GPS静态观测技术设计书.doc

GPS静态测量技术设计书 专业：工程测量技术 学号：2009020439 姓名：库亚博黄河水利职业技术学院2011年12月5日GPS静态测量技术设计一、项目概述1. 任务由来2011年十一月底，黄河水利职业技术学院测绘工程系组织了工程测量技术专业09级GPS静态实习，为了了解GPS在控制测量作业过程中的全过程，并且掌握GPS静态测量数据处理的基本知识，能够将在课堂上学到的理论运用与实践之中，提高理论水平与外业的操作能力。黄河水利职业技术学院测绘工程系特此安排0903、0904班各小组在五天时间内完成校园的GPS控制网的外业数据采集和数据处理。2、设计内容建立E级GPS控制网，包括做出对GPS控制点的点位布设、外业数据采集、内业华测软件处理数据等方面的内容的技术设计3、设计依据1) 全球定位系统(GPS)测量规范(GBT_18314-2009)2) GPS定位测量单项技能训练指导书3) CH-T_2009-2010全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范4、测区概况黄河水利职业技术学院位于河南省开封市西北角，东临黄河大街，北临北环路，西邻夷山大街，南邻东京大道，与河南大学新校区毗邻。新校区东西长782米，南北长965米，西侧有宽约80米贯通地下古城城墙遗址，南侧有100米贯通东西的城市绿化带。新校区距黄河水院老校区（东院教学区）约4.2km，离市中心8km，距火车站约10km,离连霍高速公路开封市出口约3km。测区平均海拔约为75米，平地居多，另有大量的人工湖。5、坐标系统、高程系统、时间系统坐标系统：GPS坐标为WGS-84坐标系，GPS网平面平差成果为北京54坐标高程系统：高程系统采用1985国家高程基准时间系统：时间系统采用北京GTM+8 时区时间系统二、GPS控制网布设1、GPS控制点的选点GPS控制点的点位应满足以下要求：A 周围应便于安置接收设各和操作，视野开阔，视场内障碍物的高 度角不宜超过15；B 远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等)，其距离 不小干200 m；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50 m；C 附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物等)；D 交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；E 地面基础稳定，易于点的保存；F AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点；G 充分利用符合要求的旧有控制点；H 选站时应尽可能使测站附近的小环境(地形、地貌、植被等)与周 围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。2、GPS控制网网形的布设GPS网点并不以点间通视为必要条件，点位的选定有很大的灵活性，可以先按需要选定点位，再来组织网形，为便于观测和使用，GPS点选在交通方便容易到达的地方，尽量避免在山顶和河边设点。图上设计的仅是概略的点位，在实地选点时可在图上初选点的附近选定合适的点位，以满足GPS测量对点位的要求。拟作为GPS网的位置基准及方位基准的已有控制网的起始点及起始方位角的两端点必须选作GPS点，设计的点位中应尽可能多地包括一些符合条件的已有控制网点（城市或工程控制网点及国家网点）。本次的GPS静态观测根据整个测区的实际情况，按照精度、可靠性、经济性三个指标进行优化设计，充分利用测区内已有的控制点，共选择16个控制点。采用四台华测接收机同时开关机进行同步观测，布设成四边形的网状结构。由于在观测过程中有一台接收机出现故障，不能记录数据，所以选择的16个控制点只有12个控制点在网图中显示。运用compass软件处理数据，最后的控制网图形如下图所示：三、数据外业采集1、设备本次实习的GPS控制网采用GPS技术静态观测方法施测。为了便于观测，提高精度和可靠性，采用4台华测双频接收机进行外业数据采集。本次E级GPS控制网对GPS接收机的技术指标见下表接收机类型观测量至少有同步观测接收机数双拼或单频L1载波相位2本次E级GPS控制网测量作业的基本技术要求见下表卫星截至高度角同时观测有效卫星数有效观测卫星数1544观测时段数时间长度数据采样间隔1.640min5-15s注1：计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效卫星数扣除期间重复的卫星数。注2：观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段。注3：观测时段数1.6，指采用网观测模式时，每站至少观测一时段，其中二次设站点数应不少于GPS网点总数的60%。注4：采用基于卫星定位连续运行基准点观测模式时，可连续观测，但观测时间应不低于表中规定的各时段观测时间的和。