GPS测量原理及应用

GPS测量原理及应用 实习报告

专 业：12级测绘工程专业 班 级：1220502 姓 名：方 明 学 号：201220050208 指导教师：吴良才

目录

一、前言.............................................................................................................3 1.1 实习目的.................................................................................................3 1.2 实习内容.................................................................................................3 1.3 实习分组情况.........................................................................................3 二、GPS接收机认识学习.................................................................................4 2.1 实验目的要求 ........................................................................................4 2.2 仪器设备及精度指标 ...........................................................................4 2.3 实验步骤及操作.....................................................................................4 三、GPS静态相对定位数据采集.....................................................................5 3.1 技术设计.................................................................................................5 3.2 测区情况及测前准备.............................................................................5 3.3 选点情况.................................................................................................5 3.4 观测的作业要求.....................................................................................6 3.5 具体操作步骤.........................................................................................6 四、GPS静态相对定位数据处理.......................................................................7 4.1 数据传输.....................................................................................................7 4.2 数据处理.....................................................................................................7 4.2.1 数据导入.............................................................................................7 4.2.2 基线解算.............................................................................................7 4.2.3 自由网无约束平差...............................................................................8 4.3 成果输出报表..............................................................................................8 五、基站架设以及RTK测图............................................................................9 5.1 实验目的要求.........................................................................................9 5.2 仪器设备.................................................................................................9 5.3 RTK测图步骤.........................................................................................9 5.3.1 基准站设置....................................................................................9 5.3.2 移动站设置....................................................................................9 5.3.3 点测量............................................................................................9 5.3.4 数据传输.......................................................................................10 5.4 南方CASS绘图....................................................................................10 六、实习体会.....................................................................................................11

一 、前言

1 . 1 实习目的

通过实习，结合课堂教学我们可以掌握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

这次实习的主要实习内容主要有四项：

1．GPS接收机认识实习；熟悉南方灵锐S86 GPS接收机的基本操作，对GPS接 收机工作原理有个认识。

2．GPS静态相对定位数据采集；在校区进行GPS网的布设，并进行静态相对定 位数据采集。

3. GPS静态相对定位数据处理；利用南方GPS接收机数据处理软件，对所采集的样本 数据进行基线解算和网平差。

4. 基站架设以及RTK测图，利用GPS RTK测量技术进行碎部点测量，并用数据处理软

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 实习分组情况

本次实习班级分6组进行 本组成员情况介绍： 组长：方 明

组员：郭建雄、陈亚栋、付超远、帅苏芳、邹辉霞、王安迪 静态采集的数据以组为单位，每个组数据一样； 动态测量RTK测图以组为单位，每个组一份图。

二、GPS接收机认识学习

2.1 实验目的要求

(1)了解GPS接收机组成的各个部分（接收机天线、主机及其操作面板、电源 等）及其连接；

(2)掌握GPS接收机数据采集的操作，包括整平对中、开机、输入点号、天 线高、查看接收机工作状态、关机等；

(3)通过认识实习，为以后的GPS静态相对定位和RTK测图实习做好知识和技 术上的准备。

2.2 仪器设备及精度指标

本次实习采用南方灵锐S86 GPS接收机

接收机的精度指标：

静态平面精度：3mm+1ppm 静态高程精度：5mm+1ppm RTK平面精度：1cm+1ppm RTK高程精度：2cm+1ppm

2.3 实验步骤及操作

（1）安置仪器：在任意点上放置三角架，安放基座和天线，整平对中； （2）天线与主机的连接；

（3）熟悉开机、关机、量取天线高；主机面板菜单的各项功能；输入点 号、天线高，查看接收机工作状态等。

三、GPS静态相对定位数据采集

3.1 技术设计依据

依据GPS测量规范及实习任务书，具体内容为：

（1）等级：国家E级；

（2）点数：4个点组成两个三角行，有同步环有异步环； （3）GPS控制点：依据ECIT CAMP GPS 2014网点选择；

（4）成果：以:组为单位，完成设计、选点、观测，每人分别进行数据处理 和质量控制，并提交各自的结果。

3.2 测区概况及测前准备

测区概况：本次实习测区范围为东华理工大学广兰校区，，测区内总体地势较为平坦，部分地区有较大起伏，利于基准站和移动站的架设，但由于校区内树木、房屋等高大地物的影响，导致接收机接收卫星信息叫空旷地区差些。

