GPS测量与数据处理

实习报告

（遥感信息工程学院20##级）

班    级：XXXXX班

姓    名：XXXX

学    号：XXXXXXXXXXXXXXX

指导教师：XX

目录

第一章         概述... 4

1.1.       实习目的... 4

1.2.       实习内容... 4

1.2.1.        GPS静态测量... 4

1.2.2.        GPS RTK地形测量... 4

1.3.       实习内容及时间安排... 4

1.4.       人员组成... 4

第二章         GPS静态测量... 5

2.1.       GPS控制网外业观测设计... 5

2.1.1.        项目概况... 5

2.1.2.        技术设计依据原则与步骤... 5

2.1.3.        现有测绘资料... 5

2.1.4.        选点情况... 5

2.1.5.        观测方案及质量控制方法... 6

2.1.6.        提交成果资料的内容... 7

2.2.       GPS控制网技术总结... 8

2.2.1.        测区概况... 8

2.2.2.        技术依据... 8

2.2.3.        点位分布... 8

2.2.4.        外业观测情况... 8

2.3.        数据处理... 10

2.4.       结论与建议... 11

3.1.       概述... 12

3.2.       RTK地形测量总结... 12

3.2.1.        作业过程... 12

3.2.2.        碎部点图... 13

第四章         实习体会... 14

4.1.       实习情况总结... 14

4.2.       自我评价... 14

4.3.       体会与收获... 14

4.4.       建议和意见... 15

附录：... 16

第一章   概述

1.1.  实习目的

GPS测量与数据处理实习是“GPS原理及其应用”课程教学中一项重要的实践环节。学生通过实习，掌握GPS接收机的操作方法，掌握利用GPS技术进行控制测量、地形测量和放样等测绘工作方法。加深对课堂所学理论知识的理解，产生对GPS测量技术的感性认识，并培养和提高利用所学理论知识动手解决实际问题的能力。

1.2.  实习内容

实习包括GPS静态测量的外业观测和内业数据处理分析，GPS RTK地形测量等内容。

1.2.1.     GPS静态测量

采用GPS静态测量技术，在武汉大学1~3校区及国际软件学院范围内布设一个控制网。具体实习内容包括：技术设计、选点、外业观测计划、外业观测、数据传输及格式转换、基线解算、网平差、成果质量控制、技术总结。

1.2.2.     GPS RTK地形测量

利用GPS RTK测量技术进行碎部点测量，并用随机软件对采集的数据进行处理。以组为单位，进行地形图的绘制。

1.3.  实习内容及时间安排

总的实习时间为一周，每天8:00 – 17:30为规定的实习时间，具体安排见表1和表2实习时间安排

表1实习安排（16周）

1.4.  人员组成

本队共4组，队长XX

我组：XXXXXXXXXXXXXXXXXS

第二章   GPS静态测量

1  

2  

2.   

2.1.  GPS控制网外业观测设计

2.1.1.     项目概况

采用GPS静态测量技术，在武汉大学1~3校区及国际软件学院范围内布设一个控制网。GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，是一项基础性工作。这项工作应根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计和网的基准设计。

2.1.2.     技术设计依据原则与步骤

GPS静态测量，即利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。利用其用于建立各种的控制网。

设计先进行选点，设计选点原则：

为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10°~15°高度角以上不能有成片的障碍物。

为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。

为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。

为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。

测站应选择在易于保存的地方。

选好点后，进行埋石，在GPS测量中，网点一般应设置在具有中心标志的标石，以精确标志点位。具体标石的设置可参照有关规范，对于一般的控制网，只需要采用普通的标石，或在岩层、建筑物上做标志。

静态测量系统的野外作业

1.5.1 制定观测计划

在施测前，建议用户根据网的布设方案、规模的大小、精度要求、GPS卫星星座、参与作业的GPS数量以及后勤保障条件（交通、通信）等，制定观测计划。

2.1.3.     现有测绘资料

(1)      武汉大学地图.

(2)      已知点数据.

(3)      魏二虎等，GPS测量操作与数据处理，武汉大学出版社，2003.

(4)      李征航等，GPS测量与数据处理，武汉大学出版社，2005.

(5)      全球定位系统（GPS）测量规范，中华人民共和国国家标准，GB/T 18314-2001，2001.

