最新级《gps软件实训》实习指导书汇总Word文档格式.docx

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1、实习周数：

一周。

2、时间安排：

时间

实习内容

备注

2015.1.19

HDS2003软件培训与练习

2015.1.20

LGO软件培训与练习

2015.1.21

TBC软件培训与练习

2015.1.22

CosaGPS软件培训，LGO+CosaGPS和TBC+cosaGPS数据处理练习

2015.1.23

利用上述软件对同一个GPS网的数据进行基线解算和平差处理、结果对比。

提交实习报告。

五、上交的成果资料

每位同学均需提交《GPS软件实训》实习报告一份，内容包括：

1、某GPS网网形设计及网形特征值计算；

2、利用HDS2003、LGO和TBC对某GPS网进行基线解算：

包括软件简介、基线解算过程、GPS网图、参数设置、基线精化处理、结果分析，最后对三款软件所解算的基线结果进行比对和比对结果分析，如果差异较大，需分析自己出错的原因；

3、利用HDS2003和TBC对解算的基线进行GPS网平差：

包括参数设置、同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差、无约束平差、二维约束平差、已知点检核、平差后网图含误差椭圆、平差结果及结果分析等；

4、利用CosaGPS软件处理LGO和TBC导出的GPS基线：

包括软件简介、项目设置、三维无约束平差、二维约束平差、网图（含误差椭圆）、平差结果分析等；

5、实习体会。

内容包括：

实习过程、实习成果总结、自我评价、实习体会与收获、意见和建议。

实习报告统一用西安科技大学信纸手写，每人一本。

报告行文应流畅、叙述应有条理，文中涉及的需要打印的图、表可以打印好之后粘贴在相应正文之后，简单的图表可手工绘制，图表依次按顺序编号（图1，表1，图号图名在图正下方，表名表号在表正上方）。

注意：

为了节约打印纸张仅需打印必须打印的部分，比如基线精化处理的残差图，仅需附上两条基线的精化前后的残差图即可，闭合环重复边检核仅需屏幕截图即可。

报告重点是反映自己对GPS数据处理的整体理解以及分析问题解决问题的能力。

六、实习成绩评定

1、评定方法

实习成绩由出勤情况、实习表现和实习报告共三部分构成。

其中，出勤情况占30分，上机表现占30分，实习报告占40分。

具体评分如下：

（1）出勤情况：

无故缺勤一次扣5分，无故缺勤两次扣15分，无故缺勤3次及3次以上扣30分。

上课迟到10分钟以上按无故缺勤处理、未征得指导教师同意而中途逃课按无故缺勤处理、扰乱课堂秩序被指导教师劝离按无故缺勤处理。

（2）实习表现：

出全勤同学的实习表现得分根据课堂表现、软件操作熟练程度、与教师的互动情况等多方面综合评定。

实习期间严禁在教室吃零食、玩手机、嬉笑、打闹、玩游戏；

严禁观看与本实习无关的视频、电影或图片；

无故缺勤同学需自学缺失的培训内容并主动联系指导教师对该内容进行考核，考核通过者在实习表现环节不再重复扣分；

如果不联系考核或考核不通过，将在其实习表现环节继续扣分（缺勤一次扣10分，缺勤两次扣20分，缺勤3次及3次以上扣40分）。

（3）实习报告。

由指导教师根据实习报告撰写的态度、质量、是否原创、体会是否深刻、建议是否中肯等情况多方面综合评定。

2、计分方法

实习成绩分为：

优（90分以上）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（60分以下）。

七、注意事项

实习期间，除了遵守课堂纪律和安排之外，还应注意如下事项：

1、同学之间应团结友爱、互相学习、共同提高。

2、积极思考、勤学好问。

实习期间应结合实习安排提前精读教材相关章节、积极思考，简单的问题可在课下同学之间讨论解决，疑难问题可在教师巡视辅导时主动提出予以解决。

3、严肃纪律、珍惜学习。

培训期间需严格遵守国家法律法规和学校的各项规章制度，不得擅自离校或外出。

珍惜软件培训机会、认真听讲、认真记笔记、积极学习、主动学习。

无特殊原因不得请假，特殊原因请假者需自学所缺失的学习内容并到指导教师处进行考核，指导教师有权对考核不合格者按缺勤处理并在实习表现和实习报告中予以扣分处理。

4、发现不稳定问题应及时向指导教师或辅导员报告。

八、参考教材及资料

1、李征航等，GPS测量与数据处理（第二版），武大出版社，2010

2、徐绍铨等，GPS测量原理及应用（第三版），武大出版社，2010

3、全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314－2009）

4、HDS2003、LGO、TBC和CosaGPS软件说明书

5、相关视频及多媒体课件、期刊文章等

附录：

一、GPS网的基本概念及网形特征条件

在进行GPS网网形设计前，必须明确甲方的任务要求和GPS网构成的基本概念，掌握GPS网形特征条件计算方法。

1.GPS网图形构成的基本概念

观测时段：

测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续观测的时间段，简称时段。

同步观测：

两台或两台以上接收机同时对卫星进行观测。

独立基线：

N台GPS接收机同步观测一个时段，理论上会形成N*（N-1）/2条同步基线，但其中仅有N-1条是数学独立的，即其它N*（N-1）/2-（N-1）条基线可由这N-1条基线计算得到，我们把这N-1条基线称为独立基线。