测前准备：通过一天时间将控制点位选好，以备静态测量时使用。其次，需要分配每个小组的任务，并将测量时的一些注意事项协调好。然后，通过GPS接受仪器对所选的控制点进行测量，每个点位保证观测两个时段。当外业测量结束后，运用南方GPS处理软件进行内业计算，得出每个控制点的坐标和高程

3.3 选点情况

小组选点情况如图： JX51——0001（北门）

JX52——0002（国防科技楼旁） JX54——0004（西大门） JX64——0005（东大门）

3.4 观测的作业要求

（1）观测的时段长度≥45min,几何图形强度因子PDOP<6；

（2）天线的对中误差≤3mm，天线应整平：基座上的圆气泡居中，天线定向 标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°；

（3）观测组应按调度规定时间进行作业，保证同步观测同一组卫星； ④每 时段开机后应量取天线高，并及时输入点名（点号）及天线高，关机后 再量取一次天线高作校核，两次互差<3mm,取平均值作为最后结果，并 记录在外业观测记录纸上；

（4）仪器工作正常后，应及时填写外业观测记录纸中的有关内容；

（5）作业期间，观测人员不能擅自离开测站，并应防止仪器受震动或被移动， 防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。雷雨过境时应关机停测， 并卸下天线以防雷击；

（6）观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，观测结束后，应及时将 数据下载到计算机上。

3.5 具体操作步骤

（1）在选好的观测站点上安放三脚架。注意观测站周围的环境必须符合以下的 条件，即净空条件好，远离反射源，避开电磁场干扰等。因此，安放时用 户应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下，也不要在靠近接收机的地方 使用对讲机，手提电话等无线电设备。

（2）小心打开仪器箱，取出基座及对中器，将其安放在脚架上，在测点上对中、 整平基座。

（3）从仪器箱中取出接收机，将其安放在对中器上，并将其锁紧，再分别取出 采集器及其托盘，将它们安装在脚架上。

（4）按开机键。三秒之内按F1进入设置工作模式 。

（5）进入设置工作模式后选择静态模式，然后修改截止角（15°）， 采样频率 10s，采样模式为自动 （6）按F1确定就可以采集了

（7）注意仪器在采集的时候data键会闪烁，要是没有闪烁那就可能仪器的 存储已满，要进行删除里面以前的数据。

（8）开始进行观测，要记住开始时间，量取仪器高。

四、GPS静态相对定位数据处理

4.1 数据传输

用数据线让接收机与计算机连接

利用“灵锐助手”或者与接收机机型对应的软件传输数据 修改点名以及天线高

4.2 数据处理

4.2.1 数据导入

应用南方测绘GPS数据处理软件

新建一个工程，用于存储文件，增加观测数据将数据都导入。

4.2.2 基线解算

常用设置中将截止角设为15度，历元间隔为10。然后处理全部基线。处理完毕后查看每条基线的整数解，若其小于3，则需要查看此基线的基线残差图，去除部分多余的卫星观测数据，进行单独处理这条基线，直到整数解满足大于3

的条件为止。

4.2.3 自由网无约束平差

首先进行网平差设置，选中三维平差、二维平差、水准高程拟合，重置中央子午线为117度，高程拟合方案为曲面拟合。之后进行网平差，生成成果报告。

4.3 成果输出报表（见附录）

五、基站架设以及RTK测图

5.1 实验目的要求

（1）掌握基准站的架设；

（2）掌握RTK系统的构成，基准站和流动站组成的各部件及其连接； （3）掌握RTK基准站和流动站的位置； （4）掌握RTK测图的基本原理；

（5）掌握南方CASS成图的 软件的使用。

5.2 仪器设备

南方灵锐S86 GPS接收机；S730手簿；脚架、基座；对中杆。

5.3 RTK测量的基本步骤

5.3.1基准站设置

在已知点上架设脚架，固定基座，严格对中整平后，测量仪器高。开机，将接 收机调整为基准站模式，设置差分格式为CMR、电台频道为3。观察DX和 TX指示灯，TX灯闪表示基准站向外发送数据，DX灯闪表示基准站接收卫星 信号。

