张珊GPS测量设1计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流张珊GPS测量设1计.精品文档. 学号： 密级： 无 函 授 本 科 论 文GPS测量设计 张 珊指导教师姓名 殷忠 耿俊 河海大学成教学院 南 京 市 西 康 路 1 号 专业名称 工程测量 论文提交日期： 2012年5月3日 论文答辩日期：2012年5月4日 学位授予单位和日期： 河 海 大 学 2008年 4 月 论文评阅及答辩人：殷忠副教授、耿俊高级工程师2012年4月 中 国·开封目 录第一章 绪论3第二章 GPS测量基本原理4 第三章 GPS在工程测量中的优化与应用探讨5 2.1 GPS的特点5 2.1.1 GPS的基本思路5 2.1.2 GPS系统的组成5 2.2.3 GPS(RTK)的基本原理 6 2.2 GPS的优势6第四章 测量的外业实施 6 3.1 GPS相对测量作业模式6 3.1.1 经典静态定位模式6 3.1.2 快速静态定位6第五章 GPS数据处理7 4.1 GPS数据处理基本流程7 4.2 GPS数据处理工程实例7-16第六章 测量的基本问题17第七章 GPS测量原理17第八章 旋转椭球与参心坐17第九章 GPS定位测量中的坐标转换标系18第十章 GPS网的三维平差18第十一章 GPS基线向量网的二维平差18-19第十二章 GPS网的布设方式19结束语20致谢21参考文献21摘 要鉴于GPS相对于全站仪等传统测量技术具有全天候、高精度、自动化、高效益等优势，本人通过对几个工程测量实例的实施、对比及分析，就工程测量中如何对GPS技术应用与数据处理进行了探讨，对GPS的基本思路、GPS的系统组成、GPS的基本原理和GPS在现代测量中的优势进行了简单的介绍。对GPS的几种相对外业测量模式也进行了简单的介绍。最后对GPS数据处理的基本流程以及GPS数据处理在工程实例中的应用进行了分析和探讨。关键词：RTK技术；GPS测量：GPS数据处理AbstractIn view of GPS relative traditional measurement devices such as throughout station all-weather,high precision,technology has the advantages of automation,high benefit,this article through to the implementation of several engineering surveying examples,contrast and analysis, the engineering measurement of GPS technology application and how data processing was discussed, and the basic ideas of GPS, GPS system composition,GPS, the basic principle and GPS in modern measurement of the advantages of a simple introduction. Several relative field of GPS measurement model also were briefly introduced. Finally on GPS data processing process as well as the basic GPS data processing the application in engineering examples are analyzed and discussed.Keywords: RTK technology; GPS measurement; GPS data processing 第一章 绪论GPS全球定位系统，是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统。特别是在GPS测量技术方面的应用。因为GPS的出现给测绘领域带来了根本性的变革，具体表现在：在大地测量方面，GPS定位技术以其精密高、速度快、费用省、操作简单等优良特性被广泛的应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立的大地控制网。而且在工程测量方便的应用更加的广泛。不管是一级控制点的测量还是图根点的测量都少不了GPS的应用。而且在山区测断面图打标高时用GPS（RTK技术）测量更方便更快速更节约时间。GPS测量具有：1、功能多、用途广 2、定位精度高。3、实时定位。4、观测时间短。5、观测站之间无需通视。6、操作方便。7、可提供全球统一的三维地心坐标。8、全球全天候作业。第二章 GPS测量的基本原理由距离交会定点的原理，在二维平面上需要两个边长就能确定一个点，而在三维空间里就需要三条边长确定第三点。GPS的定位原理也是基于距离交会定位原理确定点位的。GPS网的布网形式在介绍布网方式前，应了解GPS测量中的几个概念：（1）观测时段：测站上接收机开始观测到结束的时间段，简称时段。（2）同步观测：两台及两台以上的接收机对同一组卫星进行的观测。（3）同步观测环：三台或三台以上的接收机同步观测获得的基线构成的闭合环，简称同步环。（4）异步观测环：在构成多边形环路的基线向量中，只要有非同步观测基线，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。