(6)      遥感信息工程学院20##年GPS实习任务书

2.1.4.     选点情况

如图

2.1.5.     观测方案及质量控制方法

GPS静态测量

1.   选以队为单位，完成设计、选点、观测，每人分别制作一个点的点之记、进行数据处理和质量控制，并提交各自的结果。

2.   提高GPS网精度的方法

网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。

建立框架网。

最小异步环边数不大于6 。

适当引入高精度测距边。

若要进行高程拟合，水准点密度要高，分布要均匀，且要将拟合区域包围起来。

适当延长观测时间，增加观测时段。

3.   确定工作量

用户根据网的精度要求、接收机数目，顾及效率和网的精度、可靠性而确定工作量。具体方法可参考有关规范。这里仅强调一下观测时段、时段长度（同步观测时间）与基线长度等的关系。

为了在后处理中能取得符合精度的成果，必须保证接收机的一定同步观测时间，其取决于众多的因素：如基线长度、观测卫星的数目、卫星的空间位置精度因子（PDOP）及大气层（主要指电离层）状况。如果用户在4颗以上的卫星且PDOP值小于4.0的情况下进行观测，那么所需的观测时间将主要取决于基线的长度及电离层扰动。

电离层的扰动是随时间及点位的位置而变化的。由于电离层的扰动在夜间要小得多，因此夜间的观测时间通常可以减小一半，或者测程增加一倍。所以，夜间将有利于10km以上的长基线测量。

但是，除非有特别的限制条件，否则要规定精确的观测时间是不客观的。

表1-3仅就一般情况下同步观测的时段数及时段的长度必须满足的要求提供一个参考值。

各级GPS测量基本技术要求规范                表1-3

 

注：夜间可以将观测时间缩短一半，或者把距离延长一倍。

4.   采用分区观测

若GPS网的点数较多，而参与同步观测时段的S60GPS接收机数目有限时，建议分区进行观测。但必须在相邻分区设置公共点，且公共点的数量一般不得少于3个。当相邻分区的公共点点数过少，将使网的整体性变差，从而影响网的精度，如增加公共点数则又会延缓测量工作的进程，这一点请用户根据网的要求慎重考虑。

在一个观测分区内，用户还可根据参加作业的接收机数量，分成若干个同步观测的子区（每个子区必须有两台以上的接收机），这样整个测区就很容易进行作业管理，从而有利于作业效率的提高。

5.   选择观测时段

在GPS测量中，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度可取空间位置精度因子（PDOP）来表示。无论是绝对定位或相对定位，其值均不应超过一定的要求。对应各精度等级，PDOP值应不超过下表所列限值。

各级GPS测量中PDOP要求规定                表1-4

注：为了保证观测的质量，实际上PDOP一般在4.0以下才采集数据。

6.   确定观测进程及调度

最佳观测时间确定后，在观测工作开始之前，须制定观测工作的进程表及接收机的调度计划。尤其当GPS网的规模较大，参加作业的GPS较多时，建议用户仔细地制定和选择这些计划的优化方案，这对于顺利地实现预定的观测任务极为重要。

观测工作的进程计划，涉及到网的规模、精度要求、作业的接收机数目和后勤保障条件等，在实际工作中，应根据最优化的原则合理制定。

2.1.6.     提交成果资料的内容

参加实习的同学需要提交下列资料：

a)         GPS网点图；

b)        点之记（每人提交1个点的点之记，点号由组长指定，同一点不超过2份）；

c)         GPS静态测量外业观测手簿（每人提交1份，同1点不超过2份）；

d)        外业观测日程安排及工作量完成情况登记表（每人1份，以组为单位，每组相同）；

e)         GPS实习报告（每人1份）。其内容和要求见实习任务书附录。

f)         采集的数据及处理成果。

2.2.   GPS控制网技术总结

2.2.1.     测区概况

测区主要在武汉大学1~3校区及国际软件学院范围内，我队则主要布在1校区和2校区。我组第一个测站为电气院楼顶，楼顶信号好，干扰物少，接受的效果较好。下一测站则选择在武汉大学本部凌波门旁，该区较为开阔，测量效果较好。

2.2.2.     技术依据

GPS静态测量，即利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。利用其用于建立各种的控制网。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中，GPS静态测量的具体观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测。多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，构成整个GPS网。