理论上，GPS网平差是对各时段的GPS独立基线进行平差，因而GPS网平差之前，应选定独立基线构成独立基线网。

如果不选独立基线而将所有基线（其中包括同步基线）构成GPS网进行网平差，则平差结果会出现虚假的高精度，可靠性也难以保证。

非独立基线：

N台GPS接收机同步观测一个时段，理论上会形成N*（N-1）/2条同步基线，其中独立基线为N-1条，其它N*（N-1）/2-（N-1）条基线为非独立基线。

同步观测环：

三台或三台以上接收机进行同步观测所获得的同步基线所构成的闭合环，简称同步环。

异步观测环：

在构成多边形环路的所有基线中，如果含有非同步观测基线，则该多边形环路就叫异步观测环，简称异步环。

独立观测环：

由独立观测获得的基线构成的闭合环，简称独立环。

2.GPS网特征条件的计算

观测时段数：

式中：

C为观测时段数；

n为网点数；

m为每点的平均设站数；

N为接收机数。

故在GPS网中：

总基线数：

必要基线数：

独立基线总数：

多余基线数：

依据以上公式，就可以确定出一个具体GPS网图形结构的主要特征。

二、GPS网的图形设计

常规测量控制网的图形设计是一项非常重要的工作。

而GPS网形设计时具有较大的灵活性。

根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混连式等四种基本方式。

也有布设成星行连接、三角锁行连接等。

具体布网方案应根据网的用途、用户要求、相关标准、经费、工期、已知点分布、接收机型号及数量、后勤保障等因素，优化布设。

三、GPS基线解算

1、采用的观测值

GPS基线解算一般采用双差相位观测值，既由两个测站的原始观测值分别在测站间和卫星间求差后所得到的观测值。

目前，国内外知名GPS接收机生产厂家都提供有各自的基线解算软件，比如Trimble的TGO、Leica的LGO、Ashtech的Solution等，不同基线解算软件在参数设置时有稍有不同，求得的基线向量输出格式也各不相同，但采用的观测值都有双差L1、L2、L1+L2、L3等。

2、卫星星历

高精度GPS基线解算大多使用精密星历、常规GPS工程控制网的基线解算多采用广播星历。

3、基线解算

基线解算实际上是一个复杂的平差过程，即根据双差相位观测值解算双差模糊度和基线向量等参数，具体又分三个阶段：

第一阶段是进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解（浮动解）；

第二阶段是将整周未知数固定成整数；

第三阶段是将解算出的整周数作为已知值，将基线向量坐标分量作为未知数，平差计算出基线向量的最终解，即双差整数解（也称双差固定解）。

4、基线解算阶段的质量控制指标

单位权方差因子

其中：

V为观测值的残差；

P为观测值的权；

f为观测值的总数。

数据剔除率

基线解算之前，应对原始观测数据和双差观测数据进行数据预处理，包括粗差的探测与剔除、周跳探测与修复等。

被剔除的观测值数量与观测值总数之比，就是所谓的数据剔除率。

数据剔除率从很大程度上反映了GPS原始观测值的质量。

数据剔除率越高，说明观测值的质量越差。

RATIO

显然，RATIO≥1.0。

该指标反映了基线解算过程中将整周模糊度参数固定为整数结果的可靠性，该值越大说明解算出的整周模糊度越可靠（基线向量越可靠）。

这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量和连续观测的时间长短有关，也与观测条件的好坏有关。

RDOP

该值指的是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹tr（Q）的平方根，即RDOP=（tr（Q））1/2。

RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，对于某条GPS基线而言，其RDOP值的大小与观测时间段有关。

RDOP反映了卫星的分布状态对相对定位的影响。

RMS即均方根误差（RootMeanSquare）：

n为观测值的总数。

RMS表明了观测值的质量，观测值质量越好，RMS越小。

RMS不受观测条件（观测期间卫星分布图形）好坏的影响。

按照数理统计的理念观测值误差落在1.96倍RMS的范围内的概率为95%。

同步环闭合差

同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。

特点及作用：

由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应为0。

如果同步环闭合差超限，说明组成同步环的基线中至少存在一条基线是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，并不能说明同步环的所有基线在质量上均合格。

异步环闭合差

不是完全由同步基线组成的闭合环称为异步环，异步环的闭合差称为异步环闭合差。

当异步环闭合差满足限差要求时，表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；

当异步环闭合差不满足限差要求时，表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定具体是哪条或哪几条基线不合格，必须借助多个相邻的异步环或重复基线来进行。