（5）独立基线：N台接收机观测构成的同步环，有½N（N-1）条同步观测基线，但只有N-1条是独立基线。（6）非独立基线：除独立基线外的其他基线叫非独立基线。第三章 GPS在工程测量中的优化与应用探讨全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的应用领域正在不断地拓宽，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。经过近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等学科。GPS卫星全球定位系统的全面建成和发展，必将给导航和测绘专业带来深刻的影响。2.1 GPS的特点2.1.1 GPS的基本思路实时动态测量的基本思路是：在基准站安设一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续的观测，并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站（流转站）；在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流转站的三维坐标及精度。2.1.2 GPS系统的组成GPS（RTK）系统由基准站、若干个流转站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源及基准站控制器等部分。流转站由以下几个部分组成：GPS接收机、GPS天线、无线电通讯接听系统、供GPS接收机和无线电使用的电源及流转站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成：GPS接收机、GPS天线、无限电通讯接听系统、供GPS接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。2.1.3 GPS（RTK）的基本原理GPS系统包括三大部分：地面监控部分、空间卫星部分、用户接收部分，各部分均有各自独立的功能和作用，同时又相互配合形成一个有机整体系统。对于静态GPS测量系统，GPS系统需要二台或二台以上接收机进行同步观测，记录的数据用软件进行事后处理可得到两测站间的精密WGS-84坐标系统的基线向量，经过平差、坐标转换等工作，才能求得未知的三维坐标。现场无法求得结果，不具备实时性。基准站把接收道的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息（如基站坐标天线高等）都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传送到控制器内并将基准站的载波观测信号进行差分处理，即可实时求得未知点的坐标。2.2 GPS的优势 （1）测量成果相对精度高，质量可靠。点位范围可以方便地控在0.5米之内，并且点与点之间误差均为随机误差，不会产生累积差。（2）定位系统可以全天候作业，不受视线通视影响。（3）可实时提供定位点的坐标及其点位精度，方便快捷，定位情况一目了然。（4）野外作业简单，效率高，自动化程度高，大大减小了劳动强度，可节约大量的人力物力资源。第四章 测量的外业实施3.1 GPS相对测量作业模式3.1.1经典静态定位模式1、作业方式 采用两台（或两台以上）接收设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2个小时或更多。2、精度 基线的相对定位精度可达5mm+1ppm·D,D为基线长度（KM）。3、适用范围 建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。4、注意事项 所有已观测基线应组成一系列封闭图形,位以利于外业检核，提高成果可靠度。并且可以通过平差，有助于进一步提高定位精度。3.1.2 快速静态定位1、作业方法 在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。2、精度 流动站相对于基准站的基线中误差为5mm±1ppm·D。3、应用范围 控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量、大批相距百米左右的点位定位。4、注意事项 在测量时段内应确保有5颗以上卫星可供观测：流动点与基准点相距应不超过20km；流动站上的接收机在转移时，不必保持对所测卫星连续跟踪，可关闭电源以降低能耗。5、优缺点优点：作业速度快、精度高、能耗低；缺点：二台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性差。第五章 GPS数据处理4.1 GPS数据处理基本流程1、数据预处理与外业记录对照，修改观测文件中的一些参数；（1）检查外业观测数据（2）点名的编辑（3）天线高检查或编辑2、基线解算（1）设置基线解算的参数（使用的卫星，卫星高度角，对流层电离层模型等）（2）基线解算（3）察看基线报告，不同的软件成果质量判断不一样，LG0是看各个检验（4）对于有问题的基线或其残差过大，可采用开窗删星等手段处理（5）继续解算，重复（2）（3）（4）过程，直到得到满意的结果3、无约束平差（1）设置平差参数（2）平差欲分析（3）计算闭合环（4）平差（5）看平差报告4、约束平差（1）新建椭球投影坐标系（2）导入控制点（3）控制点匹配（4）约束平差4.2 GPS数据处理工程实例GPS静态测量，是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。