5.3.2移动站设置

（1）将移动站主机连接在碳纤维对中杆上，将接收天线接在主机上，调节GPS 接收机至移动站模式。

（2）打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定条件后，主机上 的RX指示灯开始1秒闪1次，表明已经收到基准站差分信号。 （3）打开手簿，启动工程之星软件。

（4）设置文件保存路径，新建文件和文件。

（5）连接仪器，搜索到移动站对应的接收机信号，通过蓝牙将移动站和手簿连 接在一起。 （6）电台设置。

（7）设置移动参数：设置差分格式，CMR，设置天线高。

5.3.3 点测量

将对中杆放在目标点上，使水准器的气泡置中。当达到固定解时按下手 簿上的A键进行点的采集；按两下手簿上的B键可以查看采集的点的坐标等。

5.3.4 数据传输

在野外采集的数据都会自动保存在手簿的“我的电脑→Flashdisk→Jobs”中。 我们需要的测量成果文件是以*.dat为后缀的文件，此文件自动存储在我们新 建工程文件下的DATA文件中。

5.4 南方CASS绘图

打开南方CASS→绘图处理→展野外测点点号→将测量成果文件.dat导入CASS中。

根据草图将图完成。

展野外点点号分布图（成果图见附录）

六、实习体会

这次实习中最主要的就是GPS静态测量。GPS静态测量，是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。主要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，时间由40分钟到十几小时不等。 通过实习，熟悉并熟练掌握GPS仪器的使用及进行控制测量的基本方法, 巩固课堂所学知识，加深对测量学的基本理论的理解。了解GPS原理以及在测绘中的应用,能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。学会GPS进行控制测量的基本方法并对GPS数据的处理，培养实际动手能力。

经过了这次实习我们认识到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。在进行对中和正平，保证接线连接正确之后，准备开机。要保证进行测量的几组，同时开机，确保测量的准确性。测量的时候，要记录仪器高、点位置和时间段。我们采取的时间段是60分钟，所以一次测量60分钟之后，进行换站，下一步测量。

附录1 GPS静态数据处理成果输出报表

GPS静态数据网型

东华理工大学GNSS网平差结果 施工单位：12级测绘工程 负 责 人：方明

负 责 人：2014年12月14日 2014年12月14日

文件名 观测日期 开始 结束 点名 天线高 天线高 机号

00013482.STH 2014年12月14日 13时57分 14时57分 0001 1.5774 1.5000 W1386782639

00023481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时40分 0002 1.4971 1.4200 W1386782643

00023482.STH 2014年12月14日 13时56分 14时56分 0002 1.4971 1.4200 W1386782643

00043481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时42分 0004 1.4981 1.4210 W1386782658

00053481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时42分 0005 1.4238 1.3470 W1386789841

00053482.STH 2014年12月14日 13时56分 14时57分 0005 1.4238 1.3470 W1386789841 基线简表

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增量 长度 相

对误差

00013482-00023482 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0

三差解 0.012 0.008 0.009 -0.031 0.063 0.039 0.080 1/7

双差浮点解 0.012 0.008 0.009 229.450 101.620 13.463 251.307

1/21148

双差固定解 33.44 0.009 0.003 0.009 229.470 101.623 13.465 251.327

1/27627

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增量 长度 相

对误差

00043481-00023481 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0

三差解 0.011 0.008 0.008 -0.000 0.001 0.000 0.001 1/0

双差浮点解 0.011 0.008 0.008 -4.642 -146.737 236.273 278.170

1/24904

双差固定解 16.43 0.012 0.004 0.011 -4.639 -146.720 236.276 278.163

1/23309

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增量 长度 相

对误差

00053481-00023481 观测量L1 L2 P2同步时长 60分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0

