GPS测量与数据处理实习指导书.docx
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GPS测量与数据处理实习指导书
《实习指导书》格式
山东交通学院
GPS测量与数据处理实习指导书
专业:
测绘工程
土木工程学院
2014年5月25日
一、实习目的
1．理解和消化《GPS测量原理与应用》课堂教学的内容，巩固和加深课堂所学的理论知识；
2．熟练掌握GPS仪器设备的使用方法，学会使用GPS仪器进行控制测量的基本方法，培养学生的实际动手能力；
3．培养学生GPS数据处理能力；
4．培养学生GPS控制测量的组织能力、独立分析问题和解决问题的能力；
5．培养学生的团队协作、吃苦耐劳的精神，养成严格按照测量规范进行测量作业的工作作风。
二、实习任务
每个作业班级（分4个作业小组）按要求完成16个点左右二级GPS控制网的选点、组网、观测及数据处理的测量工作。
三、实习组织
实习组织工作由任课教师全面负责，每班配备1名教师担任实习指导工作。
每班分4个实习小组，每组8-9人，小组设小组长一人，组长负责组内的实习分工、仪器管理和考勤工作。
四、实习地点
在长清校区及校区附近的实习基地进行。
五、仪器设备
每组仪器：
1．双频GPS接收机一台
2．脚架一个
3．电池四块
4．基座一个
5．天线一个
6．天线电缆一根
7．供电电缆一根
8．天线连接套杆一个
9．2米钢卷尺一把
10．记录表格若干
六、实习计划
实习1周，共进行7天，实习安排如下：
1．实习动员，学习指导书、踏勘、选点、埋桩1天；
2．GPS野外数据采集2天
3．GPS数据处理（基线解算、网平差、高程拟合计算）1天；
4．RTK实习1天
5．编写一、二级GPS控制网实习报告、实习日志，上交资料2天。
七、实习注意事项
1．实习期间应严格遵守学校有关的实习规定，遵守实习纪律，未经指导老师同意，不得缺勤，不得私自外出和游泳。
2．实习中，各小组长应切实负责，合理安排小组工作。
实习的各项工作每人都应有机会参与，得到锻炼。
3．由于GPS仪器较少，实习中，小组内、小组之间、班级之间应团结协作，提高工作效率，保证一周实习的顺利完成。
4．实习中要特别注意仪器设备的安全，各小组要指定专人负责保管。
每次出工和收工应清点仪器和工具，发现问题应及时向指导老师报告。
八、实习内容
1．实地踏勘、选点、埋桩；
2．GPS野外数据采集；
3．GPS数据处理、高程拟合计算；
4．编写《二级GPS控制网实习报告》。
九、编写实习总结
实习结束时，每个学生应完成一份《二级GPS控制网实习报告》，总结应反映出学生本人在实习中的收获。
总结报告编写格式如下：
（一）封面：
实习名称、时间、班级、小组号、编写人及指导教师姓名。
（二）目录。
（三）前言：
说明实习的目的、任务和要求。
（四）二级GPS控制网实习报告GPS控制网技术总结。
包括：
第一部分概述
（1）测区概况
（2）作业依据
（3）实习作业安排情况
（4）实际完成工作量
第二部分平面坐标系统、高程系统、起算数据及资料应用情况
第三部分作业方法、质量和有关技术数据
（1）用仪器设备及软件应用情况
（2）作业方法
（3）成果完成情况，包括：
A．GPS控制部分:
基线处理情况
网平差情况
高程拟合精度分析
B．提交成果中需要说明的其它问题
C．二级GPS控制网控制点成果表
第四部分结论
第五部分提交成果资料清单
（五）实习心得总结：
主要是实习心得，对实习的意见及建议。
十、提交实习成果
1、《二级GPS控制网实习报告》一份；
2、二级GPS控制网控制点成果表一份；
3、二级GPS控制网控制点展点及通视图；
4、二级GPS控制网GPS点点之记；
5、二级GPS控制网野外观测原始数据及平差计算资料；
6、二级GPS控制网野外测量作业调度表；
7、二级GPS控制网外业观测记录手簿。
十一、实习成绩评定
实习成绩评定依据：
实习中学生的表现，仪器操作的熟练程度，数据处理时分析问题和解决问题的能力，仪器设备是否完好无损，所提交GPS控制网成果资料的质量，《二级GPS控制网实习报告》的编写水平等。
实习表现：
执行教学作息时间，全勤﹑服从指挥﹑不损坏公物；实习认真，责任心强，不怕苦累，协调配合好；实习表现成绩占总成绩的30%。
观测计算：
记录齐全﹑数据准确整洁﹑表格整齐﹑计算数据可靠﹑完成实习的观测任务；观测计算成绩占总成绩的20%。
仪器操作：
无事故全组仪器完好无损﹑操作熟练﹑数据整洁无误；仪器操作成绩占总成绩的20%。
实习报告：
符合提纲要求﹑分析说明正确﹑按时提交成果；实习报告成绩占总成绩的30%。
