《GPS原理与应用》

实习报告

实习名称    GPS测量实习

地    点    平顶山市新城区

日    期  20##年6月7日—6月10日

班    级    0824082     

组    别    第三组      

姓    名    任路平    

指导教师   王晓静  潘传娇         

               目 录

一、前言----------------------------------------------------------------3

二、测区概况----------------------------------------------------------3

三、实习内容----------------------------------------------------------5

1.实习项目--------------------------------------------------------------5

2. 仪器设备及人员---------------------------------------------------5

3.已有成果资料及分析-----------------------------------------------6

4.外业观测方法及步骤-----------------------------------------------6

5.精度要求及各种限差的规定-------------------------------------15

6.外业观测记录数据表（静态）----------------------------------16

7.内业计算成果及精度评定----------------------------------------18

8.存在问题及分析对比----------------------------------------------22

四、心得体会---------------------------------------------------------23

一、前言

1、         实习目的

⑴                  落实GPS测量；

⑵                  完成一个控制网的外业观测及内业计算；

⑶                  严格按照《全球定位系统（GPS）测量规范》要求，精心设计、合理安排；

⑷                  通过完成GPS实际任务的锻炼，提高学生独立从事测绘工作的计划

组织与管理能力，培养学生良好的专业品质和职业道德，达到综合素质培养            的教学目的。

2、         实习任务和要求

（1）建立GPS控制网；

（2）完成一个控制网的外业观测及内业计算；

 ⑶ 严格按照《全球定位系统（GPS）测量规范》要求，精心设计、合理安排；

 ⑷ 编写具体的布网方案、作业方法、技术要求、现有成果的联测利用等；

 ⑸ 选用统一的坐标系统；

 ⑹ 掌握RTK—GPS接收机的使用。

二、测区概况

（一）自然地理条件：

顶山市处于豫西山地和淮河平原的过渡地带,该地区属大陆性气候，五月为雨季，七月至十月旱季。年最高气温不超过39℃，冬季下雪时间颇短，冻土深度一般为5厘米。河南城建学院位于平顶山新城区地处伏牛山系末端，测区属于丘陵地区,测区内海拔在140米左右，地势起伏不是很大。测区沿线居民点较多，大多为汉族，并有少量的回族。测区交通便利。通视情况良好,便于测量工作。

（二）校内概况：

1、         学校占地面积1600多亩，建筑面积58万多平方米，各类运动场和大学生活动中心8.5万多平方米，地形为丘陵山地，高差起伏比较大，道路蜿蜒曲折，通视情况较差，不适合布设三角网；

2、         建筑大多为5-6层教学楼和宿舍楼，还有食堂、服务楼和民营超市，且楼顶都可攀登观测；人员主要是学生和学校工作人员，分布集中，全日制在校生16000多人，但综合素质较高，不会发生矛盾；

3、         植物多为花坛灌木，高大乔木较少，一般分布在主要道路两旁；

4、         地面为水泥硬化道路，适宜布设控制点，建立标石；

5、         学校交通便利，四通八达，适宜布设导线网。

经全组讨论协商共埋设控制点18个，其中第18号点在图书馆房顶埋设。

（三）校外概况：

1、         测区东起清风路，西至经五路，南从祥云路，北近长安大道，地形为丘陵，平均海拔在100米左右，高差起伏较大；道路崎岖，总体脉络通畅，视野还算开阔；

2、         主要建筑包括平顶山市卫生学校、九天庄园、湖光小区、平顶山市政大厦、平顶山市博物馆、平顶山市会展中心、平顶山市审批大厅、平顶山市教育局、平顶山市国土资源局等，一类居住用地主要结合地势兴建阶梯式山地住宅，住宅层数以2——4层为主，适当兴建别墅式高档住宅，二类居住用地以建设4——6层的现代化住宅为主，适当点缀高层，最高建筑为18层；因地处新城区，人口密度较小，多为工作人员和当地居民；

