控制测量实习报告

1、一、实习目的1、巩固校内课堂所学知识，加深对控制测量基本理论的理解和对GPS定位原理与测量基本理论的理解；2、熟练掌握GPS外业测量过程中的数据采集操作及四等水准测量3、了解并掌握GPS外业测量数据和四等水准的处理过程；4、掌握中海达（HDS2003）软件处理GPS外业测量数据的基本流程； 5、熟悉GPS基线解算方法与技巧；6、掌握GPS网平差方法； 7、熟悉数据处理软件操作和一些数据格式处理投影变换等技巧；8、熟悉四等水准测量的主要技术指标，掌握测站及线路的检核方法；9、提高学生从事测绘工作的计划、组织和管理能力。培养学生良好的专业品质和职业道德。二、实习要求在规定的时间

2、范围内，按照指导老师既定的网型，使用GPS接收机对校区内开展GPS静态测量，包括外业的数据采集以及内业的数据处理和成果的分析与技术总结，得到一套覆盖校区内部的完整的控制点坐标数据资料，实现解算其他未知点坐标以及熟练使用并掌握软件操作方法的目的，其精度满足D级国家地形测量的控制要求。三、实验仪器、软件和执行规范1、中海达GPS接收机四台2、计算机3、中海达（HDS2003）数据处理软件4、南方平差易2005软件5、脚架四个、水准仪一台6、水准尺一对、皮尺一个7、一对尺垫、卷尺8、要符合全球定位系统（GPS）测量规范GB/T 18314-2009四、实习地点、时间及组织形式实习地点：安徽理工大学校

3、本部实习时间：2013年6月3日2013年6月9日组织形式：1、专业统一实习，在教师的指导下一个班分四个小组进行；2、指导教师：余学祥；3、实习小组由8-9人组成，设小组长1名，负责本小组的实习组织、人员安排、纪律考勤；仪器管理与手簿记录整理等。组员要服从和全力支持组长的工作。4、 全部实习由指导教师统一指挥，小组长对教师负责，组员对小组长负责。五、仪器领取及动员大会 轰轰烈烈的Gps实习正式开始了，学院专门为我们进行了动员大会，各指导老师为我们讲解了实习内容及网形设计和实习中应注意的问题等，之后我们领取仪器并熟悉了仪器，同学们兴致高涨，Gps实习就这样开始了。六、数据采集与处理流程图七、实验

4、原理：GPS定位的原理是GPS卫星发射的测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星位置的信息，用户用GPS接收机在某一时刻接收三颗或三颗以上的GPS卫星，测出测站点(GPS天线中心)到卫星的距离并解算出该时刻卫星的空间位置根据距离，并解算出卫星的空间位置，根据距离交会法求测站点坐标.其基本思想为：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站，用户站在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收机设备接收基准站传输的观测数据，实时计算测站点的三维坐标。水准测量的基本原理就是利用水准仪提供一条水平视线，利用水准尺计算两点之间的高差，从已

5、知的开始，测量位置点的高程的过程。八、GPS控制网的布设及观测准备过程1、GPS网布设采用静态相对定位方法建立测区GPS平面控制网，等级为D级。2、GPS点位选择及网的布设原则.点位的选择符合技术设计要求，并有利于其他测量手段进行扩展与联测；.点位的基础应坚实稳固，易于长期保存，并有利于安全作业；.点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上；.点位目标要显著，视场周围15°不应有障碍物；.点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小200m，远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；.点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体

6、；.交通应便于作业。.选点人员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选点定位。当利用旧点时应对旧点的稳定性、完好性，以及觇标是否安全、可用性进行检查，符合要求方可利用。3、GPS控制网的网形布设及精度分析本测区设计以边连式布设D级GPS点4个，D级控制网采用3台接收机观测，分2个观测时段进行观测。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。GPS-D级网的主要技术要求应符合下表规定。相邻点最小距离应为平均距离的1/21/3；最大距离应为平均距离的23倍。GPS网的主要技术要求等级平均距离（km）固定误差a(mm)比例误差b(1&