2、外业实施1）.GPS静态数据采集使用的是华测X90接收机，在外业的数据采集过程中，要明白接收机是如何工作的，了解接收机上面的指示灯各代表什么含义 电源健：按一秒即可开机，长按三秒即可关机切换健：刚开机时，主机默认为RTK模式，如果做静态就要通过切换健进行切换：常按住切换健，此时电台灯长亮，等电台灯不亮，即可松开表明已切换到静态电池指示灯：长亮表示有电，如果不停的闪烁，表示电量不足卫星指示灯：每隔5秒连闪几次，表示有几颗卫星电台指示灯：做RTK时，电台指示灯会一秒闪烁一次数据采集灯：每隔几秒闪一次，表示在纪录数据， 闪烁的间隔即是采样间隔2）.外业作业注意问题（1） 观测人员测前应做好准备，检查仪器设备和相关配件的完好性，检查电池容量是否充足。（2） 观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组。（3） 架设仪器不宜过低，一般应距离地面一米以上。每一时段开机前，作业员要量取天线高，并及时输入测站名，天线高等信息。关机后再量取三次天线高作校核，三次量得的天线高互差不大于3mm，取平均值作为最后结果，记录在手薄中。天线高记录取值0.001m。（4） 仪器工作正常后，作业员及时逐项填写测量手薄中的各项内容。（5） 观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人为和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。（6） 接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷电（7） 记录雨，晴，阴，云等天气情况（8） 每日观测结束后，应及时将数据转存到计算机上，确保观测数据不丢失，同时应进行当天的基线计算四、内业数据处理本次的数据采集结果用华测compass软件进行处理，用hcloader软件进行数据的传输下载1)静态数据传输用数据传输线正确连接GPS接收机和计算机，数据线不应有扭曲，接口应直插直拔，不应有扭转。a及时将当天观测记录结果录入计算机，并拷贝成一式两份；b数据文件备份时，宜以观测日期为目录名，各接收机为子目录名，把相应的数据文件存入其子目录下。存放数据文件的存储器应制贴标签，标明文件名，网名、点名、时段号和采集日期、测量手簿应编号；c.根据野外记录输入测站名（不超过4个字符，一般为左下端的4位仪器号）、时段（在同一点上不同时间观测的数据，目的是区别文件名）、天线高（野外实地所量测的仪器高，一般为仪器的斜高），选择文件类型（一般默认），确认即可d数据在备份后，宜通过数据处理软件保存为华测.HCN数据格式2)数据处理a) 打开电脑“开始 程序 华测静态处理 静态处理软件”或者直接打开桌面上的快捷方式。b) 新建任务时，虽然坐标系统已经选定，但可以对于中央子午线或者是投影高等可能需要相应的改动或新建。点击工具坐标系管理c) 项目建完后，开始加载GPS数据观测文件。选择“文件”“导入”，compass数据文件格式为.HCNd) 数据导入后，检查相应点的点名，仪器高，天线类型等等，对于有问题的数据要及时更改（注：如果用不同的GPS接收机进行联测，就要单独修改天线类型，对于没有的天线类型，在GPS天线管理器里，添加相应的天线类型，并输入相应的天线参数，如相位中心高，天线半径等。）e) 然后通过“检查” “观测文件检查”，对于里面，个别点，点名命错等就可以查出来，重新命名，然后再反复查看，“观测文件检查”直到没有为止。f) 数据检查没有问题之后，点击“静态基线” “ 处理全部基线”,等基线全部处理完后，对于“Radio”值比较小的进行单独处理，至少保证Radio值大于3以上，当然处理的越大约好，最大为99.9(对于Radio值后面带“？ ”，是由于中误差过大，可以酌情对其处理。) 基线处理的方法主要有以下三种，在数据处理工程中可以针对各种情况酌情处理1） 通过“基线处理设置”，增大或减小数据采样间隔或卫星的截止角，其他为默认，当采集的数据时间较长时，不如两个小时以上的可以把采样间隔加大，对于卫星数据较多，可以适当增大截止角。然后再单独处理一下这条基线。2） 删除不好的数据，右击基线，出现”属性”,在“观测数据图”里删除不好的数据或者时间比较短的数据，确定后，然后再单独处理这条基线3） 对于各别基线如果怎么处理都不能大于3时，可以不让其参与基线处理及网平差，具体操作是，右击基线属性把”参与基线处理及网平差”的复选框勾掉。g) 在“网平差”网平差设置“，根据具体情况选择三维平差，二维平差，水准高程拟合，如果中央子午线需要改，就在”重置中央子午线“，重新输入改正后的中央子午线，注意度分秒要用”：“分开，比如106度30分就输成 106：30，其他的如自由网平差，二维平差设置，高程拟合方案等都可以默认。h) 在“网平差”里点击“进行网平差”，就会弹出窗口，点击“确定”，然后点击“成果”成果报告“，查看平差成果，平差报告会已网页的形式打开。i) 自由网平差，处理好基线后,进行三维无约束平差,然后检验基线闭合差j) 约束网平差, 在网平差设置中，用户可以选择将要进行的网平差，如三维平差、二维平差、水准高程拟合等。在网平差设置中，没有提供自由网平差选项，因为在进行这些联合平差之前，软件都将自动进行自由网平差。