GNSS实习报告.docx
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GNSS实习报告
一、大学GNSS控制网技术设计书
1、项目概况
测区位于市武昌区大学，项目源于大学测绘学院。
要求使用GNSS静态测量技术在大学1~3区及国际软件学院布设控制网。
具体实习容包括：
技术设计、选点、外业观测计划、外业测量、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。
测区覆盖面积约5000亩，地形起伏复杂，建筑密集，树林茂密，人流量较大。
精度等级：
国家E级。
控制点数：
20。
平均点间距：
400m。
2、技术依据
表1-1《全球定位系统（GPS）测量规》GB/T1834--2009
项目
级别
B
C
D
E
卫星截止高度角/（°）
10
15
15
15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥3
≥2
≥1.6
≥1.6
时段长度
≥23h
≥4h
≥60min
≥40min
采样间隔/s
30
10~30
10~30
10~30
参考E级网的要求（点重复观测不少于2次）
3、现有测绘资料
测绘校区部分控制点图，此次我们选择A号和WGPS-12号控制点。
校园图和控制点分布图及坐标如下：
图1-1大学校园图
图1-2控制点位分布图
表1-1控制点坐标
点号
X
Y
H
说明
A（已知点4）
3378730.8429
534055.0148
33.2677
B（WGPS-2）
3378710.207m
534120.620m
33.036m
C（已知点2）
3378780.2750
534109.9173
33.4894
D（已知点3）
3378780.2562
534065.0065
33.4757
4号楼（WGPS-1）
3378774.9680
534220.2710
50.1110
WGPS-12
3379163.046
533868.365
27.719
德仁广场
7号楼
3378713.3525
534005.1109
54.2662
4、选点情况
4.1、选点基本原则
（1）通视性良好，远离高大树木、建筑物、高压线
（2）远离水域、反射强地形等减少多路径效应
（3）尽可能安全，避开施工区、球场、繁忙道路
（4）点位均匀分布，覆盖整个测区
（5）地面坚固稳定，位置易于达到
（6）充分利用已有的地面点标记
4.2、选点过程
（1）事先根据已有资料对点位进行大致设计
（2）踏勘选点，几乎遍历整个校园
（3）组长讨论，协定最终点位
（4）利用已有钢钉或喷涂红色标记
（5）组长对大致点位进行记忆，在图纸上进行标记
4.3、选点概况
（1）2个坐标已知点
（2）18个待测未知点
（3）四个子测区均匀分布
（4）超半数点位观测条件良好
（5）利用5个钉标记，15个喷绘点
4.4、点位分布情况
图1-3选点分布
表1-2点位情况
点名
概略位置
观测条件
备注
ET01
友谊广场
优
已知点
ET02
德仁广场
优
已知点
ET03
武大附中
良
未知点
ET04
生科院
优
未知点
ET05
本科生院
良
未知点
ET06
物院
良
未知点
ET07
珞珈山九区
良
未知点
ET08
信管院
优
未知点
ET09
法院
优
未知点
ET10
凌波门
优
未知点
ET11
工操
优
未知点
ET12
工学部羽毛球场
优
未知点
ET13
雅各楼
优
未知点
ET14
田园小观园
良
未知点
ET15
计算机学院
良
未知点
ET16
樱顶
优
未知点
ET17
奥场
优
未知点
ET18
珞珈山庄
良
未知点
ET19
珞珈山顶
差
未知点
ET20
国软篮球场
良
未知点
5、观测方案及质量控制方案
5.1、调度方案设计
我们这个队伍的总观测是段数为8个时段，共20个GPS静态点，队伍分成6个小组，每个小组一套仪器，每个时段有6台接收机进行同步观测，大多数测站之间采用翻折式迁站，部分测站采用伸缩式，具体的迁站方案如下：
表1-3迁站方案
5.2、质量控制的方法
对于GPS网来说，质量控制包括质量检验和质量改善两个方面的容，质量检验是对GPS网中间产品和最终成果的质量评估，确定是否达标，通常利用量化指标加以判定，质量改善是通过适当的措施提高GPS网的中间产品和最终成果质量，下面具体介绍。
1.选点原则
（1）通视性良好,远离高大树木、建筑物、高压线;
（2）远离水域、反射强地形,从而减少多路径效应;
（3）保证安全,避开施工区、球场、繁忙道路;