3、         交通发达，道路成网，脉络清晰，有16路、28路、66路、68路、88路沿途通过；

4、         植物多为丛林灌木，没有高大树木，且一般分布在道路两边和湖水附近；

5、         路面为沥青混凝土地面，非常适宜布设控制点，建立标石和长期保存。

三、实习内容

  1.实习项目          

1）利用GPS静态相对定位技术对整个新城区（主要是河南城建学院学校附近）做控制测量，并对观测数据进行内业处理，计算出未知点坐标；

2）利用基于载波相位技术观测值的实时动态定位技术（RTK——GPS）对各自测区内的控制测量实习所建控制点做重新观测，对各点的坐标及精度做比较分析；

    3）利用RTK做放样练习

4）采用西安80坐标系，平差计算投影到3°带高斯平面上进行,其中央子午线为114°,测区的投影分带为3°的第38带。高程系统采用1956黄海高程系统。

2. 仪器设备及人员

   1）仪器设备：单频GPS接收机6台、笔记本1台（带内业处理软件），对讲机6个、RTK-GPS接收机一套；

   2）实习每班分六小组，一般为单位为一大组，每组接收机1个，对讲机1个

3.已有成果资料及分析

河南城建学院校内及附近已有GPS控制点（中央子午线114°带高斯平面直角坐标，参考椭球体为克拉索夫斯基参考椭球体）若干，选取校外测区内K15（3738317.231，38424237.870，123.510）、K16（3738599.669，38424298.116，131.199）作为本次静态GPS实习的起算点，选取校内K2（3738920.693，38424140.062，143.412）、K3（3739024.138，38424285.800，141.080）、K5(3739159.467, 38424187.301, 136.209)作为本次RTK实习的起算数据。使用时平面坐标表示X（N）加分带号和百公里数，Y（E）省略分带号。本次GPS实习测量精度等级为一级，固定误差a≤10mm，比例误差b（）≤10，而我们所利用的GPS已知控制点的测量精度等级为E级，两者精度等级相当，完全符合规范要求。

4.外业观测方法及步骤

（一）静态GPS

1、收集测区内已有测量成果、测区范围位置、GPS定位技术规范、小比例尺地形图等材料；

2、踏勘选点，建立标记；选点要求如下：

⑴ 便于安置仪器，视野开阔；

⑵ 距大功率发射源不小于400米，据高压输电线不小于200米；

⑶ 附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积水域；

⑷ 交通方便，有利于其他观测手段的扩展和联测；

⑸ 地面稳定，易于点的保存。

3、利用640配置工具设置静态参数如下

3、   制定施测方案6+4+4+4+4；

由于我班共有静态GPS接收机6台，待观测的控制点有20个，所以采用“6+4+4+4+4”方案调度接收机观测，第1观测时段观测6个控制点，第2、3、4、5时段保留2台位置不变，移动另外4台进行同步观测，第6时段只需要4台机同步观测。即采用边联式进行布控制网，示意图如下：