在网平差设置中，还可以重置中央子午线，因为通常情况下，用户在国内通常只需要使用一组椭球参数北京54，在不同的地区通常只需要重设中央子午线k) 已知坐标的输入,在进行了网平差的设置后，需要输入已知点的坐标。在观测站点列表窗口查看观测站点的“属性”，将出现如下的标签对话框。输入该已知点的固定形式及固定坐标。输入完成后，不要忘记勾选约束。参考GPS测量规范和实习指导书的要求,对基线的解算参考以下内容：（1）基线解算a同一级别的GPS网，根据基线长度不同，可采用不同的数学处理模型。但8km内的基线，必须采用双差固定解。30km以内的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。30km极其以上的基线，可采用三差解作为基线解算的最终结果。b对于所有同步观测时间短于35min的快速定位基线，应采用符合要求的双差固定解作为基线解算的最终结果。c同一时段观测值基线处理中，二、三等数据采用率都不宜低于80%。d无论采用单基线模式或多基线模式解算基线，都应在整个GPS网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差应符合下式的规定：式中 w环闭合差， n独立环中的边数 GPS网的精度指标，即a 采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差不宜超过表2-1的规定。 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定（110-6） 表7等级限差类型二等三等四等一级二级坐标分量相对闭合差2.03.06.09.09.0环线全长相对闭合差3.05.010.015.015.0f对于采用不同数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差要求检核。同步时段中的多边形同步环，可不重复检核。g同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果的边就是重复观测边。对于重复观测边的任意两个时段的成果互差，均应小于接收机标称精度的倍。（2）GPS网平差处理a当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。无约束平差应提供各控制点在WGS-84系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息。b无约束平差中，基线向量的改正数（）绝对值应满足下式要求： 的计算方法同上。 当超限时，可认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的方法或人工方法剔除粗差基线，直至符合上式要求。c约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差（）应符合下式要求：的计算方法同上。当超限时，可认为作为约束的已知坐标与GPS网不兼容，应采用软件提供的或人为的方法剔除某些误差较大的约束值，直至符合上式要求。五、质量检查1) 基线向量及改正数 、(Tau)检验 在“网平差”里点击“进行网平差”，就会弹出下图窗口，点击“确定”，然后点击“成果”成果报告“，查看平差成果，平差报告会已网页的形式打开。从平差报告里看出：基线向量及改正数 、(Tau)检验表个别为红色，这说明要单独对这些基线进行处理，直到没有红色出现为止。2) 平方检验当基线被处理的没有红色的了，但平方检验(=95%)还是“失败”,这时把这个参考因子输入到网平差设置自由网平差协方差比例系数里，然后再进行平差，直到“通过”。3) 相对误差、平面坐标的中误差、高程拟合的中误差 根据网的等级设计要求，查看是否超限 基线向量的改正数。 根据基线向量的改正数的大小，可以判断出基线向量中是否含有粗差。具体判定依据是，若|Vi|Ot1-a/2，则认为基线向量中部含有粗差；反之，则含有粗差。 相邻点的中误差和相对中误差。 若在进行质量评定时，发现有质量问题，需要根据具体情况进行处理，如果发现构成GPS网的基线中含有粗差，则需要采用删除含有粗差的基线，重新对含有粗差的基线进行解算或重测含有粗差的基线等方法解决；如果发现个别起算数据有质量问题，则应该放弃有质量问题的起算数据。六、提交成果a) 外业观测数据b) 作业调度表c) 数据处理结果附录1：GPS作业调度表GPS作业调度表时段编号观测时间测站名测站名测站名测站名GPS网略图机号机号机号机号114:20-15:1OHY49H094GPS-12H047ABCD215:23-16:10HY49H094HO58HO93ABCD308:40-09:30HO54H055HO58H093ABCD409；50-10:40H033H055H011H093ABCD512:12-12:55H033H035H011GPS-06ABCD613:03-13:50HY31H025HO11GPS-06ABCD714：05-14;55HY31H025H096H037ABCD816:05-16:50HY31HY49H096H047ABCD908:40-09：30HY31HY49H011H093ABCD注：1.在搬站过程，有仪器出现问题，有的测站时间间隔较长 2.仪器型号全部用abcd来表示