（4）点位均匀分布,覆盖整个测区;
（5）地面坚固稳定,位置易于达到;
（6）充分利用已有的地面点标记;
2.质量控制指标
（1）相邻点基线分量中误差
a）水平分量:
20mm
b）垂直分量:
40mm
（2）相邻点平均距离:
3km
（3）相对精度不低于:
1/100000
（4）截止高度角:
10°
（5）同时观测有效卫星数:
≥4
（6）同步观测时段长度:
≥40min
（7）采样间隔:
5s
5.3、质量检验的主要容
①．数据剔除率
在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值，就认为该观测值含有粗差，需要剔除。
它从某一方面反映了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。
根据《GBT18314-2009全球定位系统（GPS）测量规》，同一时段观测值的数据剔除率小于10%．
②．同步环闭合差
由于同步观测基线间具有一定的在联系，使得其值在理论上应为0．但在实际的由于采用单基线解算模式，计算过程中各个基线向量所用的观测资料和处理方式实际上并不严格相同，数据处理软件不完善，以及计算中出现的舍入误差等原因，同步环闭合差实际上通常为一个微小量，并不一定为0。
以下是同步环闭合差需要满足的要求：
其中σ为基线测量中误差的要求。
如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的；反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线其质量是合格的。
③．独立环闭合差
当异步环闭合差满足限差要求时，则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，则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，要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过综合分析多个相邻的异步环或重复基线来进行。
以下是同步环闭合差需要满足的要求：
其中n为闭合环的边数，σ为基线测量中误差的要求。
④．复测基线长度较差
复测基线较差是评定基线结果质量非常有效的指标，当其超限时，就表明重复基线中一定存在质量不满足要求的基线。
通过一条基线三次以上的复测结果，通常能够确定出存在质量问题的基线。
⑤．网无约束平差基线向量残差
网无约束平差基线向量残差是一项评定基线解算结果质量的重要控制指标，若改正数超出了限差要求，则认为所对应的基线向量或其附近的基线向量存在质量问题。
⑥．单位权方差
当观测值的权阵确定时，单位权方差的数值就取决于观测值的残差，残差越大，其数值也越大。
⑦．Ratio值
Ratio值反映了所确定出的整周模糊度参数的可靠性，该值始终≥1．这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。
通常要求Ratio≥3
⑧．RDOP值
RDOP值的大小与观测时段、基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹有关。
RDOP值反映了观测期间GPS卫星星座的状态对相对定位的影响，不受观测值质量的影响。
⑨．观测值残差的RMS
RMS是一个符合精度指标，RMS小，符合精度高，RMS大，符合精度差，RMS与结果质量有一定的关系，结果质量不好时，RMS会较大，但是RMS大并不代表结果质量不好。
说明：
本次实习，使用异步环闭合差、基线向量改正数及重复基线长度较差作为绝对指标来评定基线解算结果的质量，而其他指标只是作为相对指标来参考使用，并不用于最终确定成果的质量。
对于基线测量中误差σ，《GB/T18314-2001中》，由相应级别规定的GPS网相邻点基线长度精度及实际的平均边长计算；而在《GB/T18314-2009》中，由外业观测时所采用的GPS接收机的标称精度和实际边长计算。
（5）、质量改善的主要方法：
1）GPS网的设计：
在GPS网的设计上，可以通过下列方法提高GPS网的精度
a）为保证GPS网中各个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，以获得两点间的直接观测基线。
b）在布网时，使网中所有的最简异步环的边数不多于6条。
c）为了提高GPS网的尺度精度，在网中适当增加长时间、多时段的基线向量。
2）基线的精化处理