按照加权平均的原则计算总成绩，总成绩满分为100分，分为5个成绩区间，相应地与之确定成绩等级。
优：
90分≤总成绩≤100分;
良：
80分≤总成绩<90分;
中：
70分≤总成绩<80分;
及格：
60分≤总成绩<70分;
不及格：
总成绩<60分。
综合上述实习中的表现及对知识的掌握程度、实际作业的熟练程度、分析问题和解决问题的能力、完成任务的数量和质量、所交成果资料及仪器工具爱护的情况、综合实习报告的编写等，按优、良、中、及格和不及格五级记分。
实习成绩评定等级：
根据以上实习成绩评定依据，实习成绩分为优、良、中、及格和不及格五个等级，其中凡违反实习纪律，缺勤2天以上，实习中发生打架事件，发生重大仪器事故，未提交成果资料和实习总结等，成绩均记为不及格。
十二、执笔人：
王德保
附件：
二级GPS控制网有关技术要求
编写者：
王德保
2014年5月25日
一、控制网执行的技术标准
1、CJJ/T73-2010全球定位系统城市测量技术规程，中华人民共和国住房与城乡建设部标准；
2、全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314—2009），中华人民共和国国家标准；
3、《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-2009）,中华人民共和国国家标准；
4、实习指导书、技术设计书。
二、使用仪器及软件
测绘111、112、113班各自使用4台中海达GPS接收机及静态处理软件HGO。
三、布网方案:
坐标系统采用1980西安坐标系，中央子午线117°。
1、布网要求
GPS网相邻点间基线中误差
按下式计算：
式中
（mm）为固定误差；
（ppm）为比例误差系数；
（km）为相邻点间的距离。
二级GPS控制网的主要技术要求应符合表1规定。
相邻点最小距离应为平均距离的1/2～1/3；最大距离应为平均距离的2～3倍。
表1 一、二级GPS网的主要技术要求
级 别
平均距离（km）
（mm）
（1×10-6）
最弱边相对中误差
一级
0.4～1
≤10
≤10
1/20000
二级
0.20
≤15
≤20
1/10000
注：
当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。
2、布网原则与网形设计
（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。
GPS网的点与点间不要求每点通视，但考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有1～2个通视方向。
（2）在布网设计中应顾及原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，对凡符合二级GPS网布点要求的旧有控制点，应充分利用其标石。
（3）GPS网应由若干个独立观测环构成，也可采用附合线路构成。
二级GPS网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合表2的规定。
非同步观测的GPS基线向量边，应按所设计的网图选定，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。
表2 闭合环或附合线路边数的规定
级 别
一、二级
闭合环或附合线路边数（条）
≤10
（4）为求定GPS点在1980西安坐标系中的坐标，应与当地1980西安坐标系中的原有控制点联测，联测总点数不得少于2个。
四、选点与标石埋设
1、选点
在了解任务、目的、要求和测区自然地理条件的基础上，进行现场踏勘，最后进行选点。
选点应符合下列要求：
（1）点位的选择应符合技术设计要求，并有利于其它测量手段进行扩展与联测；
（2）点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并应有利于安全作业；
（3）点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于15°；
（4）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不得小于200m，并应远离高压输电线其距离不得小于50m，以避免周围磁场对卫星信号的干扰；
（5）点位附近不应有对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减少多路径效应的影响；