7、#215;106)最弱边长相对中误差D级51010101/45000注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。4、GPS控制测量作业要求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，D级GPS测量作业的基本技术要求应符合下表的规定。D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D级1541.64555注：、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；、可不观测气象要素，但应记录雨、晴、阴、云等天气状况。 GPS卫星预报和观测调度计划保证GPS作业观测工作顺利进

8、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。编制预报表所用概略位置应采用测区中心位置的经、纬度。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。 提高GPS网可靠性的方法增加观测期数（增加独立基线数）。在布设GPS网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高GPS网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立基线数就会增加，而独立基线

9、数的增加，对网的可靠性的提高是非常有益的。保证一定的重复设站次数。保证一定的重复设站次数，可确保GPS网的可靠性。一方面，通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，需要注意的是，当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时，各个时段间必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。在布网时要

10、使网中所有最小异步环的边数不大于6条。在布设GPS网时，检查GPS观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。4 提高GPS网精度的方法为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。为提高整个GPS网的精度，可以在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。在布设GPS网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与GPS观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。若要采用高程拟合的方法，测定网中各点

11、的正常高/正高，则需在布网时，选定一定数量的水准点，水准点的数量应尽可能的多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包含在其中。为提高GPS网的尺度精度，可采用如下方法：增设长时间、多时段的基线向量。 布设GPS网时起算点的选取与分布若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合最好，则起算点数量越多越好，若不要求所布设的GPS网的成果完全与旧成果吻合，则一般可选35个起算点，这样既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持GPS网的原有精度。为保证整网的点位精度均匀，起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围。要避免所有的起算点分布在网中一侧的情况。 布设GPS网时起算边长的选取

12、与分布在布设GPS网时，可以采用高精度激光测距边作为起算边长，激光测距边的数量可在35条左右，可设置在GPS网中的任意位置。但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。7 布设GPS网时起算方位的选取与分布在布设GPS网时，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布设在GPS网中的任意位置。5、观测准备过程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；作业前应检查接收机内存是否充足；天线安置及测量过程应符合下列要求：. 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；.天线可用脚架直接安置在测量标志中心的铅垂线方向上，中误差应小于3mm。天线应整平，天线基座上的

13、圆水准所泡应居中；.观测组应严格按调度表规定的时间进行作业。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，应经作业队负责人同意，观测组不得擅自更改计划；.接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测；.每时段开机前，作业员应量取天线高，关机后再量取一次天线高作校核，两次量天线高，互差不得大于3mm，取平均值作为最后结果，记录在手簿。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入测量手薄备注栏中。天线高的量取方法应符合全球定位系统城市测量技术规程的要求，量取的部位应在观测手薄上绘制略图；.仪器工作正常后，作业员应及时逐项填写测量手簿中各项内容；.一个时段观测过程中不得进行以下操作：关闭接收

14、机又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角 ；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键；.观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号；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，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。九、实习内容实习包括GPS静态测量的外业测量和内业数据处理分析。采用GPS静态测量技术，在安徽理工大学本部范围内部设一个控制网。具体实习内容包括：技术设计，选点，外业观测计划，外业观测，数据传输及格式转换，基线解算，网平差，成果质量控制，技术总结。利用中海达G

15、PS接收机随机软件，对所采集的样本数据进行基线解算和网平差。水准测量采用四等水准，将测区内所有GPS控制点进行联测，并且利用曲面拟合的方式拟合整个校区的高程并进行精度评定结果。十、实验步骤 1、观测的主要技术指标：级别项目AAABCDE卫星截止高度角(°)101015151515同时观测有效卫星数444444有效观测卫星总数20209644观测时段数106421.61.6表1各级GPS测量基本技术要求规定2、外业调度方案调度表时段 一组 二组三组 四组16257JX125225346JX125234346JX12444435048 JX11556948 JX116JX11 JX014

16、67JX088968JX085756653、Gps及四等水准外业观测步骤安置仪器首先，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上述的条件，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，手提电话等无线设备。然后，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。最后，从仪器箱中取出GPS天线或内置天线的GPS接收机，将其安放在对中器上，并将其紧固，再分别取出电池、电缆等其它配件(内置电池的接收机除外)，并将它们安装在脚架上，同时连接GPS接收机。在安置仪器时用户要注

