GPS实训总结

重庆工业职业技术学院

《GPS测量技术》技术总结

实习名称：GPS控制网测量实训

实习班级：12测量301班

实习成员：

指导老师：秦雨航

实训地点：重庆工业职业技术学院

重庆工业职业技术学院校园E级GPS控制网

测量

技术总结和检查报告

1 测区概况

重庆工业职业技术学院位于渝北区桃源大道，校区占地724亩，建筑面积28万平方米，行政区划属重庆市渝北区。本区位于重庆主城东北部，东邻长寿区、南与江北区毗邻，同巴南、南岸、沙坪坝区隔江相望，西连北碚、合川区，北接四川省广安地区的华蓥市。境自西向东由华蓥山脉、铜锣山脉、明月山脉三条西北至东南走向的条状山脉与宽谷丘陵交互组成的平行岭谷。北部为中山，海拔1460～800米；中部为低山，海拔800～450米；南部多浅丘，海拔450～155米，测区内与河流毗邻。

测区属亚热带湿润气候区，大陆性季风气候特点显著。具有冬暖春早、秋短

夏长、初夏多雨、无霜期长、湿度大、风力小、云雾多、日照少的气候特点。常

年平均气温17.3℃。极端最高气温40℃,极端最低气温–2℃左右。常年平均降

雨量1100毫米左右，平均日照1340小时左右，平均无霜期319天

2 任务来源

本次实习由重庆工业职业技术学院工程测量技术专业301班全体同学完成。实习时间为2013年月12日至17日进行。本次实习采用5台中海达单频接收机进行外业工作，然后用HDS2003GPS数据处理软件进行内业的数据处理。根据GPS 国家测量规范可知GPS相邻点基线精度为：σ=±√a^+(b*d)^, σ标准差，a固定误差，b比例误差，d基线长度。本次实习的平面坐标采用重庆市城市独立坐标系，高程基准选取1985国家高程基准。要求根据实习数据及已知点算出各点在重庆市城市独立坐标系下的高程和坐标。

本次实习根本目的是让每一个同学掌握GPS控制测量的设计、建网、观测和数据的测量后处理。具体包括：GPS控制网的布设、星历预报、外业观测设计、外业观测、内业平差处理和编写实习报告和技术总结。

3资料的收集和作业依据

1）资料的收集：

资料的收集及利用：

注：坐标系统为重庆市独立坐标系（边长投影面为300m）；高程系统为56年黄海高程系统。

上面的已知点坐标作为校园GPS控制测量的起算数据。

2）技术依据：

主要技术依据

《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18134—2001）

《城市测量规范》（CJJ8—99）

国家三、四等水准测量规范（GB12898—91）

次要技术依据：

《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73—97）3）坐标系统和精度要求投影及坐标系统：坐标系统是采用WGS-84协议地球坐标系，采样高斯3°带投影，中央子午线为106°。布网等级及精度要求：基线方差比大于Ratio 3.00；基线固定误差小于10.00；基线比例误差系数ppm 小于5.00；基线最弱边相对中误差小于1/120000.00；同步环全长相对闭合差ppm 小于10.00；平均距离大于5.0；基线平均边长中误差Rms 小于0.076；控制网等级：E级。

3 布网施测计划

1）GPS控制网的设计

GPS网的设计是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。GPS网布设好或坏直接关系到工作量的大小和网的基线解算、精度评定等。

2）测量的精度标准

对GPS网的精度要求，主要取决于网的用途。精度指标通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示，其形式为

MR=δD+pp×D

其中，MR——网中相邻点间的距离误差（mm）；

δD——与接收设备有关的常量误差（mm）；

pp——比例误差（ppm）；

D——相邻点间的距离（Km）。

根据GPS网的不同用途，如表7-1可按其精度可划分为如下表的五类标准。

在GPS网总体设计中，精度指标是比较重要的参数，它的数值直接影响GPS 网的布设方案、观测数据的处理以及作业的时间和经费。在实际设计工作中，用户可根据所作控制的需要和可能，合理地制定。既不能制定过低而影响网的精度，也不必要盲目追求过高的精度造成不必要的支出。

不同级别GPS网的精度标准表7-1

3）网的图形设计

网的图形设计虽然主要决定于用户的要求，但是经费、时间和人为的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足用户要求的条件下尽量减少消耗。

为了满足用户的要求，设计的一般原则是：

⑴ GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。

⑵ GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测）且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。

⑶ GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方法）进行联测，或在网中设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。

⑷为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。

⑸为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应不大于300米。

根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下：

（1）三角形网

GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据经典测量可知，这种图形的几何图形结构强，具备良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。

但其观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长，因此通常只有当网的精度和可靠性要求较高，接收机数目在三台以上时，才单独采用这种图形。见图7-2。

（2）环形网

环形网是由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，这种网形与经典测量中的导线网相似，图形的结构比三角网稍差。此时闭合环中所含基线边的数量决定了网的自检能力和可靠性。一般来说，闭合环中包含的基线边不能超过一定的数量。根据有关规范，对闭合环中基线的边数有以下限制；