2.2.3.     点位分布

我队共4组，主要在武汉大学本部及工学部选取了8个点，共测16组数据。 我组测点有工学部电气院楼顶与本部凌波门。

2.2.4.     外业观测情况

1)     仪器设备、软件和辅助物品

南方 GPS接收机一台套和其它配件。主要包括主机、天线、电缆、脚架、电池、充电器、钢卷尺、背包和仪器箱等。另外还有、记录纸、毛笔、红油漆等。

图为实习所用GPS接收机

2)        在启动仪器时，通常应按如下步骤操作：

确认在接收机采集器电源均关闭的情况下，分别连上电源电缆、数据采集电缆。

打开主机上的开关，若电源灯为绿色，则表示电量符合要求，若为红色，则表示电量不足，应更换电池。

按照相应仪器的操作规程开机观测，具体步骤请参看《产品手册》。

保证同步观测的其它GPS接收机也处于观测状态。静态差分测量是根据几台接收机共同时间段所接收的数据进行差分解算，所以几台接收机同时观测必须保证数据同步，并且要保证足够的数据。

观测的时候，要保证接收机设置了合适的采样间隔和高度截止角。

注：fGPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。通过选择有效的卫星及其高度角

a、    可以减少电离层和对流层折射产生的影响；

b、   可以消除多路径效应；

c、    可以有效地剔除有干扰的卫星。

记录观测站点的点名、天线高、观测时段及相应的观测文件名。

在同一天（GPS时）内，如测站名及时段序号一样则出现同名。用户在出测前一定要合理安排好，尽量避免出现重名的情况。

注：由于GPS时和北京时间相差大约8个小时，因此如果在北京时间凌晨0时至早上8时前施测，GPS时仍然是北京时间的前一天，因此用户一定要注意此时输入的时段序号不要重复（例如又从1开始，这就和北京时间的前一天的第一个时段重复），建议用户最好仍然是按GPS时来计算时段序号，即每天凌晨0时至早上的8点仍然算前一天的时段序号。

按照预定的观测时间进行观测。

注意：在采集时测站不可移动，采集不能中断，组成基线的两台接收机连续同步采集时间必须符合要求，否则数据可能不可靠。如出现意外情况，应及时通知其它观测站点。

3)   作业技术要求

a)         等级：国家E级；

b)        控制网覆盖范围：武汉大学1~3校区和及国际软件学院；

c)         点数：不少于25个；

d)        平均点间距：＞500m；

e)         控制点：见武汉大学GPS控制点成果图

f)         成果：以队为单位，完成设计、选点、观测，每人分别制作一个点的点之记、进行数据处理和质量控制，并提交各自的结果。按国家E级网要求进行数据处理及质量控制。成果要求如下：

g)        复测基线长度较差

h)        同步环闭合差（仅要求统计3边环）

绝对闭合差   ，

相对闭合差  

无约束平差的基线向量改正数。 

4)   实际观测总时段数

实际观测时间有：2011/06/07日

第一站：8:30至9:30

第二站：10:00至11:00

第三站：13:00至14:00

第四站：14:30至15:30

5)   平均设站次数 2

2.3. 数据处理

1)   网平差处理及质量控制

2.4.  结论与建议

此次实习数据结果处理比较麻烦，主要是有个别站并不太合理，测出的结果噪声太多，且部分站距离不够使得精度不够，故此次静态实习发现关键在于测点的选择，点选择的好坏直接关系到卫星接收信号的质量，进而影响基线解算和网平差处理过程及其结果。

此外应该严格按照仪器的操作规程进行观测，记录正确、字体端正、字迹清晰。

第三章   动态测量总结

3.   

3.1.  概述

RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

其基本的双差观测方程是：

▽Δψ·λ = ▽Δρ - ▽ΔN·λ+▽Δd orb + ▽Δd ion + ▽Δd trop + ∑δi

注：其中▽Δ为双算子，λ为载波波长，▽Δψ流动站与基准站之间的双差载波相位观测值，▽ΔN为相应的双差整周模糊度参数；▽Δd orb 、▽Δd ion 、▽Δd trop 分别为在流动站和基准站之间的求双差后仍未消除干净的残余的轨道误差、残余的电离层延迟和残余的对流层延迟；∑δi 为多路径误差，测量噪声等误差之和；

3.2.  RTK地形测量总结

3.2.1.     作业过程

1、  新建工程

    打开工程之星——文件——新建工程——输入工程名，点击向导——下一步——输入坐标系——下一步——输入中央子午线——确定

2、  求转换参数

    固定解状态下采集两个以上已知点（采集数据按A）

    设置——求转换参数——增加——输入已知点坐标——OK——输入大地坐标——输入或调用大地坐标——打开——选中*Result.RTK——ok——追加——选中已知点对应的大地坐标——确定——ok——ok

    依次增加两个或以上点，点击保存，点击应用。

3、  校正

当基准站移动位置或关机后重新开机时，必须进行校正。

工具——校正向导

（1）       基准站架设在已知点上

输入基准站坐标，基准站天线高——点击校正——确定

（2）       基准站架设在未知点上

移动站放在已知点上，对中整平——输入移动站所立已知点的坐标、移动站天线高——点击校正——确定

4、  校正完成后，就可以进行采集数据和放样

3.2.2.     碎部点图

第四章   实习体会

4.   