a）为了解决基线起点坐标不准确的问题，在解算时对起算点质量做检验，采用准确度较高的点作为基线解算的起点。
b）若某颗卫星的观测时间太短或残差过大，则删除该卫星的观测数据或禁用该卫星，保证解算结果。
c）由于多路径效应导致的观测值残差较大，可以通过缩小编辑因子的方式剔除残差较大的观测值，或者删去多路径效应严重的时间段或卫星。
d）为了减轻对流层和电离层折射的影响，采用适当提高截止高度角、使用双频观测值组合的方法。
6、提交成果资料的容
（1）GNSS实习报告（每人一份）。
（2）点之记（每人提交一个点的点之记，点号由队长指定，同一点不超过三份）。
（3）GNSS静态测量外业观测手簿（每人至少提交一份）。
（4）外业观测日程安排及工作量完成情况登记表（以对为单位，每队一份）。
二、大学GPS控制网技术总结
1、项目概况
1.1项目基本容：
利用GPS静态测量技术，在大学1-3区及国际软件学院布设国家E级控制网，利用四台接收机进行观测、解算。
1.2基本技术环节：
技术设计、选点、观测方案设计、外业观测、数据传输与转换、基线解算、网平差、成果质量控制、技术总结。
1.3项目来源：
GNSS测量与数据处理实习
2、技术依据
《GBT18314-2009全球定位系统（GPS）测量规》
3、点位分布
点位情况
表2-1点位情况
点名
概略位置
观测条件
备注
ET01
友谊广场
优
已知点
ET02
德仁广场
优
已知点
ET03
武大附中
良
未知点
ET04
生科院
优
未知点
ET05
本科生院
良
未知点
ET06
物院
良
未知点
ET07
珞珈山九区
良
未知点
ET08
信管院
优
未知点
ET09
法院
优
未知点
ET10
凌波门
优
未知点
ET11
工操
优
未知点
ET12
工学部羽毛球场
优
未知点
ET13
雅各楼
优
未知点
ET14
田园小观园
良
未知点
ET15
计算机学院
良
未知点
ET16
樱顶
优
未知点
ET17
奥场
优
未知点
ET18
珞珈山庄
良
未知点
ET19
珞珈山顶
差
未知点
ET20
国软篮球场
良
未知点
点位分布图
图2-1点位分布图
4、外业观测情况
（1）作业情况
仪器配备：
6台Unistrong接收机同步观测
测量坐标基准：
WGS-84坐标系
起算点数据：
2个三维坐标已知点位（用于平差与检核）
观测时段数：
8
平均设站次数：
2
基线总数：
120
采样间隔：
5s
（2）作业技术要求
相邻点基线分量中误差：
水平分量20mm，垂直分量40mm
截止高度角：
10°
同时观测有效卫星数：
≥4
同步观测时段长度：
≥40min
5、数据处理
5.1基线解算处理及结果统计
5.1.1处理方式：
基线处理软件：
华测CGO软件
基线解算方法：
单基线解算模式
处理步骤：
1）处理全部基线。
2）观察基线误差情况，如误差超限或误差较大，分析其原因。
3）对基线进行精化处理，如去除残差较大的观测数据，或删除基线。
4）对单条基线进行重新解算。
5.1.2处理结果统计
（1）同步环闭合差统计：
图2-2同步环闭合差总
图2-3同步环闭合差X
图2-4同步环闭合差Y
图2-5同步环闭合差Z
（2）异步环闭合差统计：
图2-6异步环闭合差总
图2-7异步环闭合差X
图2-8异步环闭合差Y
图2-9异步环闭合差Z
（3）重复基线较差统计：
图2-10重复基线长度较差
5.2基线网平差处理及结果统计
5.2.1处理方式：
平差处理软件：
华测CGO软件
平差处理方法：
自由网平差、三维约束平差（BJ54坐标系下）、高程平面拟合
处理过程：
1）确定投影坐标系，这里选用BJ54，中央子午线为114°。
2）对部分参数进行设置，如不合格基线是否参与平差，这里选择否。
3）录入部分已知点进行检验：
先固定少量已知点，进行平差处理，对其他已知点坐标进行检验，若坐标出现较大差异，则说明已知点失效，将其坐标视为未知，依次处理，只至所有已知点检验完毕。
4）准确录入全部已知点后，重新进行平差处理，对平面坐标进行三维约束平差，对高程采用平面拟合处理方式。
5）输出报告，分析平差结果。
5.2.2处理结果统计
基线三维无约束平差结果（取一部分代表）：
表2-2三维无约束基线平差结果
基线三维约束平差结果（取一部分代表）：
表2-3三维约束基线平差结果
基线向量改正：
图2-11基线向量改正VX
图2-12基线向量改正VY
图2-13基线向量改正VZ
相邻点距离中误差统计：
图2-14基线向量水平中误差
图2-15基线向量垂直分量中误差
6、结论与建议
观测阶段珞珈山上的点观测卫星数不足而重测。
数据处理阶段反复处理至所有基线及闭合环都合格，但是基线剔除率超过10%。