（6）交通应便于作业，以提高作业效率；
（7）应充分利用符合上述要求原有的控制点及其标石，但利用旧点时应检查旧点的稳定性、完好性，符合要求方可利用；
（8）选好点后应按合理的方法给GPS点编号。
此外，有时还需考虑测区内的通讯设施、电力供应等情况，以便于各点之间的联络和设备用电或充电。
综上所述，结合测区的实际情况，GPS控制点宜布设在较高的永久性建筑物、山顶及其它符合要求的地方，或已成型的较宽的城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固的建（构）筑物上。
二级GPS网按照全校的控制范围进行布网、选点、埋石、观测、平差计算。
2、标石埋设
（1）二级GPS点的标石及标志规格参见规程附录B.0.5，标石的中心标志用铜材料制作，标志中心应刻有清晰、精细的十字丝；
（2）地面二级GPS点标石可用混凝土预先制作，然后运往各点埋设，埋设时坑底填以沙石，捣固夯实或浇灌混凝土底层，楼顶二级GPS点标石应现场浇灌，浇灌前应将楼面磨出新层、打毛，钉上3～4颗钢钉，再套模浇灌；
（3）待标石埋设稳定，没有下沉，或现场浇灌的标石凝固后2～3天方可观测。
（4）沥青铺装路面可使用φ18mm×L200mm钢桩标志，外围和顶部用水泥加固整饰；水泥路面可刻绘十字花标志并整饰。
（5）埋石结束后应填写GPS点之记；
五、作业要求
1、基本技术要求
为保证GPS测量精度，采用载波相位静态相对定位作业模式，二级GPS测量作业的基本技术要求应符合表3的规定。
表3 一、二级GPS测量作业的基本技术要求
级 别
卫星截止高度角（°）
有效观测卫星数
平均重复设站数
时段长度（min）
数据采样间隔（s）
PDOP值
一级
≥15
≥5
≥1.6
≥20
15
＜6
二级
≥15
≥5
≥1.6
≥15
15
＜6
注：
1、观测时段长度应视点位周围障碍物情况、基线长短而作调整，
2、可不观测气象要素，但应记录雨、晴、阴、云等天气状况。
2、GPS卫星预报和观测调度计划
（1）保证GPS作业观测工作顺利进行，保障观测成果达到预定的精度，提高作业工效，在进行GPS外业观测之前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。
预报表应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何强度因子等内容。
（2）编制预报表所用概略位置应采用测区中心位置的经、纬度。
（3）作业组在观测前应根据参加作业的GPS接收机台数、网形及卫星预报表编制作业调度表，其内容应包括观测时间、测站号、测站名称以及接收机号等项内容。
3、观测准备
（1）每天出发工作前应检查电池容量是否充足，仪器及其附件是否携带齐全。
（2）作业前应检查接收机内存是否充足。
（3）天线安置应符合下列要求：
① 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线；
② 天线可用脚架直接安置在测量标志中心的铅垂线方向上，对中误差应小于3mm。
天线应整平，天线基座上的圆水准所泡应居中；
③ 天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。
4、观测作业要求
（1）观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，以保证同步观测同一卫星组。
当情况有变化需修改调度计划时，应经作业负责人同意，观测组不得擅自更改计划。
（2）接收机电源电缆和天线应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。
（3）各观测时段的前后各量取天线高一次，两次量高之差不大于3mm。
取平均值作为最后天线高，记录在手簿。
若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入手簿备注栏中。
天线高是指观测时天线平均相位中心至测站中心标志面的高度，分为上、下两段：
上段是指相位中心至天线底面的高度，这是常数hc，由厂家给出；下段是从天线底面至测站中心标志面的高度，由观测员在现场采用倾斜测量方法直接量取。
具体方法是：
从三脚架三个空档（互成120°）测量天线底盘下表面至测站中心标志面的距离，互差应小于3mm，取平均值为L，天线底盘半径为R，再利用厂家提供的hc，按天线高
求出。
（4）接收机开始记录数据后，作业人员可使用专用功能键选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果及存贮介质记录情况等。