3.1开机过程严格按照下面步骤进行：

1）确保E640处于关机状态。

2）按下【I】(持续时间大于2秒)直到听见“嘀”一

  声，放开【I】。

3）3 个绿色指示灯同时点亮0.5秒，然后熄灭。

4）依次点亮一个绿灯(其它指示灯熄灭)，次序为

           BATT绿灯，GPS绿灯，REC绿灯。

5）所有指示灯熄灭。

6）开机成功，各指示灯切换到正常显示状态。

     注：上述过程缺一不可，否则都不是正常开机，

            需要返回维修，确定故障点。

3.2 启动数据记录

1）按下【FN】超过3秒（每秒E640 会“嘀”一声），

   放开【FN】。

2) E640再“嘀”一声

3） REC绿灯快闪，开始记录数据，E640进入记录数

  据状态。

3.3量取仪器高

1）h：实测的控制点到测高片测高处的高度

2）a：测高片上测高处至点中心的距离（a=0.095m）

3）b：测高片上测高处至天线相位中心的距离（b=0.084m）

4）H：控制点到天线相位中心的高度

3.4停止数据记录

1）、确保E640处于开机和记录数据状态。

2）、按下【FN】超过3秒（每秒E640 会“嘀”一声），放开【FN】。

3）、E640再“嘀”一声。

4）、REC绿灯灭，停止记录数据，E640进入非记录数据状态。

5、GPS作业调度表；

6、严格按照作业调度表在班长的统一调度下做同步观测，每测站观测两个时段，60分钟/段；具体过程如下：

⑴ 在测区GPS控制点上架设脚架，安置接收机，严格对中整平，记录GPS机型号，天线的型号，量取仪器高，记录在外业观测手簿上。等候班长通知开机。

⑵ 开机，在观测手簿上记录开机时间。每一个时段观测60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。

⑶ 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。

⑷依此方法进行所有控制点的观测。

（二） RTK-GPS观测步骤

1、正确架设、启动基准站（本次实习统一使用河南城建学院实习基地的基准站，不再分设基准站）。

⑴注意：基准站应当选择视野开阔的地方，这样有利于卫星信号的接收；基准站应架设在地势较高的地方，以利于UHF无线信号的传送，如移动站距离较远，还需要增设电台天线加长杆。

⑵架设方式 ：（已知点）启动方式：

在已有校正参数的情况下，用该已知点直接启动基准站；

在没有校正参数的情况下，在此位置用“此处”功能单点定位启动基准站。

⑶架设方式 ：（未知点）启动方式：

    在此位置用“此处”功能单点定位启动基准站。             

当基准站启动好之后，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，即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。

2、正确配置基准站和移动站参数，包括坐标系管理和手簿端口设置。

⑴ 【配置→基准站选项】

广播格式：一般默认为标准CMR（当然也可以设为RTCA或RTCM）；

测站索引：（可输1-99等）和发射间隔默认即可；

高度角：限制默认为10 度，用户可根据当时、当地的收星情况适当的改动；

天线高度：实测的斜高；

天线类型：选择当时所用天线（A100 或A300）；

测量到：选择测量仪器高所到位置；

注：由于CMR具有较高的数据压缩比率，因此，建议用户选择CMR；如果做RTD，则应选用RTCA；如果想选用RTCM，发射间隔应输入2 秒。

⑵【配置→移动站参数】

配置→移动站参数→移动站选项，移动站的所设置的参数必须与基准站相同；

⑶【配置→坐标系管理】

根据实际情况，进行坐标系的设置。选择已有坐标系进行编辑(主要是修改中央子午线，如标准的北京54 坐标系一定要输入和将要进行点校正的已知点相符的中央子午线)。或新建坐标系，输入当地已知点所用的椭球参数及当地坐标的相关参数，而【基准转换】、【水平平差】、【垂直平差】都选“无”；当进行完点校正后，校正参数会自动添加到【水平平差】和【垂直平差】；如果已有转换参数可在【基准转换】中输入七参数或三参数，但不提倡。当设置好后，选择确定，即会替代当前任务里的参数，这样测量的结果就为经过转换的。如果新建一个任务则不需要重新作点校正，它会自动套用上一个任务的参数，到下一个测区新建任务后直接作点校正即可，选择保存会自动替代当前任务参数。本次实习采用西安-80坐标系，我校所处中央子午线114°，具体设置如下：

⑷【配置→手簿端口设置】

若GPS天线为旋进型的需要选中“X90D GPS”前的复选框，挂口的一定不能选中。

3、新建任务，配置坐标系统，保存任务；

⑴ 运行手簿测地通软件，执行【文件→新建任务】，输入任务名称，选择坐标系统xian-80，时区设置为东八区，其它为附加信息，可留空。

⑵ 【文件→保存任务】注：新建任务后一定要保存任务，否则新建下一个任务后会丢失当前任务的测量数据，位置最好选“主内存”。

4、【测量→启动移动站接收机】

如果无线电和卫星接收正常，移动站开始初始化。软件的显示顺序为：串口无数据→正在搜星→单点定位→ 浮动→ 固定，固定后方可开始测量工作，否则测量精度较低。

5、【测量→点校正】

在绝大部分测量工作中，都使用国家坐标系统或地方坐标系统，而GPS 测量结果是基于WGS84 的坐标系统，所以在进行一项新的任务之前，必须要做点校正，以求出两种坐标系统的转换参数，具体的操作方法如下：