在基线结算阶段同步环和异步环有大量不合格，通过禁用部分卫星数据能够很容易将一些超限基线精化至线差之。
但是异步环闭合差通过反复对单条基线处理虽然能够将其优化。
但是通过逐条处理基线来使异步环合格难度极大，十分耗时。
建议测图时放弃珞珈山及其附近区域，在静态测量阶段由于珞珈山上卫星数据不足而重测。
RTK阶段珞珈山附近皆无法得到固定解，给成图带来很大困难。
因此建议以后实习将珞珈山附近划分到实习区域外。
基线处理阶段华测CGO在处理异步环闭合差时工作量极大，建议考虑南方测绘等其他公司软件。
7、附件
1、控制网图
图2-16控制网图
2、控制网成果资料
（1）当地坐标系下坐标
表2-4当地坐标系下坐标
（2）当地坐标系下约束平面坐标
表2-5当地坐标系下约束平差平面坐标
三、RTK图根测量总结
1、作业过程
（1）架设基准站接收机及电台，使用电台广播作为数据链播发改正数据。
（2）利用四个控制点进行点校正及坐标转换。
每个点测量两个时段，每个时段30历元，根据此计算得到基准站坐标并将坐标系转换到BJ54，转换残差小于5cm。
（3）在本组待测区域开阔的硬质地面上选取六个点作为图根控制点。
（4）在每个点上利用脚架架设流动站接收机，进行观测。
图根点作为控制点进行观测，两次采样，每次采样平滑点数要求20个。
2、点位分布图
图3-1九区附近图根点图3-2校医院附近图根点
注：
（1）图根点号为48、49、50、60、61、62复测后记为48-1、49-1、50-
60-1、61-1、62-1
（2）本组待测区域为珞珈山南侧，测区由于障碍物多，遮蔽严重，仅校医院附近及九区附近能够得到固定解。
因此6个图根点在九区和校医院附近各三个。
3、成果列表及质量统计
表3-1图根点质量统计
四、RTK地形测量总结
1、作业过程
（1）架设基准站接收机及电台，使用电台广播作为数据链播发改正数据。
（2）利用四个控制点进行点校正及坐标转换，每个点测量两个时段，每个时段30历元，计算得到基准站坐标并将坐标系转换到BJ54，转换残差小于2.5cm。
（3）对连续地物进行测量，用手簿设置采样为连续点模式，采样间隔设置为3Hz，将接收机置于对中杆上方，由一名同学手持对中杆沿着地物进行移动，期间保持对中杆竖直且对中杆下尖部沿着地物边缘移动。
（4）每观测结束一个连续地形，回到此地形测量的起始点，将接收机重新初始化，再次对该起始点进行观测，检查两次观测较差。
不大于25cm（对应图上0.5mm）视为合格。
（5）对任务区域所有道路、花坛、草坪、围栏及建筑进行测量，并利用南方Cass软件制图。
2、地形图
2.1小组图
图4-12队4组珞珈山南麓道路图
注：
本组测区在珞珈山南侧，由于树木居民楼较多，信号遮蔽严重，仅校医院和九区附近能够得到固定解。
因此除了道路以外其他地物均难以测出，也难以成图。
不能测的地方均有拍照留证。
2.2全队图
图4-22队测区地形图
2.3全校图
图4-3校区地形图
五、RTK放样总结
1、作业过程
（1）架设基准站接收机及电台，使用电台广播作为数据链播发改正数据。
（2）利用四个控制点进行点校正及坐标转换，每个点测量两个时段，每个时段30历元，根据此计算得到基准站坐标并将坐标系转换到BJ54，转换残差小于5cm。
（3）在手簿中输入起始点坐标信息和终止点坐标信息，建立放样线，由于Unistrong配置的软件不能以起始点开始进行放样，所以必须先确定起始点和终止点才能继续操作。
（4）操作手簿，先录入起始点坐标信息，再转换到直线放样模式，将接收机置于对中杆上。
（5）记录设计放样路线的点坐标。
（6）从起点开始，沿设计路线，根据手簿上的提示，移动接收机，移动找到桩的大致位置。
（7）根据手簿上的提示，进行小围移动，每次移动后保持接收机平稳，并根据给出的坐标差不断修正，直至达到放样点位。
（8）在放样点位保持接收机不动，进行一个时段的观测，检查放样点坐标和设计坐标的差别。
（9）记录点位为快速点，并继续寻找下一个点，直至到达终点。
2、点位分布图
图5-1放样点位分布图1图5-2放样点位分布图2
注：
本人放样线及放样点为pt6-pt10。
放样地点在友谊广场，考虑到从已知点沿135°左右方向为开阔平地，所以小组放样均大致沿此方向。
3、成果列表与质量统计
六、实习心得
此次实习包括GNSS静态测量和RTK图根测量以及RTK地形测量RTK和GNSSRTK放样等几项容。
旨在通过实习，帮助我们掌握利用GNSS技术控制测量、地形测量和放样等测绘工作的方法和技能，培养和提高利用所学理论知识解决实际问题以及通过团队协作完成复杂项目的能力。
