手持GPS在地学中的应用实习报告.doc

手持GPS在地学中的应用实习报告 吉大前卫南区导航地图绘制摘要手持GPS因其携带方便, 价格合适, 深受用户喜爱, 随着手持GPS导航定位精度不断提高, 其应用范围越来越广泛, 针对野外工作定位难, 可利用地图少等现实情况, 用手持式GPS作为测量工具, 快速制作野外导航地图, 提高野外工作者的工作效率。该实习报告主要通过对吉大前卫南区导航地图的绘制过程和成果展示来表现在团队五人协作下通过对课上知识的学习和课外知识的拓展熟练使用手持GPS的定位、导航、坐标转换等功能，掌握手持GPS在“吉林大学前卫南区导航图”填图中的应用，熟悉野外（室外）实习填图及室内数据处理过程，掌握手持GPS在地学中的基本应用。1、 区域概况实习区域截图1图1 实习区域注：上图来源教师课件（有改动）。前卫南区位于长春市西南部的高新技术开发区，为原吉林大学新校园，现吉林大学校部机关所在地。校园内现代化建筑林立，主要建筑物有行政楼、无机合成-超分子实验楼、理化综合楼、麦克德尔米德实验室、数学楼、东荣大厦、新图书馆、逸夫教学楼、逸夫图书馆、萃文楼、外语楼、体育馆、商贸楼、文科实验楼、第三教学楼、经信教学楼和友谊会馆，以及李四光楼等。本次实习区域为吉大前卫校区南区西部。（上图红色轨迹内）二、技术方法（一）GPS定位原理 GPS系统包括三大部分:空间部分-GPS卫星星座;地面控制部分-地面监控系统;用户设备部分-GPS信号接收机1。（1）GPS卫星星座 ：GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座， 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。（2）地面监控系统 ：对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。 （3）GPS信号接收机: ：GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。 卫星是高速运行的动态已知点，卫星的实时位置是由导航电文解算的，只要实时测量出测站（接受机天线中心）至卫星间的距离2，就可以进行测站点的定位（图1）。公式如下： 图2 卫星定位数学分析模型图3 GPS定位实体图（二）实习工作的分工与流程我们小组一共5人，（1）室外路线分工如下（图4）： 图4 室外路线（2）室内分工：陈东 田烝毓负责数据的传输与处理；罗威 孙旭 宋春来 负责报告的排版与图片的整理。（三）实际测量中的几个问题1. 在组别和各组任务明确之后方可开始测量。测前，应将GPS手持机内已存储的航迹及航点信息删除，以便于测量过程中的记录工作；2. 关于测量的精度 根据相关研究，利用一般手持GPS测量航点时，停留观测时间20分钟以上才可达到较高精度（厘米级别）。此次实习由于时间所限，精度要求达到10米以内即可；3. 关于测量时间 测量时间尽量安排在中午，此时可利用卫星较多，精度高。单航点的测量时间，在此次实习的精度要求下，一般数分钟即可定位测量；4. 测量时一定要保存数据，最后汇总到PC机内。（四）图件处理过程1室内数据整理MapSource软件的应用MapSource是GIS软件系列中的一种，由Garmin(美国高明公司)为配合其GPS产品自主研发，其主要功能是对地理信息的收集、管理、查询与处理。 下图即为MapSource打开界面（图5）： 图5 MapSource打开界面常用工具：、扩缩 扩大或缩小视图区域；缩放 (z) - 激活缩放工具，该工具允许您在要放大的区域周围画一个方框；手形 (h) - 激活手形工具，该工具允许您拖动（移动）图形地图；航点 (w) - 激活航点工具，该工具允许您通过单击图形地图来创建航点；航线 (r) - 激活航线工具，该工具允许您在图形地图上创建航线；选择 (s) - 激活选择工具，该工具允许您在图形地图上直接选择地图特征、航点、航迹和航线；距离/方位 (d) - 激活距离/方位工具，该工具允许您测量图形地图上一个点到另一个点的距离和方位2 数据的输入本次实习分为五小组，借助GPS手持机，各小组分别负责本小组区域内的交通条件信息的采集，并汇总输入到PC机内。图6 安装界面在PC机内安装该软件（图6）后，首先导入前期采集的交通条件信息。导入过程如下：打开MapSource应用软件，单击“菜单栏”的“打开”选项3，选择相关文件,然后单击“打开”,如图下图（7）。此时，单击“数据选项卡”中的“航迹选项”或“航点选项”，会相应发现新增数条航迹信息或航点信息。用鼠标右键单击某条航迹信息，选择“在地图上显示选定的航迹”，如图8。“图形地图”区域即可显示出打开文件的信息内容，通过调整放大倍数，即可显示出全部信息内容。