主要用于建立各种级别的控制网。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（3台以上）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。使用GPS进行静态测量前，先要进行点位的选择，其基本要求有以下几点：1、周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，市场内障碍物的高度角不宜超过15度2、远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200米；距离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50米；3、附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物、大面积水域等）；4、地面基础稳定，易于点的保存；5、充分利用符合要求的旧有控制点。GPS点位选好后，就可以架站进行静态数据采集了。在采集静态数据时，一定要对中整平，在采集的过程中需要做好记录，包括每台GPS各自所对应的点位、不同时间段的静态数据对应的点位、采集静态数据时GPS的天线高（S86量测高片高，S82量斜高）。用GPS采集完静态数据后，就要对所采集的静态数据进行处理，得出各个点的坐标。下面以六横岛至宁波疏散公路做的GPS静态测量为例，介绍静态数据处理的过程。打开GPS数据处理软件，在文件里面要先新建一个项目，需要填写项目名称、施工单位、负责人，并设置坐标系统和控制网等级，基线的剔除方式。在这里由于利用的旧有控制点所属的坐标系统是1954北京坐标系3度带，因此坐标系统设置成1954北京坐标系3度带。控制网等级设置为E级，基线剔除方式选着自动。在数据录入里面增加观测数据文件，若有已解算好的基线文件，则可以选择导入基线解算数据。增加观测数据文件后，会在王图显示窗口中显示网图，还需要在观测数据文件中修改量取的天线高和量取方式（S82选择天线斜高）。修改完观测数据文件里的量取的天线高和量取方式，就要进行基线解算了。在基线解算中点击全部解算，软件就会自动结算基线，若基线解算合格就会显示为红色，解算不合格就会显示为灰白色。在基线简表窗口中可以查看解算的结果。解算不合格的基线需要进行调整，在网图中双击不合格的基线会弹出基线状况对话框，在该对话框中调整高度截止角和历元间隔后再解算，直至合格为止。原来的高度截止角为20，现在调整成15后，解算后基线已经合格了，由原来的灰白色变成了红色。基线全部解算合格后，就需要看闭合环是否合格，直接点击左侧的闭合环就可进行查看。若闭合环不合格，则还需要调整不合格闭合环中的基线，使得闭合环和基线全都合格；若闭合环合格，就要录入已知点的坐标数据，然后进行平差处理。要录入坐标数据可以在数据输入中点击坐标数据录入，在弹出的对话框中选择要录入坐标数据的点，录入坐标数据；或者在测站数据中选择对应的点直接录入坐标数据。录入完坐标数据就可以进行平差处理了，在平差处理中依次点击自动处理、三维平差、二维平差、高程拟合，就能得到平差结果，这包括组网、三维自由（约束）网平差、二维网约束平差、高程拟合平差、平差成果表和7参数结果，这可以在成果输出窗口里查看。其中主要是需要平差成果表和7参数结果。平差报告可以打印或输出（文本文档格式）。下面是六横岛至宁波疏散公路GPS网部分平差结果。 基线简表G131789-G191789观测量L1同步时长48分钟历元间隔：30高度截止角：20.0三差解0.004-3487.136-2238.9776.3814144.751/1089352双差浮点解0.005-3487.122-2239.0176.3554144.7551/796893双差固定解21.230.006-3487.07-2238.90376.3794144.6571/681479G131789-G201785观测量L1同步时长51分钟历元间隔：30高度截止角：20.0三差解0.004-3551.844-1978.04-365.0614081.8491/960032双差浮点解0.006-3551.836-1978.01-365.0654081.8311/733680双差固定解99.990.006-3551.81-1978.011-365.0684081.8091/677443G201786-G151782观测量L1同步时长51分钟历元间隔：30高度截止角：20.0三差解0.004-1724.375-1368.71429.1172242.9851/634433双差浮点解0.004-1724.406-1368.71429.1192243.0081/560453双差固定解99.990.004-1724.4-1368.722429.1212243.0111/510711G201786-G181781观测量L1同步时长51分钟历元间隔：30高度截止角：20.0三差解0.004-305.236-337.632214.547503.1841/128238双差浮点解0.004-305.114-337.666214.516503.121/135214双差固定解62.350.004-305.104-337.673214.516503.1191/115