因而，一个好的GPS网形设计必须有足够的多余基线和多个环路构成，进而有能力探测出可能的粗差基线。

重复基线较差

不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓重复基线。

这些观测结果之间的差异，就是重复基线较差。

RATIO、RDOP、RMS这几个质量指标只具有某种相对意义，他们数值的高低不能绝对地说明基线质量的高低。

若RMS偏大，则说明观测值质量较差，若RMS值较大，则说明观测条件较差。

四、GPS基线解算过程

知名GPS接收机厂家都会配备相应的GPS软件，它们在软件界面、操作习惯方面都会有各自不同的特点，但是，无论是哪种软件，它们的使用步骤都是大体相同的。

GPS基线解算的过程是：

1、新建项目

常用GPS软件的数据处理和数据管理都是按项目方式进行的。

2、读入原始观测数据

一般说来，各大GPS接收机厂家提供的数据处理软件都可以直接读入并处理本厂家的接收机传输出来的GPS原始观测数据，而不能读取所有品牌的GPS接收机的原始观测数据。

如果需要处理这些不能直接读取的接收机原始观测数据，必须事先将其转换为国际通用的RINEX数据格式。

GPS数据处理软件都支持RINEX数据格式。

读入GPS观测值数据后，需要对观测数据进行必要的检查，检查项目包括：

测站名、点号、测站坐标、天线高等。

对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。

3、设定基线解算的控制参数。

基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法进行基线解算，设定基线解算参数是基线解算时的一个非常重要的环节。

4、基线解算。

基线解算的过程可以手工进行也可自动进行。

通常做法是采用自动解算，这样无须过多人工干预、效率较高。

5、基线结果质量检验；

基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线质量进行必要的检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新外业观测。

基线的质量检验指标有RATIO、RDOP、RMS、同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差等。

五、GPS基线向量网平差

（一）GPS网平差的分类

1、无约束平差

无约束平差故名思议就是在平差时不引入能够使GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。

因而GPS网无约束平差仅需固定一个点的绝对坐标即可，GPS网的方位基准和尺度基准完全由GPS基线提供。

无约束平差的主要目的是：

①评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除粗差基线。

无约束平差结果的好坏完全取决于GPS网的布设和GPS基线的质量，如果平差结果质量不好，则说明GPS网的布设或GPS基线有问题；

反之，说明GPS网的布设或GPS基线质量没问题。

②得到GPS网中各个点在WGS-84系下的三维空间直角坐标。

③平差结果除了三维空间直角坐标结果之外，还有大地坐标结果，大地坐标结果中的大地高及大地高差为GPS高程应用研究提供的可能。

目前，很多发达地区已经可以利用GPS/水准技术取代常规水准。

2、约束平差

GPS网的约束平差指的是平差时所采用的观测值完全是GPS基线向量，而且在平差时引入了能够使GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。

3、联合平差

GPS网的联合平差指的是平差时所采用的观测值除了GPS观测值以外，还采用了地面常规观测值，这些地面常规观测值包括边长、方向、角度等观测值等。

（二）GPS网平差过程

1、提取独立基线，构建GPS独立基线网

要进行GPS网平差，首先必须提取独立基线，构建GPS独立基线网。

具体应遵循以下几项原则；

①必须选取独立基线，若选取了不相互独立的基线，则平差结果会与真实的情况不相符合。

②所选的独立基线应构成闭合的几何图形。

③尽量选取质量好的基线。

基线质量好坏取决于RMS、RDOP、RATIO、同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差等多种因素。

④选取能构成边数较少的异步环的基线向量。

⑤选取边长较短的基线向量。

2、三维无约束平差

在构成了GPS独立基线网后，需进行GPS网的三维无约束平差，通过无约束平差可以达到以下几个目的：

根据无约束平差的结果，判别在所构成的GPS网中是否有粗差基线，如发现含有粗差的基线，需要进行相应的处理，必须使得最后用于构网的所有基线向量均满足质量要求。

调整各基线向量观测值的权，使得他们相互匹配。

3、约束平差/联合平差

在进行完三维无约束平差后，需要进行约束平差或联合平差，具体可在三维空间进行或在二维空间进行。

约束平差的具体步骤是：

制定进行平差的基准和坐标系统、指定起算数据、检验约束条件的质量、进行平差解算和结果分析。

4、质量分析和质量控制

对GPS网平差结果好坏的评定，可以采用以下指标：

①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。

②相邻点的中误差和相对中误差。

发现有质量问题，需根据具体情况具体处理。

如果发现构成GPS网的基线中含有粗差基线，应删除该粗差基线，并利用其原始观测数据重新解算该解算或者重测该基线并基线解算；

如果不影响网的可靠性和联通性时也可直接删除该粗差基线。