三差解 0.006 0.005 0.004 368.991 -29.742 348.149

508.180

1/87354

双差浮点解 0.009 0.007 0.006 368.781 -29.570 348.240 508.080

1/58062

双差固定解 10.51 0.011 0.003 0.010 368.792 -29.578 348.226 508.078

1/46900

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增量 长度 相

对误差

00053482-00023482 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:20 高度截止角:15.0

三差解 0.010 0.007 0.007 0.028 -0.058 -0.035 0.073 1/8

双差浮点解 0.010 0.007 0.007 368.795 -29.631 348.201 508.067

1/52151

双差固定解 4.51 0.017 0.010 0.014 368.804 -29.586 348.230 508.091

1/30255

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增量 长度 相

对误差

00053481-00043481 观测量L1 L2 P2同步时长 61分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0

三差解 0.009 0.007 0.006 0.028 -0.059 -0.036 0.074 1/8

双差浮点解 0.009 0.007 0.006 373.414 117.144 111.955 407.056

1/43572

双差固定解 10.53 0.011 0.005 0.010 373.431 117.135 111.947 407.066

1/35563

中误差 水平 垂直 X增量 Y增量 Z增

量 长度 相

对误差

00013482-00053482 观测量L1 L2 P2同步时长 60分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0

三差解 0.012 0.011 0.003 -136.186 132.812 -335.497 385.673

1/33339

双差浮点解 0.047 0.046 0.010 -138.597 131.763 -334.890 385.644

1/8138

双差固定解 17.95 0.026 0.016 0.021 -139.362 131.213 -334.766 385.626

1/14570

重复基线报告

基 线 名 质量 中误差 X Y Z 基线长 相对

误差 长度较差 长度限差

重复基线 0.0127 0.0064 0.0039 0.0022 508.0843

25.0ppm 12.72 8.61

00053481-00023481 10.51 0.0108 368.7917 -29.5778 348.2256 508.0780

1/46900

00053482-00023482 4.51 0.0168 368.8045 -29.5856 348.2299 508.0907

1/30255

剔除基线后重复基线

剔除基线后重复基线 0.0127 0.0064 0.0039 0.0022 508.0843

25.0ppm 12.72 8.61

00053481-00023481 10.51 0.0108 368.7917 -29.5778 348.2256 508.0780

1/46900

00053482-00023482 4.51 0.0168 368.8045 -29.5856

348.2299 508.0907

1/30255

基线解详细情况

1.00013482--00023482

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0001)

输入文件: E:\FM\00013482.STH 天线高(m): 1.577

x (m) -2438212.785 lat (dms) N 28 43 30.6626 y (m) 5038645.862 lon (dms) E 115 49 20.8231 z (m) 3047244.057 (m) H 37.5513 测 站:(0002)

输入文件: E:\FM\00023482.STH 天线高(m): 1.497

x (m) -2437983.315 lat (dms) N 28 43 31.1784 y (m) 5038747.485 lon (dms) E 115 49 11.5805 z (m) 3047257.522 (m) H 36.5929 到测站 0001 基线 0002 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 0.0000000 0.0000000 0.0000000

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.128859

dy(01) -0.153390 0.216384

dz(01) -0.098772 0.127520 0.086694 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) 229.470 0.001 dy (m) 101.623 0.002 dz (m) 13.465 0.001 Rms :0.009 RDOP : 0.7 2.00043481--00023481

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0004)

输入文件: E:\FM\00043481.STH 天线高(m): 1.498

x (m) -2437980.118 lat (dms) N 28 43 22.2589 y (m) 5038895.429 lon (dms) E 115 49 09.1001 z (m) 3047016.611 (m) H 36.3779 测 站:(0002)

输入文件: E:\FM\00023481.STH

天线高(m): 1.497

x (m) -2437984.756 lat (dms) N 28 43 31.0194 y (m) 5038748.708 lon (dms) E 115 49 11.6087 z (m) 3047252.887 (m) H 35.8813 到测站 0004 基线 0002 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 0.0000000 0.0000000 0.0000000

