学学时60学学时。2设备每小小组一套1+1GPSRTK系统统，DS1水准仪仪一套。试验五GPSRTK高程拟拟合三、实验步步骤1.实验验区的选择择和控制点点的布设（16学时时）试验区域位位于沈阳市市，沈阳建建筑大学学学校附近为为平原地带带，最大高高差为10m,面积积约10平平方km，，共布设了了50个以以上的图根根控制点。。2.图根控制制点的高程的的采集图根控制点的的高程的GPSRTK采集（8学时）GPS外业测测量时联测了了外围及内部部3个以上均均分布的已知知控制点，利利用这些控制制点求解出该该区域的平面面坐标转换模模型及高程转转换模型。图根控制点的的高程的水准准测量采集（（16学时））图根控制点中中进行了四等等水准测量，，四等水准测测量采用结点点网布设施测测。3.试验数据据分析