第一部分                                                  前言       

前言

全球定位系统（Global  Positioning  System）是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。经近十年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著优点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动检测、工程变形检测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

GPS导航定位系统以其精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称。用GPS信号可以进行海、空和陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等，对于测绘领域，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数，用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘，用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图，导致地理信息系统，全球环境遥感监测的技术革命。

GPS卫星定位技术是通过安置在地球表面的GPS接收机同时接受4颗以上的GPS卫星发出的信号测定接收机的位置。通过对《GPS测量原理及应用》进行理论上的学习，我们掌握了GPS测量原理、GPS现代化和多基准站RTK的内容、全球实时GPS差分原理与系统组成，以及GPS外业测量的作业模式与技术设计。

与此同时，我们更需要实践来巩固所学的知识。此次，学校安排我们实习，要求我们认识GPS接收机的各个组成部分的名称和功能，熟练掌握GPS接收机的操作方法。学会将存储在接收机内的测量数据传输至计算机中，对测量数据进行处理，解算出基线向量。并对GPS的几种外业模式的作业方法精确掌握。此外培养我们的实训能力，组织能力，培养我们团队协作、吃苦耐劳的精神。为以后的工作提前做准备。

一、实习任务

l  实习目标：通过GPS测量与数据处理的集中实习，使学生掌握基本的软硬件使用操作方法和测量项目的作业流程，巩固、扩大和加深我们从课堂上所学理论知识，获得GPS测量工作的初步经验和基本技能，进一步培养学生的实际动手能力和理论联系实际的能力。

1、熟练掌握GPS外业测量过程中的数据采集软硬件使用操作方法；

2、掌握软件处理GPS外业测量数据的基本流程；

3、了解并掌握GPS外业测量数据的处理过程；

4、了解并掌握GPS经典静态定位模式、快速静态定位和动态定位模式；

5、熟悉GPS基线解算方法与技巧；

6、掌握GPS网平差方法；

7、熟悉数据处理软件操作和一些数据格式处理投影变换等技巧。

l  实习要求：通过实习，熟悉GPS静态相对定位原理及GPS接收机的使用方法，掌握GPS网的网形设计，熟悉GPS静态测量的步骤及利用GPS RTK进行地形测量、工程放样的基本方法，并学会GPS数据处软件的简单使用。

l  实验分组：

    以各个班为单位建立测量实习队，6人一组，分为3组，每组领取一套仪器。

l  实验仪器：

    南方GPS接收机1台和其他配件（传输电缆、充电器、基座、卷尺、两块   电池A、B）

    南方GPS RTK接收机2台和其他配件（天线、对中杆、移动站手簿、传输  电缆、卷尺、两块电池A、B）

三脚架一支

l  带队教师：

    陈胜华老师，杜晓园老师

l  实习时间及任务安排：

本次实习，本科安排2周，20##年6月25日——20##年7月8日

二、实习内容

此次作业的实习内容为：经典静态定位定位模式、快速静态定位模式、准动态定位三种模式。

实验原理：GPS定位的原理是GPS卫星发射的测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星位置的信息，用户用GPS接收机在某一时颗接三颗或三颗以上的GPS卫星，解算出该时刻卫星的空间位置，测出测站点（GPS天线中心）到卫星的距离，根据距离交会法求出测站点坐标。

基本思想：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站，用户站在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收机设备接收基准站传输的观测数据，实时计算测站点的三维坐标。

²  经典静态定位模式

作业方法：采用两台（或两台以上）接收设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。

精度：基线的定位精度可达5mm + 1×10^-6 ● D，D为基线长度

注意事项：所有已观测基线应组成一系列封闭图形，以利于外业检核，提高成果可靠度。

u  测区概况

太原理工大学阳泉学院，位于阳泉市经济开发区，通过学院桥与开发区相连。南有侯家沟村北有柳沟，东邻长岭村。所处地理坐标范围：北纬37^o50’—38^o00’，东经113⁰35’—113⁰40’，属北温带大陆性季风气候。此次实习所选的点位主要从学校后山水塔沿学院路方向到康达小区。

u  布网方案

根据中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》和阳泉经济开发区的具体情况建立E级GPS网。构网采用网连式的方法进行，平均边长不超过200米

GPS网的图形设计：

网的图形设计主要是根据网的用途和用户要求，侧重考虑如何保证和检核gps数据质量，同时还考虑接收机类型、数量和经费、时间、人力及后勤保障条件等因素，以期得到最佳的效益。

u  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1956年黄海高程系统。

时间系统采用UTC时间系统。

u  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，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。