⑴ 先在“键入”→“点”里输入已知点的当地平面坐标；如果有已知点的WGS84经纬度坐标也要一起输入，并且可以跳过下一个步骤，直接转到步骤c）；

⑵ 如果没有已知点的WGS84 经纬度坐标，就需要把流动站放在已知点上，对中整平，进行“测量点”的操作。在“测量点”里，“点名称”不能和键入的已知点的名称一样，否则会把已知点覆盖，测量时采用，地形点进行观测即可；

⑶ 进行点校正：点击“测量”→“点校正”→“增加”，在“网格点名称”里选择一个已知点的当地平面坐标，点击“确定”，然后在“GPS 点名称”里选择同一个已知点的经纬度坐标，点击“确定”，最后在“校正方法”里根据需要选择只有水平的校正或者水平和垂直的校正都应用，再点击“确定”即完成一个点的点校正，如果需要继续校正，重复这个步骤即可；

⑷ 所有的校正点都增加完毕以后，点击“计算”，再点击“确定”这样整个点校正的操作就完成了；

²  点校正时的注意事项：

n  已知点最好要分布在整个作业区域的边缘，能控制整个区域，例如，如果用四个点做点校正的话，那么测量作业的区域最好在这四个点连成的四边形内部；

n  一定要避免已知点的线形分布，例如，如果用三个已知点进行点校正，这三个点组成的三角形要尽量接近正三角形，如果是四个点，就要尽量接近正方形，一定要避免所有的已知点的分布接近一条直线，这样会严重的影响测量的精度，特别是高程精度；

n  如果在测量任务里只需要水平的坐标，不需要高程，建议用户至少要用两个点进行校正，但如果要检核已知点的水平残差，那么至少要用三个点；

n  如果即需要水平坐标又要高程，建议用户至少用三个点进行点校正，但如果要检核已知点的水平残差和垂直残差，那么至少需要四个点进行校正；

n  已知点之间的匹配程度也很重要，比如GPS 观测的已知点和国家的三角已知点，如果同时使用的话，检核的时候水平残差有可能会很大的；

n  如果有3 个以上的点作点校正，检查一下水平残差和垂直残差的数值，看其是否满足用户的测量精度要求，如果残差太大，参差不要超过2 厘米，如果太大先检查已知点输入是否有误，或输错，如果无误的话，就是已知点的匹配有问题，要更换已知点了；点校正完成以后，使用移动站测量所得的所有坐标都是在当地平面坐标系下的，用户就可以直接进行测量和放样了。