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.009383

dy(01) -0.011732 0.028912

dz(01) -0.006502 0.013966 0.010384 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) -4.639 0.000 dy (m) -146.720 0.000 dz (m) 236.276 0.000 Rms :0.012 RDOP : 0.2 3.00053481--00023481

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0005)

输入文件: E:\FM\00053481.STH 天线高(m): 1.424

x (m) -2438352.487 lat (dms) N 28 43 18.1747 y (m) 5038771.479 lon (dms) E 115 49 23.4406 z (m) 3046900.967 (m) H 25.1927 测 站:(0002)

输入文件: E:\FM\00023481.STH 天线高(m): 1.497

x (m) -2437983.695 lat (dms) N 28 43 31.0170 y (m) 5038741.901 lon (dms) E 115 49 11.6828 z (m) 3047249.193 (m) H 28.3274 到测站 0005 基线 0002 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 0.0110654 -0.0079144 -0.0147435

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.004117

dy(01) -0.009768 0.028109

dz(01) -0.005605 0.015705 0.012466 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) 368.792 0.000

dy (m) -29.578 0.000 dz (m) 348.226 0.000 Rms :0.011 RDOP : 0.2 4.00053482--00023482

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0005)

输入文件: E:\FM\00053482.STH 天线高(m): 1.424

x (m) -2438352.769 lat (dms) N 28 43 18.3310 y (m) 5038772.497 lon (dms) E 115 49 23.4336 z (m) 3046907.022 (m) H 29.0133 测 站:(0002)

输入文件: E:\FM\00023482.STH 天线高(m): 1.497

x (m) -2437983.964 lat (dms) N 28 43 31.1736 y (m) 5038742.911 lon (dms) E 115 49 11.6755 z (m) 3047255.252 (m) H 32.1393 到测站 0005 基线 0002 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 0.0000000 0.0000000 0.0000000

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.032554

dy(01) -0.017935 0.073446

dz(01) -0.003098 0.051306 0.067329 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) 368.804 0.001 dy (m) -29.586 0.001 dz (m) 348.230 0.001 Rms :0.017 RDOP : 0.4 5.00053481--00043481

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0005)

输入文件: E:\FM\00053481.STH 天线高(m): 1.424

x (m) -2438352.564 lat (dms) N 28 43 18.1756 y (m) 5038771.619 lon (dms) E 115 49 23.4409 z (m) 3046901.085 (m) H 25.3891 测 站:(0004)

输入文件: E:\FM\00043481.STH 天线高(m): 1.498

x (m) -2437979.134 lat (dms) N 28 43 22.2575 y (m) 5038888.754 lon (dms) E 115 49 09.1746 z (m) 3047013.032 (m) H 29.0135 到测站 0005 基线 0004 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 0.0000000 0.0000000 0.0000000

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.011608

dy(01) -0.012613 0.036045

dz(01) -0.008014 0.020908 0.019445 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) 373.431 0.000 dy (m) 117.135 0.000 dz (m) 111.947 0.000 Rms :0.011 RDOP : 0.3 6.00013482--00053482

Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测 站:(0001)

输入文件: E:\FM\00013482.STH 天线高(m): 1.577

x (m) -2438212.770 lat (dms) N 28 43 30.6629 y (m) 5038645.855 lon (dms) E 115 49 20.8227 z (m) 3047244.061 (m) H 37.5411 测 站:(0005)

输入文件: E:\FM\00053482.STH 天线高(m): 1.424

x (m) -2438352.131 lat (dms) N 28 43 18.3358 y (m) 5038777.068 lon (dms) E 115 49 23.3391 z (m) 3046909.294 (m) H 33.4700 到测站 0001 基线 0005 标准误差 (m) :

协方差距阵 : dx dy dz Vector 1 -0.0011845 0.0030725 -0.0028063

dx(01) dy(01) dz(01) dx(01) 0.087910

dy(01) -0.046121 0.041155

dz(01) -0.019636 0.021542 0.021158 correlations for baseline 1: Solution Sigma

dx (m) -139.362 0.002 dy (m) 131.213 0.001

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t9ji.html