712G201786-G211781观测量L1同步时长51分钟历元间隔：30高度截止角：20.0三差解0.004-2834.981-2465.541017.1373892.3711/1030637双差浮点解0.006-2834.932-2465.521017.1473892.3271/702364双差固定解99.990.006-2834.95-2465.5471017.1363892.3531/651782重复基线报告：基线名质量中误差XYZ基线长相对误差重复基线0.0080.0030.0030.0037022.4891.1ppm140.81487.76QXT1761-MS176112.710.011-4535.15-4612.2822733.987022.4911/658183MS1773-QXT177399.990.0044535.1544612.273-2733.997022.4911/1690915MS1772-QXT177245.950.0084535.1464612.278-2733.987022.4871/889620重复基线0.0070.0030.0040.0025248.11.3ppm105.44365.25SA1784-G20178599.990.007-712.9222594.657-4505.785248.11/807123G201797-SA179684.240.006712.924-2594.6564505.7815248.11/848733SA1785-G20178699.990.008-712.9172594.664-4505.785248.0991/697734重复基线0.0110.0010.00505972.5541.8ppm119.87339.04MS1761-G0317667.130.0135245.3472779.567657.0635972.5531/458623MS1772-G03177729.520.0085245.3442779.578657.0635972.5561/734562重复基线0.010.0050.0030.0043919.4882.6ppm79.03223.52QXT1761-G0317669.690.012710.192-1832.6993391.0523919.4891/320540G031777-QXT177299.990.007-710.2011832.706-3391.053919.4871/536398重复基线0.0040.0020.0030.001583.8497.4 ppm15.3743.48G131778-G12177899.990.004459.34244.587357.622583.8461/159153G131789-G12178999.990.005459.34744.581357.624583.8511/119508GPS基线解数结果ver：基线双差固定解测站：（G13）输入文件：E：六横岛-梅山控制GPS数据2404G131789.STH天线高（m）：1.146x(m)-3E+06Lat(dms)N294333.6511y(m)4700016Lon(dms)E122113.7129z(m)3144044(m)H18.232测站：（G19）输入文件：E：六横岛-梅山控制GPS数据2341G191789.STH天线高（m）：1.452x(m)-3E+06Lat(dms)N294336.575y(m)4697777Lon(dms)E122347.8962z(m)3144121(m)H14.594到测站G13基线G19标准误（m）:协方差距阵：dxdydzVector10.050750.10270.023dx(01)dy(01)dz(01)dy(01)0.01214dz(01)0.012140.0333correlatiofor-0.01170.01240.012baseline 1:00solutiSigmaDx(m)-34870Dy(m)-22390Dz(m)76.3790Rms:0.006RDOP:0.2环号环总长相对误差XmmYmmZmm边长mm115666.70.8Ppm3.498-6.575-10.412.836.3562.95环中的点：SAG19G1339296.620.3Ppm0.2-2.244-0.862.4121.7537.67环中的点：G12G19G13 416120.60.5Ppm-5.073.3495.9958.5337.3964.76环中的点：SAG20G1389215.670.3Ppm0.0632.5950.7132.6921.5637.35环中的点：G12G20G13 1112396.50.4Ppm1.5763.8322.3754.7828.8449.95环中的点：SAG15G20124502.190.1Ppm0.006-0.1390.2580.2910.9618.98环中的点：G16G15G20 1510705.50.5Ppm3.5412.588-3.845.8324.9643.24环中的点：SAG18G20162068.10.4Ppm-0.290.670.0830.735.910.22环中的点：G17G18G20 1914117.90.9Ppm-10.37.2940.39812.632.7956.79环中的点：SAG21G20 