最简独立闭合环或符合路线边数的规定表7-3

环形网的优点是观测工作量小，而且具有较好的自检性和可靠性，其缺点主要是：非直接观测的基线边（或间接边）精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。作为环形网特例，在实际工作中还可以按照网的用途和实际的情况，采用所谓附合线路。这种附合线路与经典测量中的附合导线相似。采用这种图形的条件是，附合线路两端点间的已知基线向量，必须具有较高的精度，另外，附合线路所包含的基线边数，也不能超过一定的限制。见图7-4。

（3）星形网

星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力较差。

这种网的主要优点，是观测中通常只需要两台GPS接收机，作业简单。因此在快速静态定位和动态定位等快速作业模式中，太多采用这种网形。它广泛用于工程放样、边界测量、地籍测量和碎部测量等。见图7-5。

三角形和环形网，是大地测量和精密工程测量中普遍采取的两种基本图形。用户还可以根据实际情况采用上述两种图形的混合网形。

（4）点连式网

点连式网的特点是工作效率高，但图形结构的强度较弱，一般很少使用。见图7-6。

图7-2 三角形网图7-4 环形网

图7-5 星形网图7-6 点连式网

（5）实习的布网方案：采用4台GPS接收机，按边连式与点连式的形式布设D级GPS控制网。选择H、D、M为已知点，用于和其它的GPS未知点进行连测、测量数据的平差处理和坐标转换。具体的布网方案和三个点的已知数据见附图1。GPS选点情况：由于测区位于校园内，GPS网点周围有大量的建筑物和高大树木。GPS网点外业数据的采集受到严重的影响。在外业数据采集的设置时应该适当的调高采样高度角的值。内业数据处理时应该把数据采样间隔设置在20到35度之间。

4)星历预报

在PC机上安装HDS2003GPS数据处理软件。然后打开工具下的星历预报软件，设置好测区的大概经纬度、数据采集的时间、数据采集的条件就可以进行星历的预报工作。根据星历预报制定外业工作计划。

5）外业观测计划

本次观测采用GPS载波相位相对定位技术。每观测时段5台接收机构成三角网，要求5台接收机协调一致，保证每台接收机每时段至少同时观测100分钟。具体是：每整时刻后的15分钟开始观测（**∶15）；整时刻关机结束观测工作。在观测数据的同时要做好记录工作：量取天线高并仔细填写GPS静态测量外业记录表。但要注意同步网络图的绘制。

外业观测总共要观测4个时段。外业观测计划用星期四进行，每天上午11:00准时开始观测，下午3:00按时收工，并把当天的GPS静态测量外业记录表交到大组长处。

4 外业观测

1）GPS外业观测

GPS控制网采用GPS技术静态观测方法施测。在实际观测中有效卫星数一般大于4颗，PDOP值一般小于6。外业观测每时段至少同时观测100分钟。每时段开机前，作业员量取天线高，并及时输入测站名、时段号、天线高。量取天线高时，必须在脚架的三个不同方向量取三次，取其平均值，并且两次量测的结果之差不应超过3mm。开始采集数据后作业员及时填写测量手薄中的各项内容。

一个时段观测中不得进行以下操作：关闭接收机又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变数据采样间隔。观测员在作业期间不得擅自离开测站，并防止仪器受震动和移动。在数据采集过程中不应该在接收机旁使用对讲机和手机，并防止人和其他物体靠近接收机天线以免遮挡卫星信号。每日观测结束后，应及时将数据传输到计算机中，确保观测数据不丢失。

2）外业观测数据检核

经过检查：外业观测记录手薄记录完整合副要求。数据完整并且数据质量较好。

5 GPS网的数据处理

1）观测数据的解算

观测数据的处理过程如下：观测数据的输入、基线解算、预处理、基线网平差、精度评定。

2）观测数据的输入

首先打开HDS2003 数据处理软件，点击“项目”菜单中的“新建”选项建立项目文件，然后进行项目属性的设置，主要包括“控制网的等级”、“作标系统”、“参数的设置”。然后把外业测量获得的观测数据复制到新建立的工程文件目录下。最后点击“项目”菜单中的“文件导入”可从工程文件中导入数据。

3）基线解算

作基线向量处理前，要进行“基线向量处理设置”，执行菜单“静态基线”下的“基线处理设置”，主要包括“数据采样间隔”、“截止角”、“参考卫星”及其电离层和解算模型的设置等。作好上述准备后，执行“基线处理”菜单下的“处理全部基线”，程序开始依次逐条处理全部基线并出现信息框，在对话框中分别列出了各条解算基线的名称、基线解算的进度、以及各条基线解算的信息。检查每条基线观测数据的质量，删除数据质量不好并且无关紧要的基线边。通过查看基线残差图屏蔽残差图变化极不规则的卫星的数据，使软件不采集这颗卫星观测的数据进行基线解算。手工对不及格的基线通过比较“线残差图”和修改“观