实习期间首先通过组长之间开会协商确定点位分布，以及布网形式。
然后通过踏勘选点总重确定点位，并完成项目设计，确定最终观测和迁站方案。
GPS静态观测期间为了保证同步观测，需由队长统一发号施令。
由于现在通信发达，QQ群微信群等都可以实时多人完成通信交流，因此比较容易保证同步观测。
值得注意的是，在观测期间难免有某个小组出现各种问题导致延迟开机、或者重新开机。
为了保证全队作业观测时段同步，当出现问题，一定要及时通报队长问题的时间，再由队长通知延长关机前瞻时间。
就此次观测的经验来说，Unistrongg970接收机能够使用的时间大概为四个测段。
为了保证仪器不在测段中由于电量过低导致仪器关机，建议每三个时段更换一次电池。
由于部分仪器电池老化，如果试用阶段发现电池不耐用，应当及时更换。
实习过程中采用华测的CGO软件对基线进行解算。
基线解算是GPS控制网测量中的重要阶段。
基线解算首先应该除去观测卫星不足，时段过段的基线，对于基线残差过大，无法通过基线精化处理来符合标准的极限也应当删除。
由于校区观测条件，很多基线都只能删除处理，因此基线剔除率已经超过10%。
然后通过观测基线残差图，来禁用部分卫星的部分时段观测值，以提高基线精度。
当所有基线都合格之后，在专门对超限的重复基线进行处理，最后再对超限的异步环所包含的基线进行处理。
如此反复对基线进行处理即可使基线以及闭合环全部合格。
但是反复处理基线过程十分繁琐耗时，而且误差的指向不明，难以判断误差较大的基线。
RTK测量阶段，首先要在由静态控制网测量的点或者已知点上架设仪器，测定为控制点，并与已知数据进行坐标转换参数计算，完成WGS84坐标系下的坐标数据转换到本地坐标系下。
在RTK地形测量的时候，由于点位由地物决定，因此，很多点位同时较差，多路径效应严重，尤其是珞珈山附近几乎都无法得到固定解。
RTK放样是先设计好放样路线，然后根据手簿上的提示，慢慢走到指定地点，然后记录为快速点，直到到达终点，记录结束。
值得注意的是，在放样过程中数据跳变严重，当到达指定点附近时，应当每次等待读数稳定之后再小幅调整接收机位置。
通过此次实习，我感到收获良多，体会甚深。
首先，此次实习与以往不同是，以往的实习都是以组为单位进行实测，人数较少，易于调度。
而此次实习则是以队为单位，需要全队的人员一起统一调度。
在更大的团队中一起团队协作，能够学到更多的知识，更大程度地加强团队协作能力。
但是全队一起行动更要求大家担负责任，认证高效地完成任务。
因为如果有任何一组出现问题，就会耽搁全队的进度。
与此同时，大家也要相互包容和体谅，因为出错永远是难以避免的。
但是出现错误时大家应当相互体谅相互帮助，共同克服困难，这样才能发挥团队协作的力量。
此外，通过此次实习，我们对GPS实习的整个过程。
同时也根据在实习期间的各种经验积累，对GPS测量的原理有了更深的理解。
这无论是对于以后继续学习GPS测量相关的知识亦或是出去从事相关的工作都是有莫大的帮助的。
关于对于此次实习的建议与意见。
首先对于参与实习的同学，须得注意。
很多仪器存在着电池老化、无法连接手簿，电脑无法识别等诸多问题。
所以在外出施测之前一定要先全面的检查仪器，发现问题及时找老师更换仪器，以防在施测期间造成返工。
然后每次迁站之前一定要检查电池电量，在电量低于1/3时建议更换，因为老化的电池经常出现前面两格电很耐用，而最后一格电却消耗得很快的情况。
还有就是由于测段时间较长，而中间又不需要太多的人为操作，所以很多同学会在期间玩手机或者做别的事情打发时间，却因此而忽略了对仪器的看管与保护，由此造成仪器挪动，甚至是损伤。
因此，在观测期间至少要有一个人处于注意力较为集中状态保护仪器。
对于实习的组织与设计个人有几点建议。
首先建议安排实习的老师与其他科目的老师进行协商，不要将考试紧紧安排在实习后面。
比如这次实习，在实习刚结束就有《Fortran程序设计》的考试，随后还有数据结构与算法、GPS、物理、土建工程概论等科目。
我们平时学习针对的是知识，而复习则是针对的考试，因此复习得是否充分对考试结果影响较大。
而实习期间白天观测晚上处理数据仍有部分空闲时间，但对于实习期间忙碌的各位而言，更愿意补个觉。
因此建议各科考试稍微延后，至少不要安排在实习之后的一个星期之。
其次，建议实习中建立考勤制度，因为实习期间的外业任务工作量非常小，只是比较耗时，理论上两个人就足以完成小组的任务，因此会造成部分同学缺勤或者打酱油的情况。
七、附件
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