异步环情况：环号环总长相对误差XmmYmmZmm边长mm29296.611.0Ppm4.705-7.861.269.25326.2565.01环中的点：G12G19G13516120.60.5Ppm-34.6346.5188.54560.9971.42环中的点：SAG20G13616120.60.6Ppm-9.48-3.3941.28710.2560.9971.42环中的点：SAG20G1379215.660.7Ppm4.569-3.0212.836.17323.4560.22环中的点：G12G20G13912396.50.4Ppm-2.84-2.91-2.334.69432.6749.21环中的点：SAG15G201012396.50.6Ppm-4.91-4.195-2.867.06432.6749.21环中的点：SAG15G201310705.50.9Ppm-0.88-4.155-8.549.54374.5648.61环中的点：SAG18G201410705.51.0Ppm-2.94-5.44-9.0711374.5648.61环中的点：SAG18G201714117.91.1Ppm-14.70.552-4.3115.3491.8851.84环中的点：SAG21G20基线及其改正：基线名基线基线Y基线X改正Y改Z改正mm相对误差G131789-G191789-3487-223976.379-2.684.2613.8971：6232944144.657G131789-G201785-3552-1978-365.072.1072.372-3.011：11527964081.806G201789-G151782-1724-1369429.1211.373-0.266-0.031：4178992243.01G201789-G181781-305.1-338214.5161.389-1.5911.7121：79676503.12G201789-G211781-2835-24661017.145.64-0.9080.5461：9148963892.35MS 1789-G0217655054.32883313.922-1.884.1371.4511：18396395827.09MS1789-G0617623996.914941409.07-1.232.9150.2491：6332844493.801MS1789-G0817633329.12264-362.08-1.891.1512.341：8418344042.113MS1789-G0917644678.119521363.86-0.99-2.2270.9621：13977875249.16MS1789-G1017611767.41386-506.944.379-6.683-4.421：4088192302.328GG241777-MS1772-8160.8-64932178-2.48-1.9-1.961：25310653.86G131778-MS17735666.258.245251.663.734-5.484-3.051：19323917725.888QXT1761-G021765519.19-17303047.911.353-4.037-2.461：11156893542.696QXT1761-G061762-538.2-31184143.051.154-1.986-0.441：7338505213.032QXT1761-G081763-1206-23482371.910.0240.266-1.061：7392143549.07QXT1761-G091764142.98-26614097.851.1582.805-0.591：12998554887.96QXT1761-G101761-2768-32272227.04-3.785.3534.8881：8512654799.091QXT1761-MS1761-4535-46122733.98-2.555.9674.4521：34855357022.49平差后的坐标和点位精度：IDX坐标Y坐标rms(mm)dx(mm)Dy(mm)点名G133289748.383501864.5721.5291.1551.003G13G193289839.915506008.2082.5871.8461.812G19G203289329.838505924.8541.5061.0781.051G20G153289824.94508112.5343.0482.441.825G15G183289577.951506362.5372.5571.8491.767G18G213290504.989509635.5612.8232.0741.915G21MS3295773.285497028.51000MSQXT3292651.288490738.347000QXTGG243293295.713486666.904000GG24SA3294521.078506695.224000SAG113294932.283495655.3373.2452.5691.982G11G053296610.451493245.363.3762.7042.021G05G073295868.706493384.3872.9732.4141.736G07G043296517.337492113.053.0022.4261.767G04G013296418.326491563.1943.2032.5891.885G01G033296553.364491107.2642.6762.1371.61G03G123290160.896501451.4011.3421.0090.885G12G173289692.23506887.0392.531.83