4.1.  实习情况总结

本次实习为期一周， 主要包括两大部分——GPS静态测量和动态测量(RTK 地形测量)。其中静态测量包括现有资料的收集（包括武大地图、已知点数据资料等）、实地勘踏选点并进行标记、调度方案的确定、正式外业数据采集、最后在机房进行内业处理。动态测量包括利用GPS RTK技术进行RTK地形测量用于绘制友谊广场地形图，以及利用RTK进行放样操作。

本次实习，实习成果如本报告第一到第三章所展示，从整体来说，通过静态测量建立了武汉大学一校区到三校区的的国家E级GPS控制网，而通过动态RTK地形测量获得了武汉大学三校区友谊广场的地形图。其中在静态测量的内业处理中，通过基线解算、独立环闭合差检验、三维无约束平差、二维约束平差等过程可以很容易的得到重复基线长度较差、无约束和约束平差后各点的大地坐标和空间直角坐标

4.2.  自我评价

在观测过程中，培养了自己的细心和耐心。明白每一个微小的细节都有可能导致整个观测功亏一篑在。与之前的小组形式相比，这次需要整个队的配合，几个组需要同时开机关机，故集体感更加强。故GPS实习期间我需更加耐心与细心.

4.3.  体会与收获

和测量实习相比GPS实习虽然时间较短，但依旧影响深刻。通过实习了解了静态观测的基本步骤流程，我们更加熟练掌握了 GPS 的使用方法及GPS的工作原理， GPS 测量技术是一种快速准确的测量技术. 尤其在大范围内更是一种比较实用的一种测量技术. 它与传统测量技术相比具有不用通视的巨大优点, 而且 GPS 测量技术还可以同时大面积测量,大大节约了测量时间,提高了测量速度.GPS 测量结果的精度也是相当高的. 经过了这次实习我们已经认识到 GPS 静态相对定位对网形选择的要求是很 高的.首先在选择基线时要注意在任意三角形内所选基线至少有两点要相互通视. 再就是流动点和基准点的距离不能超过 20KM。这些在实地测量是很重要的, 尤其是在数据处理的时候就会显现出来。每天都会出现一定的情况,电池必须的保证一天的用电量,如果在观测过程 中出现断电情况,数据要重新测量;在接收机工作时,经常检查接收机的工作状态,看信号是不是正常,如果发现问题及时通知老师和其他组,尽快解决. 测量的时候还要注意作好点注记.点注记要做的醒目而且要准确.还有就是要把仪器高要量准确.取三个方向的平均值做为仪器高.再就是两次仪器高差不 超过 3mm..把测量结果记录下来,输到到手簿中. 在这次实习的过程中,我们每个人都基本上把每个程序每个步骤尽可能的 掌握,我参与了选点,标注,记录数据,以及以后的计算,并进行了书面整理.

此外我更深刻体会了现代的测绘在空间卫星技术下的发展和GPS在各方面的领域的广泛运用。也深刻的理解了现代社会对内业处理工作者的高知识水平的要求。在内业处理过程中，经过自动化的基线解算和平差，通过删减卫星调整基线来提高精度让我懂得了如何去“精益求精”。在现代社会科技发展过程中，空间卫星技术和其他的测绘技术将更加长远发展，那么就对我们现在还未走入社会的测绘人要求更多而且要求更高，数学计算和协调能力是测绘的显性要求，而编程能力和英语能力将是测绘的隐性要求而且将会越来越突出。

4.4.  建议和意见

对于这次实习我感觉本次实习内容的安排大体上是不错的，老师们的指导和讲解也是尽心尽力，尤其黄老师也特别的负责；但感觉内业数据处理部分老师应该讲得更详细一点，这样更有助于同学对软件的熟悉与对书本知识的消化。其次，感觉这次外业数据采集同学们还是比较空闲，所以建议学院在今后GPS实习中可以增加适当的项目，比如专门花一两天来学习接收机的电子手簿，或者是能够交换仪器进行实习操作，使大家既能掌握天宝接收机的操作也能掌握莱卡接收机的操作，这样我们才能够从中学到更多的知识。所以希望学院对GPS实习更加重视一些，能给我们更多的锻炼的机会。

附录：

1.         GPS控制网点图

2.         控制测量成果

综合评语：