本过程亦可直接双击某条航迹信息，单击“在地图上显示”，然后单击“确定”，如图9，也能显示文件信息。图7 文件打开如打开文件“一组.gdb”，按图二或图三方式显示信息，则打开后界面如下图： 信息在图形地图界面显示 图8 图9其中黄色线条显示的是打开过程中选定的航迹。通过缩小显示区域，可以看到“一组.gdb”包含的全部信息。由于此次实习区域分为5组合作完成，因此，必须将各组信息整合在一起，即将不同文件的信息合并为一个文件。首先新建一个空白文件（其过程同Word文档）：单击“菜单栏”中“文件”，单击“新建”。为便于操作，可以重新打开一个MapSource文档4。然后，分别将不同组别的信息复制到新建的空文档中，其过程如下：选择每组的全部航迹信息，复制到空文档，如下左图为复制（图10），右图为航迹信息（图11）被复制到新建文档： 航迹的复制选择每组的全部航点信息，复制到空文档，如下左图为复制（图12），右图为航点信息（图13）被复制到新建文档： 航点的复制依次重复上述过程，将各组采集的信息全部整合到同一个文件中，最终的整合效果如下页图14。至此，数据输入的过程已经全部完成。接下来，便是根据以上输入的鸽子楼地区交通信息，结合实际调查情况，提取出鸽子楼地区的交通线路。3 可能出现的问题（ 1）、不同组别的全部信息整合完成后，同一地点出现两个或多个不重合的航点。这个问题出现的主要原因是不同组别同时测量同一地点，但由于所站立位置不同（如街道的不同侧）及精度不同，造成上述问题的出现。这时，可以在较长距离上连接一条航线（后面有介绍），使不同航点尽可能均匀的分布在航线的两侧，然后采取微调航点（后有介绍）的方法定位该区域唯一的航点。另外，也可以测前不同组别进行协商，在保证精度的前提下减少不同组别在同一地点的重复测量。 （2）、在航迹操作过程中出现提示信息：文件中已存在航迹“。”，是否要替换它？出现个问题的原因是不同组别中的航迹有重名现象。这时，只需右键单击“数据选项卡”中重名的航迹信息，单击“属性”选项，更改航迹名即可。（3）、在航点操作过程中出现提示信息：文件中已存在航点“。”，是否要替换它？出现这个问题的原因同问题一，不同组别中的航点有重名现象。解决方法当然可以同问题一，给航点改名。但亦可在分组前，各组协商好航点的命名原则，如航点命名时一组首位均采用“1”,二组首位均采用“2”，以消除组别间重名的可能。4 交通线路的提取为了使交通线路更加清晰，我们选择用航点间的航线（航线的功能主要在于导航，这里只是形式上利用而已，并非就其功能的运用）代替曲折的航迹。首先，将可以通视的航点用航线连接，具体操作如下： （1）.单击航线工具 。（2.）单击地图上的一个或多个点（按您希望它们在航线中出现的顺序）。如果在单击处不存在航点，则会在该位置创建新航点。注：以这种方式创建的航点不会出现在“航点数据”选项卡中。（3）.单击您希望包含在航线中的所有点之后，按键盘上的 Esc 键，或者单击鼠标右键，然后选择取消以停止选择航点。系统将创建航线并自动使用第一个航点和最后一个航点的名称为该航线命名。航线会显示在屏幕左侧的“航线数据”选项卡中。（4）. 在航线的连接过程中遵从整体控制原则。就此次具体实习，应尽量连接道路端点处的航点，由整体到细部，以期在符合实际情况的前提下保证道路笔直的特征。另外，由于路面具有一定的宽度，在一条道路上，可以在道路两侧间隔测量，最后连接航线时，时航点在所连接的航线两侧均匀分布。按上述方法航线连接完成后如下图（图15）：航线连接后由于在上述连接航线的过程中采用了整体控制的原则，不可避免的造成部分航点偏离航线，因此，必须对航点进行航点微调，具体过程如下：鼠标右键单击需要调整的航点，选择航点，单击移动航点，此时鼠标显示航点标记，选择航点的正确位置单击即可，如下图（图16）：航点的移动重复上述过程，将所有航点为调至正确位置。当某一位置出现两个或多个航点时，选择需要较小移动的航点进行微调，不需要的航点可删除。下图（图17）为部分航点微调前后比较： 航点微调前后比较：（5）微调航点应注意的几个问题：1.上述过程中所出现的“正确位置”是就道路走向的控制而言，一般是在两条航线交叉点上（即实际交通的十字路口处）；2.微调航点主要是通过移动航点来实现的，由于GPS的精度在10米左右，在地图扩大到最大的情况下，比例尺约为1：667。因此，航点的移动在上述比例尺的地图上不应超过1.5厘米；3.航点的移动方向不应与航迹延伸方向发生偏离。至此，交通路线基本提取完成，可以将底图航迹删除：单击“数据选项卡”的“航迹”选项，全选并删除所有航迹。打开“数据选项卡”的“航点”选项，双击航点打开航点的“属性”选项，对航点进行最后的整理：如对名称系统化编号，设置符号等。上述即是室内数据处理的全部过程，所得图件如下图（图18）