17、意下面的几点：当仪器需安置在三角点觇标的基板时，应先将觇标顶部拆除，以防止对信号的干扰，这时，可将标志的中心投影在基板上，作为安置仪器的依据；基座上的水准管必须严格居中；如整个控制网在同步观测过程中使用同样的GPS接收天线，则应使天线朝同一个方向，如使用不同的GPS接收天线，则应使天线的极化方向指向同一方向，如指北。大部分天线用指北方向来表明天线的极化方向。 量测天线高安置好仪器后，用户应在各观测时段的前后，各量测天线高一次，量至毫米。量测时，由标石（或其它标志）中心顶端量至天线中规定量测天线的位置如下图1图1量测天线高采用下面公式计算天线高：为标石或其它标志中心顶端到天线下沿所量距离；：天线

18、半径；：天线相位中心至天线底部量测位置的距离。所算即为天线高。两次量测的结果之差不应超过3mm，并取其平均值。其中，、通常由厂家提供，应当说明的是，各种天线高的量测位置不一样，其量测位置应参见其本身的说明，中海达为各种GPS接收机配备的天线有更加简便的量测方式，在HDS2003数据处理软件中可直接设置天线的斜高，软件会自动计算，在具有异步环的GPS相对测量中，即使用户只需要平面坐标，也必须输入准确的天线高，否则无法正确地进行后续一系列网平差解算过程。启动仪器在启动仪器时，通常应按如下步骤操作：、确认在接收机采集器电源均关闭的情况下，分别连上电源电缆、数据采集电缆。、打开主机上的开关，若电源灯为

19、绿色，则表示电量符合要求，若为红色，则表示电量不足，应更换电池。、按照相应仪器的操作规程开机观测，具体步骤请参看产品手册。、保证同步观测的其它GPS接收机也处于观测状态。静态差分测量是根据几台接收机共同时间段所接收的数据进行差分解算，所以几台接收机同时观测必须保证数据同步，并且要保证足够的数据。、观测的时候，要保证接收机设置了合适的采样间隔和高度截止角。注：fGPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。通过选择有效的卫星及其高度角a、可以减少电离层和对流层折射产生的影响；b、可以消除多路径效应；c、

20、可以有效地剔除有干扰的卫星。、记录观测站点的点名、天线高、观测时段及相应的观测文件名。在同一天（GPS时）内，如测站名及时段序号一样则出现同名。用户在出测前一定要合理安排好，尽量避免出现重名的情况。注：由于GPS时和北京时间相差大约8个小时，因此如果在北京时间凌晨0时至早上8时前施测，GPS时仍然是北京时间的前一天，因此用户一定要注意此时输入的时段序号不要重复（例如又从1开始，这就和北京时间的前一天的第一个时段重复），建议用户最好仍然是按GPS时来计算时段序号，即每天凌晨0时至早上的8点仍然算前一天的时段序号。观测按照预定的观测时间进行观测。注意：在采集时测站不可移动，采集不能中断，组成基线的

21、四台接收机连续同步采集时间必须符合要求，否则数据可能不可靠。如出现意外情况，应及时通知其它观测站点。撤站结束采集之后，用户必须确认观测站的全部预定作业项目均已按规定完成。这时，退出采集过程，一定要先关闭主机电源，如采用了外部采集器，还需要退出采集程序并关闭采集器。拔出GPS电源电缆、数据采集电缆，将接收机、基座对点器、电池等附件妥善放回仪器箱内。野外观测的注意事项在野外观测时，用户必须注意：如果仪器从与室外温度相差较大的室内或汽车内取出，必须让其有一个预热的过程，时间大约为10分钟左右。用户在插拨电缆时，必须牢记先关掉接收机电源，否则将使串口设备保护性关闭而不能正常工作。确认外接电源及天线等各