6、碎步点测量

当显示固定后，就可以进行测量了。

【测量→测量点】输入点名称，选择测量后，该点位信息即被存储。至此，已完成了一个简单的应用X90的测量点的过程。

7、点放样

(1) 找到已有作业，重设当地坐标（步骤如上）

(2) 键入点坐标（注意Y坐标取掉带号，坐标一定要输入正确）

(3) 点击“测量”，选择“点放样”，选择增加，从列表中调出该点，进行点放样，根据上面提示，直到听到“嘀”的声音即可，打桩。

（三）注意事项

 1、仪器工具的使用：

   （1）按时领借，归还仪器工具，遵守实验室领借归还制度。

   （2）每次出发前和收工后均能要清点仪器和工具；

   （3）严禁违章操作仪器，实习中发现仪器有问题，立即报告指导老师，不准自行拆卸，为保证仪器的安全，应做到：人不离仪器，仪器不离人；

   （4）仪器工具有损坏丢失者按实验室规定处理；

   （5）所有仪器均为贵重仪器 使用中应注意爱护；

2、实习前要做好准备，随实习进度阅读指导书及教材有关章节。

3、每天晚上应对当天工作做一小结，进行业内工作，同时做好第二天工作计划，并准备好使用的仪器工具。

 4、要严格遵守实习纪律，有事须向指导老师请假，无故不参加实习半天或请假三分之一以上者，实习成绩按不及格处理。

5、学生在校外实习，应注意自己的形象及安全。

5、精度要求及各种限差的规定

1、观测级别及技术要求见表一、表二

表一

表二

2、限差规定

⑴ 每个测段同步边观测数据的检核，按以下规定进行：

① 计算同一时段观测值的剔除率，其值应小于10%；

计算同步边各时段平差值的中误差与相对中误差，应小于接收机的标称精度。

  ⑵ 同一边任一两个时段的成果互差应小于接收机标称精度的2√2倍。

  ⑶ 三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差应小于下列数值：

      W_X≤δ√3/5   W_Y≤δ√3/5    W_Z≤δ√3/5

W=( W_X²+ W_Y²+ W_Z²)^1/2≤3δ/5

6.外业观测记录数据表（静态）

7.内业计算成果及精度评定

1、静态GPS数据处理成果

基线解算条件

固定双差分解

平差平面坐标

8.存在问题及分析对比

⑴ 手簿一直处于搜星状态或是无数据，可能是基准站、移动站或是手簿的端口设置有问题，必须统一起来！

（2） 在进行静态GPS基线处理时，查看各基线的“Ratio”和“误差”是否满足要求（ratio（整周模糊度）>3,误差<0.01米）；对于不满足要求的基线可右键更改“基线处理设置”中的参数（如将截止角变大或变小），单独处理该基线，依此处理直到所有基线都满足要求为止。对于实在不能满足要求的多余（两点之间不止有一条基线向量，在左侧浮动栏中可以查看）基线可删除。

（3） 再进行GPS网平差时，若不输入已知点坐标，或没有将其设定为“约束”得到的都将是精度不高的自由网平差；

（4）再进行基线处理时总是存在几条边通不过，即使修改高度截止角也只能对其做微小改动，分析这些点大多位于湖水和高压电线附近，这些问题需要在以后的选点工作中加以注意。

（5）我们在观测前后量取的仪器高实际上不是天线高，真正的天线高需要利用勾股定理间接计算得出。

（6） 网形布设时应注意外围不能有豁口，至少留一个通视方向。

（7） 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。

（8）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。

四、心得体会

   我们这次GPS实习包括两大部分——静态易测640控制测量和动态RTK放样。从周一开始，我们进行了为期四天的实习，前2天是练习使用基于载波相位技术观测值的实时动态定位技术（RTK——GPS）的，但是由于学校基站一直出现问题，不能够正常使用，在王老师的帮助下架设了流动基站，才堪堪完成了部分已知控制点放样，这期间，我们深深体会到了什么是无奈，更认识到了知识的重要性，科技的发展之迅速。然后2天我们利用静态GPS绝对定位技术对整个新城区做了控制测量，并且处理了数据。

在这次实习中，那是真正的天公不作美，整日的骄阳似火，烤的人受不了，不过好在我们都坚持了下来，这更能体现我们地理信息系统专业的学生吃苦耐劳的精神，也更能磨砺我们的意志。

野外数据采集时候，尤其是静态控制测量时候，原本的三组一起被我们扩充到了六组……这是对我们的挑战，需要极强的团队合作能力，好在每位同学都听从安排，我们完美的完成了实习任务。

在内业处理过程中，经过自动化的基线解算和平差，通过删减卫星调整采样间隔或者改变卫星高度角来提高精度，这十分的锻炼我们处理数据的能力，也让我们认识到了科学的严谨性。

实习结束了，同时代表着我们GPS课程的结束，但是我们清楚的知道需要学习的东西还有很多，内业数据处理缺乏经验，GPS的许多功能还没来得及练习，这也是我感到遗憾之处。 不过我深信这么一句话“师傅领进门，修行在个人”，我们一定会在这条路上走的更远的。