（5）仪器工作正常后，作业员及时（每隔15min）逐项填写测量手簿中各项内容。
（6）一个时段观测过程中不得进行以下操作：
关闭接收机以重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星截止高度角；改变数据采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文件等功能。
（7）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被移动，防止人和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。
（8）接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机和手机等通讯设备；雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。
（9）观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，每日观测结束后，应及时将数据下载到计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。
5、外业观测记录
（1）记录项目应包括下列内容：
① 测站名、测站号；
② 观测月、日/年积日、天气状况、时段号；
③ 观测时间应包括开始与结束记录时间，宜采用协调世界时UTC，填写至时、分；
④ 接收机设备应包括接收机类型及号码，天线号码；
⑤ 近似位置应包括测站的近似经、纬度和近似高程，经、纬度应取至1′，高程应取至0.1m；
⑥ 天线高应包括测前、测后量得的高度及其平均值，均取至0.001m；
⑦ 观测状况应包括电池电压、接收卫星号及其信噪比（SNR）、故障情况等。
（2）记录应符合下列要求
① 原始观测值和记事项目应按规格现场记录，字迹要清楚、整齐、美观，不得涂改、转抄；
② 外业观测记录各时段结束后，应及时将每天外业观测记录结果录入计算机硬、软盘；
③ 接收机内存数据文件在下载到存贮介质上时，不得进行任何剔除与删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。
六、数据处理方案
1、基线解算及其质量检验
（1）基线解算以双差固定解作为最终结果，双差固定解的可靠性由以下两项指标来判别，即固定解的单位权中误差（Rms）和整周模糊度检验倍率（Ratio），其检验值见表4。
根据表4判别时，Rms必须首先符合要求，而Ratio值越大表示固定值越可靠。
表4 静态GPS基线固定解可靠性判别表
基线长度（km）
≤5
5～10
＞10
Rms（m）
≤0.010
≤0.012
≤0.015
Ratio
≥2.5
≥2.1
≥2.0
（2）同步多边形闭合差检验
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相对闭合差和全长相对闭合差不宜超过表5的规定。
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。
表5 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定（1×10-6）
等 级
限差类型
一级
二级
坐标分量相对闭合差
9.0
9.0
环线全长相对闭合差
15.0
15.0
（3）重复基线边检验
重复基线的长度较差不宜超过下式的规定：
式中：
为一、二级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）
（4）独立环闭合差检验
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网中选取的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式的规定：
式中:
:
为闭合环边数；
:
为一、二级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）
2、补测与重测
（1）无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格的独立基线相连接，则在该点上应补测或重测不得少于一条独立基线。