22、项连接无误后才接通电源，启动接收机。仪器如长时间不使用，将可能需要较长时间搜索GPS卫星(2-3分钟)。四等水准测量的技术指标及限差表2 四等水准测量的技术指标等级标尺类型仪器类型闭合或闭合路线长测段往返测高差不符值/km符合或符合路线闭合差/mm检测已测测段高差之差/mm四等因瓦DS115±20R±20L±30K双面 单面DS3表3 四等水准测量观测限差等级视距长度前后视距差前后视距累积差/m黑红面读数差/mm黑红面所测高差之差/mm检测间歇点高差之差/mm一起类型视距/m四等DS1150310355DS3100四等水准测量实验步骤安置水准仪 打开三脚架并使高度

23、适中，目估使架头大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。 粗略整平 粗平是借助圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅垂，从而视准轴粗略水平。在整平的过程中，气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向致。 瞄准水准尺 首先进行目镜对光，即把望远镜对着明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。再松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜筒上的照门和准星瞄准水准尺，拧紧制动螺旋。然后从望远镜中观察；转动物镜对光螺旋进行对光，使目标清晰，再转动微动螺旋，使竖丝对准水准尺。 当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标

24、影像有相对运动，这种现象称为视差。产生视差的原因是目标成像的平面和十字丝平面不重合。由于视差的存在会影响到读数的正确性，必须加以消除。消除的方法是重新仔细地进行物镜对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。 精平与读数 （后-后-前-前；黑-红-黑-红）照准后视尺黑面，精平，分别读取上、下、中三丝读数， 照准后视尺红面，精平，读取中丝读数，照准前视尺黑面，精平，分别读取上、下、中三丝读数，照准前视尺红面，精平，读取中丝读数。4、Gps及四等水准外业观测检核数据预处理a、将原始观测数据从接收机上用compass数据处理软件下载到计算机上，通过解码将各种数

25、据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息b、对输入数据进行检核与修改，包括站名、点号、测站坐标、天线高等基线解算基线解算要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解，在第二阶段将整周未知数固定成整数，在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知数，仅将待定的测站坐标作为未知数再次进行平差解算，解算出基线向量的最终解观测成果的外业检核a、重复观测边的检核对于重复观测边的不同时段的成果互差，应小于等于相应的等级规定精度的2倍。d= 29mm，=13.37mm，显然d2，所以该向量的观测值合格。具体数据见附表2。b、同步环闭合差的检核根据GPS规范要求，各级GPS基线精度计

26、算公式如下 =按D级控制网精度要求，取a10mm b10ppm 设Wx、Wy、Wz、分别是同步环坐标分量的闭合差、则应满足 Wx Wy Wz W限在同步环A2-B2-O2中，取D=0.897km得=13.43mm，令n=3得 Wx4.65mm Wy4.65mm Wz4.65mm W限8.06mm由GPS实测数据得 Wx=0.0mm4.65mm Wy=0.3mm4.65mm Wz=0.3mm4.65mm W限=0.42mm8.06mm 均满足要求，所以同步环A2-B2-O2合格在同步环B2-O2-C2中，取D=0.855km得=13.15mm，令n=3得 Wx4.56 Wy4.56 Wz4.56

27、 W限7.89 由GPS实测数据得 Wx=0.14.56 Wy=1.44.56 Wz=1.34.56 W限=1.917.89 均满足要求，所以同步环B2-C2-O2合格c、异步环闭合差的检核 根据GPS规范要求，异步环各坐标分量应满足以下要求Wx Wy Wz W限 在异步环O2-A2-B2中，取D=0.855km得=13.15mm，令n=3得Wx45.6 Wy45.6 Wz45.6 W限78.96由GPS实测数据得 Wx=2.045.6 Wy=1.045.6 Wz=1.345.6 W限=2.5878.96均满足要求，所以异步环O2-A2-B2合格 在异步环B2-O2-A2中，取D=0.897k