这两点分别位于康达小区和学校水塔附近的小房子上。经检验，这两点的标志依旧清晰可见，可以当做控制点。

u  选点

实习第二天，老师带领我们去实地根据网形设计选点。由于GPS测量观测站之间不一定要求相互通视,而且网的图形结构也比较灵活,所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。但仍应遵守以下原则:

a.   点位应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上。

b.   点位目标要显著，视场周围15^o以上不应有障碍物，以减少GPS信号被遮挡或被障碍物吸收。

c.   点位应远离大功率无线电发射源（如电台、电视接收天线、微波塔等），其距离不小于200m，远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；以避免电磁场对GPS信号的干扰。

d.   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受的物体,以减弱多路径效应的影响。

e.   点位应选在交通便利，有利于其他观测手段扩展和联测的地方，每点必须有两个通视方向；

f.   地面基础稳定，易于标石的长期保存。

g.   选点人员应按技术设计进行踏勘，在湿地按要求选定点位。当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性进行检查，符合要求方可利用。

根据以上要求，共选得8个GPS网点，分别位于学院路附近以及康达小区和学校水塔。

u  标志埋设

GPS网点一半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。

每个点位标石埋设结束后，应填写点之记并提交以下资料。

u  观测工作

a.   观测工作依据的主要技术指标

GPS观测与常规测量在技术要求上有很大差别，各级GPS测量基本技术规定按下表规定执行。

各级GPS测量基本技术要求规定

注：

①　在各时段中观测，观测时间符合规定的卫星，为有效观测卫星。

②　计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除期间的重复卫星数。

③　观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段。

④　观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60％测站再观测一时段。

u   观测

实训当天，每组各自带上仪器在实训地点集合，确保之前将电池已充好电。规定GPS接收机的作业开始时间10点以及各组所在的点位。各组人员准备好以后应尽快赶到相应的点位。

实验步骤：

①　到测站后，先连接基座和脚架，快速对中整平。

②　再将GPS接收机和基座相连，将GPS天线和GPS接收机用天线电缆相连。确认对中整平，各线连接好后，量天线斜高，量取天线高应从标石中心量至天线外边沿标志处：互成120°各量取一次，较差小于3毫米。

③　按照作业时间开机或提前开机，按电源开关键开机，所有指示灯发亮时，松开按键。

④　选择设置菜单，设置卫星高度截止角为15^o、采样间隔为5s、点名、天线高、时段号。

⑤　按返回键，观测主屏上的卫星颗数以及PDOP值，如果PDOP值小于3，说明成像良好，观测45分钟即可。如果3<PDOP<6，则需观测1h以上。

⑥　在GPS接收机周围看护接收机，以防他人碰到。并过上10分钟去检查接收机的pdop值是否正常。

⑦　根据卫星状况调整观测时间如果确保同步观测时间至少为45分钟，到了关机时间，检查对中整平，再量天线高并记录，检查卫星状况。关机并收拾好仪器

⑧　内业处理：

a)   数据处理软件的安装

b)   坐标系统的建立、输入、调整和处理

c)   基线解算、闭合环误差的检验

d)   网平差有关参数的选择、输入、调整和平差执行

 经过软件处理，得到的各点的坐标为：

测量要求：

(1)找寻点位：该点若已去过，应该不会发生问题；若是没去过点位，而按点之记找寻者，在到达点位之后应确认该点之标石号码，检核无误后再行架设仪器。

(2)架设仪器仪器的定心及定平是基本功。通常要注意的是：在定心及定平过程中，不要将天线盘架在脚架上，仅架上基座即可。光学求心仪因仪器高及个人视力不同，而有不同的焦聚，所以在定心之前应该要调整到最适合的焦聚，避免求心上有像差的发生。天线盘挂上之后，将天线盘的指示方向指向北方（若不知道北方在那，可利用石桩上刻字判别之，字的正向为北方），量测三个方向上的天线盘高（北方、东南及西南）及对应之英吋数，记录下来。开机后，将点号、天线高输入接收仪中，并开始接收卫星数据（注意每笔数据间隔秒数）。

(3)意外状况处理：人员尽可能留在仪器旁边，不要让仪器离开视线范围之外，数分钟需至接收仪查看一次，注意数据有无持续接收、电池剩余电量等。

²  快速静态定位

作业方法：在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。

定位精度：流动站相对于基准站的基线中误差为5mm + 1×10^-6● D

注意事项：在观测时段内应确保有5颗以上卫星可供观测，流动点与基准点相距应不超过20km，流动站上的接收机在转移时，不必保持对所测卫星连续跟踪。可关闭电源以降低能耗。

实习地点：太原理工大学阳泉学院

实习步骤：

①　首先，选择基准站，将基准站选在学校门口火炬旁。在基准站上快速对中整平，安置好仪器。

②　开机，观察基准站上接收机的主屏上搜到的卫星颗数以及PDOP值，判断基准站的观测状况是否良好。

③　当基准站的情况良好时，在开机大约10分钟以后，现在第一点上打开流动站的接收机，选择差分键，设置卫星高度截止角、采样间隔、采样次数、点名、量取天线高。

④　重复上述第三点的步骤，从火炬开始依次经过实训三→东操场→三号楼→火炬的路线进行设站，对不同的点进行编号，并采集数据。

⑤　当采集结束后，关闭基准站和流动站的接收机。收拾好仪器。

⑥　内业处理：将接收机内的数据通过数据电缆传输到电脑上，通过测绘成图软件成图。

由于该仪器的注册码已经过期，所以无法得到图纸。

²  动态GPS RTK定位测量：

实验原理：载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分技术。差分GPS定位技术是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