（2）可以舍弃在重复基线较差、同步环闭合差、独立环闭合差中超限的基线，但应保证舍弃基线后的独立环所含基线数不超过表2的规定，否则应重测该基线或者有关的同步图形。
（3）由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。
3、GPS网平差
（1）起算数据与坐标系统
首先要了解测区中央子午线经度，起算数据的带号，采用的坐标系等。
高程系统采用1985国家高程基准。
（2）三维无约束平差
当GPS基线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网的三维无约束平差。
以提供各GPS控制点在WGS－84坐标系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息，并生成GPS高程拟合的数据文件。
在三维无约束平差中，基线向量的改正数（Vδx、Vδy、Vδz）绝对值应满足下式要求：
Vδx≤3
Vδy≤3
Vδz≤3
式中：
为一、二级GPS控制网规定的基线的精度。
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。
（3）二维约束平差
在无约束平差确定的有效观测量基础上，以起算数据中提供的已知点作为强制约束的固定值，进行二维约束平差。
平差结果就输出各GPS控制点在前述的坐标系统中的二维平面坐标，基线向量改正数，基线边长、方位以及坐标、基线边长、方位的精度信息，转换参数及其精度信息。
约束平差中，应将已知坐标点组合成不同的约束条件，以发现作为约束的已知坐标与GPS网不兼容（即约束平差结果严重扭曲GPS无约束平差结果的精度）。
约束平差中，基线向量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绝对值应符合下式要求：
dV△x≤2σ，dV△y≤2σ，dV△z≤2σ
二级GPS网中最弱点的点位中误差应不大于±5cm。
4、GPS点高程拟合计算
要精确计算各GPS点的正常高
，目前主要有GPS水准高程、GPS重力高程和GPS三角高程等方法。
其中GPS水准高程是目前GPS作业中是常用的方法。
用于GPS高程拟合计算的方法主要是曲面拟合法（包括平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法、曲面样条拟合法、非参数回归曲面拟合法和移动曲面法）。
七、提交成果
GPS控制网的外业工作和数据处理工作结束后，应及时编写技术总结报告，并上交资料。
1、技术总结报告应包含以下内容：
（1）工程概况，包括测区的范围与位置、自然地理条件、气候特点以及任务来源、测区已有测量情况、项目名称、施测目的和基本精度要求等；
（2）施测单位，施测起止时间，技术依据，作业人员情况，接收机类型、数量及检验情况，观测方法，重测、补测情况，作业环境，重合点情况，工作量与工日情况；
（3）野外数据检核情况与分析，起算数据与坐标系统说明，数据后处理内容、方法与软件情况，平差结果精度分析；
（4）方案实施与规范执行情况；
（5）各种附表与附图；
（6）提交成果中尚存问题和需要说明的其它问题。
2、GPS测量任务完成后，应提交下列资料，作为完整的实习报告内容：
（1）二级GPS控制点的点之记；
（2）二级GPS控制网展点图及通视图；
（3）二级GPS野外观测原始数据及平差计算资料；
（4）二级GPS野外测量作业调度表；
（5）二级GPS外业观测记录手簿；
（6）二级GPS控制点成果表；
（7）二级GPS控制网技术总结报告。
（8）工作日志
GPS测量作业调度表
GPS测量作业调度表测量日期
时
段
编
号
观
测
时
间
观测组
观测组
观测组
观测组
机号
机号
机号
机号
点名
点名
点名
点名
点号
点号
点号
点号
GPS点点之记
日期：
2013年月日记录者：
绘图者：
校对者：
点
名
及
种
类
GPS点
名
土质
号
相邻点（名、号、里程、通视否）
标石说明
（单、双层、
类型）旧点
旧点名
所在地
交通路线
所在图编号
概略位置
XY
LB
（略图）
备注
工程GPS外业观测手簿
观测者姓名日期年月日
测站名测站号时段号
天气状况
测站近似坐标：
经度：
E°′
纬度：
N°′
高程：
（m）
本测站为：
□新点
□等大地点
□等水准点
□
记录时间：
□北京时间□UTC□区时
开录时间结束时间
接收机号天线号
天线高：
（m）测后校核值
1．2．3．平均值
天线高量取方式略图
测站略图及障碍物情况
观测状况记录
1．电池电压（块条）
2．接收卫星号
3．信噪比（SNR）
4．故障情况
5．备注
升级会员 