28、m得=13.43mm，令n=3得 Wx46.5 Wy46.5 Wz46.4 W限80.60由GPS实测数据得Wx=1.946.5 Wy=2.146.5 Wz=2.946.5 W限=4.0580.60 均满足要求，所以异步环B2-O2-A2合格三维无约束网平差GPS点WGS-84坐标系坐标平差及精度按GPS规程规定，基线向量的改正数: Vx=Vy=Vz3=39.84mm 实测基线5条，经检查最大的基线向量改正数为1.5mm，完全符合规程要求。成果报告中各项指标均符合相应等级规范要求。四等水准测量记录测站编号视准点后视上丝前视上丝方向及尺号水准尺读数黑+K-红平均高差下丝下丝后视距前视距黑色面红色

29、面视距差视距差后前后-前后前后-前后前后-前后前后-前后前后-前后记录者在“四等水准测量记录”表中按表头表明次序记录各个读数， 为计算结果：后视距离=100× - 前视距离=100× - 视距之差=-视距差=上站+本站红黑面差=+K-，（K=4.687或4.787）=+K-黑面高差=-红面高差=-高差之差=-=-平均高差=1/2 + 每站读数结束( )，随即进行各项计算( )，并按技术指标进行检验，满足限差后方能搬站中海达GPS静态的使用HDS2003数据处理软件的解算运行 HDS2003数据处理软件1新建项目点【项目(F)】à【新建(N)】，弹出 新建项目 对话

30、框，输入项目名确定，弹出项目 属性设置 对话框，在 项目细节 里填写好各项信息，点 控制网等级选择自己的控制网等级，改好后点击确定。再点【项目(F)】à【坐标系统(G)】弹出 坐标系统 对话框，选择相应的坐标系。2导入数据点【项目(F)】à【导入(I)】，弹出 数据导入 对话框，数据格式选择第一个 中海达ZHD观测数据 弹出 打开 对话框选择需要解算的数据，点击打开，数据载入并在窗口中自动生成数据的网图。3基线处理点【静态基线(S)】à【处理全部基线(A)】，软件开始自动处理全部基线，处理完后在 计算区 对话框里显示基线的精度，若有不合的则显示出不和基线的条数，在

31、主界面的网图里，算合的基线显示为黑色，不合的基线显示为灰色。点 主界面 下的列表，显示所有基线的观测时间、长度、精度等信息，若有不合的基线则在前面显示红色的叹号，Ratio值小于3，整数解误差过大达到厘米级或更大，是基线不合的主要原因（若不合的基线可有可无则可右键删除-把没用的基线删掉）。处理不合基线的方法：我们可以通过选择不合的基线，点击 属性区 的 观测数据图 观测数据图上面显示的是跟踪卫星的数据，下面的基线残差图，通过看基线残差图卫星的起伏周跳进行卫星的删除，然后重解基线来提高基线的精度，残差图中围绕中线起伏跳动小的卫星信号好，反之则不好，可尝试用鼠标框选 观测数据图 上面的起伏跳动大的

32、那颗星的数据既删除然后重解，再看基线的精度，起伏跳动大的星和某段时间内起伏跳动大的数据可以用鼠标框选进行删除，删除的方法是单击基线残差图左上角的下一个，找到要删除的卫星编号，再在观测数据图上面的卫星数据里面框选这颗星起伏大的那段即删除，然后重新解算。如要恢复先选中再点鼠标右键恢复就可以了。若还不合则右键à【选定基线处理设置(S)】，修改常用项里的数据采样间隔、截止角(采样间隔默认为60 秒、高度截止角默认为20度)在数据量足够的情况下，采样间隔大些比较好点确定，再右键à【处理选定基线(O)】，进行不合基线的重新处理。基线都处理合后，点【静态基线(S)】à【搜索重复基线(R)】、【搜索基线闭合差(D)】、【搜索闭合环(C)】等操作，看是否有超限的（一般整数解误差不大在毫米级都不会超限），若有超限的则找出那条基线，重复处理不合基线的方法误差改小即可。（若通过修改采样间隔、高度角和删星等操作都不能把基线处理合或闭合差始终超限，则只能到外业重新测了）4网平差基线都处理合后，点【网平差(A)】à【网图检查(C)】，检查重复的站点及网图的连