作业方法：在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星，将另一台流动接收机先置于1号站观测，在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2、3、4……各点观测数秒钟。

定位精度：基线的中误差约为1-2cm

注意事项：应确保在观测时段上有5颗以上卫星可供观测，流动点与基准点距离不超过20km，观测过程中流动接收机不能失锁，否则应在失锁的流动点上延长观测时间。

测区概况：

此次实习地点位于阳泉市北大街墨玉宾馆旁，南面临街，里面住宅区、工作楼等建筑物较多较高，部分地区接收不到信号。大门口两侧的地形较为复杂。是用RTK进行地形测量的好地方。

平面坐标系统、高程系统、起算数据

此次控制测量用的坐标系统：阳泉市矿区任意带投影独立坐标系统

椭球长半径：6378245.000           椭球扁率：1/298.3

中央子午线精度：113^o33´27.07"

控制等级：E级GPS网（局部）

东向加：500000

投影高度：637.000

GPS RTK地形测量操作过程

首先将仪器安装好，分为基准站安装和移动站安装。

①基准站安装：

a．在基准站架设点安置脚架，安装上基座对点器，再将基准站主机装上连  接器置于基座之上，对中整平。

b．安置发射天线，检查连接无误后，打开主机，并进行相关设置。

c．检查蓝牙是否打开，以便于连接。

②移动站安装：

a．连接对中杆，移动站主机和接收天线，完毕后主机开机。

b．安装手簿托架，固定数据采集手簿，打开手簿进行蓝牙连接，连接完毕  后即可进行仪器设置操作。

③　安装好仪器后，观察基准站主屏上显示的搜索到的卫星颗数和PDOP值，判断基准站的工作情况是否良好。当DL指示灯正常闪烁时，基准站开始正常工作

④　打开手簿，在确保蓝牙连通和收到差分信号后，开始新建工程，包括工程名称，椭球系名称，投影参数设置，四参数或七参数设置和高程拟合参数设置。最后确定，新建工程完毕。

⑤　将移动站立在控制点上，根据所提供的坐标和原始坐标进行转换，设置为阳泉矿区独立坐标系统下的坐标。两个坐标设置为四参数的转换形式。

⑥　设置完成以后，重新将移动站立在该点，进行检验，是否和所输入的坐标吻合，在误差范围内，即可开始进行地形测量。

⑦　找出该地形的特征点，特殊点，将移动站立在该点，对中杆上的圆水准气泡居中，观察手簿上显示的是否为固定解，当为固定解时，按确定键，转到下一点。同时配绘草图，标上记号，以便绘图时需要。

⑧　按照上述要求，重复进行，依次输入点号。注意草图上的点号和手簿上输入的点号相对应。

⑨　各组配合测完整个小区的地形。

⑩　测完后，关闭基准站和移动站的接收机。收拾好仪器。

11　内业处理：将数据通过传输电缆传到计算机上。用专业的成图软件进行绘图，同时与草图进行对比，得出该地区的地形图。

三、实习心得：

经过这次实习，我们收获了很多。首先，感谢学校各位领导、老师给我们这次珍贵的实习机会。让我们有幸在即将毕业面临严峻的工作形势之前，有了这次难得的经历。

之前就在书上看到，现在的GPS已经进入“傻瓜化”时代。当时有点不大相信。可是当我们真正看到这个小巧却又精悍的仪器时，我们不得不佩服测绘前辈的智慧。它不仅有智能系统，而且三级防水，即使在下雨天气，依旧挺立在雨中。而我们所需要做的就是为它选一个合适的点位，让它接收信号，学会它的每个功能，设置成自己所需的状态即可。接下来，将测量得到的数据通过数据线传输到计算机上，利用专业软件，进行基线解算。信息时代和智能机帮助我们节省时间，解决计算困扰。

此次实习，也使我们更加珍惜同学的友谊，再过一年，我们即将分离，各奔东西。而这样的实习更要求我们有团结合作的精神。操作仪器、记录数据、绘图虽然看似简单，可是需要同伴的配合。并且每个人都要至少操作过一次才算经历过，要保证我们每个同学都能学到，都会操作，都能理解。尽管在实习过程中，遇到一些磕磕绊绊，不是那么顺心。可是大家都互相体谅，因为大家都是希望可以得到完美的结果，不想草草了事。这也更加磨练我们，让我们以后在工作和生活中更加细心，认真。