测数据图”进行调整，直到满足基线及格、同步环相对误差不超线为止。

GPS网点外业数据的采集受到严重的影响。在外业数据采集的设置时应该适当的调高采样高度角的值。内业数据处理时应该把数据采样高度角设置在20到35度之间。其他的设置采用软件默认的设置即可。搜索同步环和异步环时要注意的一点是：找出基线解算有问题的基线进行再解算，否则会引起其他同步环和异步环闭合差的超线。由于受GPS网点周围环境的影响，在GPS网外业观测中有几个点的观测数据质量极差。

4）基线网的平差和未知点坐标解算

基线解算及格、检查闭合环和重复基线合格后便可进行基线网的平差和未知点坐标解算。平差时必须遵守以下的原则：（1）选择适当的坐标系统：采用自定义坐标系统。（2）输入符合精度要求的已知点：尽量选取等级高，同一整体网、同一时期的控制点；已知点必须分布合理；选取兼容性好的已知点。（3）正确选择基线：剔出了部分含有初差的基线边；GPS网图中没有孤点出现；独立环基线最大数目为6。

本次实习选择A、B、C为已知点。已知坐标是在重庆市城市独立坐标系下的坐标，不是同一整体网、同一时期的控制点，分布不合理，兼容性不好。他们的坐标值见资料的收集表。

已知点坐标输入以后分别进行了在WGS-84坐标系下的三维无约束平差、三维约束平差，重庆市城市独立坐标系下进行了二维约束平差，高程拟合。平差完成以后对出现的问题进行了处理，包括：基线的再解算；设置协方差比例系数；搜索同步环和异步环；再次的平差处理。直到平差处理不出现问题为止。（解算结果平差成果另附）。

6 成果检核

三维无约束平差：

参考因子：0.69,自由度：51

§2.2 平差基线边

§2.3 T 检验列表

§2.4 自由网平差坐标

§3 二维平差

§3.1 平差参数

迭代次数：3

网的参考因子： 2.7977

ｘ向平移：-3209752.6593米ｙ向平移： -805313.2873米比例： -1962.2866ppm 旋转： 6559.7935秒

§3.2 平面距离平差值

基线最弱边相对中误差

§3.3 平面坐标

最弱点平面中误差

§4 高程拟合

§4.1 平差参数

迭代次数：1

网的参考因子： 0.0000

参考点：C

H = H0 + A

A = 17.9765

§4.2 拟合高程

§5 平差总结

§5.1 最终平面距离平差值

基线最弱边相对中误差

§5.2 最终坐标平差值

最弱点平面中误差

（3）平差后网控制点的误差椭圆

7 实习总结

GPS实训总结

一个星期的GPS实训结束了，这次的实训是我们第一次接触GPS，也是我们第一次用我们所学的知识去真正实践，一开始心里即有点小激动，不过，心里还是没底的，

因为从来就没有搞过这个，不知道搞这个的具体流程是怎样，大家都是在摸着石头过河。

开始的第一天，我们是进行踏勘选点，对于踏勘选点就有很多需要我们注意的，点位应设在便于安装接收设备，视野开阔的较高点上，点位目标要显著，视线周围15度以上不应有障碍物的遮挡，以减少信号被遮挡或者障碍物吸收，地位应远离大功率的无线电发射装置，其距离不应小于200米，以避免电磁场对GPS信号的干扰,点位附近不应有大面积水或者强烈干扰卫星信号接收的物体，已减弱多路径效应的影响，点位应选在交通方便，有利于其他观测手段扩展和联测的地方，地面基础要稳定，易于点的保存。这次我们的GPS控制测量采用的是边连式。由于长基线误差较大，精度很低，而又有两台距离较近，可以形成短基线，进行校正，降低误差，提高精度。

我们先在篮球场的一个已知点开始架设，在附近主席台控制点，那再架设一台。形成一条不动的边，已知边，另外两台往其他点前进，距离在0.2-5km，这是E级网的距离要求，不能超限。两台的距离应当在1km内，这样可以形成短基线，用于基线解算，提高精度。

接着，架好仪器后，同时开机，观测一小时以上，就可以迁站了。注意，迁站是其他点的两台仪器迁站，主席台和篮球场两台不要动，就是后架设的两台仪器不要动。进行迁站，按照第二部方法，架站，最后，依次交替迁站前进，就可以了。尽可能保证基线多，基线回少很多，平差起来就会少了很多多余条件，精度很低。

接着就是回寝室进行数据处理，由于一开始就没有把原理弄通，导致我在进行GPS数据处理完全不知道怎样进行去处理，我也就没有去管他，就去看看其他小组处理的数据，去他们那儿看看这个数据是怎样处理的，可是，还是有点惭愧，对于GPS可以说是一知半解，在处理闭合差，闭合环时，数据怎么处理都有问题，

这次的实训使我对GPS原理及应用有了更深的理解，同时也让我知道应用GPS进行各