GNSS数据采集与处理技术设计书.docx

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GNSS数据采集与处理技术设计书

************大学

GNSS数据采集与处理

技术设计书

课程名称

专业

班级

组员姓名

任课教师

GNSS数据采集与处理

技术设计书

1基本概况

*******大学北校区位于****省****市******新城，校园地势整体平坦，校内绿化面积较大，校园环境优美，周末时间人流量较少。

2主要任务

进行GPS外业静态测量，并进行数据处理，建立二级GPS控制网。

3作业依据

a．《全球定位系统GPS测量规范》GB/T18314-2009；

b.《工程测量规范》GB50026-2007；

c.《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-2010；

d.《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356-2009。

4使用的仪器及物品

表1仪器及物品列表

仪器及物品名称

型号/规格

数量

GPS接收机（含基座）

南方灵锐s86

4台

脚架

大

4个

小钢尺

3m

4把

计算机

联想ThinkCentre

若干

数据传输软件

与GPS接收机配套

若干

数据处理软件

中海达HDS2003

若干

数据传输线

与GPS接收机配套

1根

铅笔

HB

4支

5已有起始资料情况

校园内已有供实习使用的GPS控制点，标石保存完好。

已知控制点坐标：

G24，G42。

点名

X

Y

H

G24

*********

*********

*********

G42

*********

*********

*********

6坐标系统

a.平面坐标系统：

GPS坐标为WGS-84坐标系；

b.高程系统：

1985国家高程基准；

c.时间系统：

采用北京GTM+8时区时间系统。

7GPS控制网的布设

7.1GPS网图形设计及设计原则

7.1.1GPS网图形设计原则

a.GPS网应根据测区实际需要和交通状况，作业时的卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。

b.GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。

c.GPS网的点与点之间不要求通视，但应考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有一个以上通视方向。

d.在可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。

e.GPS网点，应利用已有水准点联测高程。

C级网每隔3~6点联测一个高程点，D和E级网视具体情况确定联测点数。

A和B级网的高程联测分别采用三、四等水准测量的方法；C至E级网可采用等外水准或与其精度相当的方法进行。

7.1.2GPS网图形设计

a.GPS网网形：

三角形网，如下图1所示：

b.观测作业方式：

边连式；

c.平均设站数：

2；

图1GPS网网形概略图

7.2GPS网的密度设计

在GPS方案设计时，一般首先根据测量任务书提出的GPS网的密度和经济指标，再结合规范（工程测量规范）规定并现场踏勘具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时间长短等布网观测方案。

各种不同的任务要求和服务对象，对GPS点的分布要求也不同。

对于一般城市和工程测量布设点的密度主要满足测图加密和工程测量的需要，平均边长一般在几公里以内。

表2GPS网中相邻点间距离（km）

级别

项目

二等

三等

四等

一级

二级

相邻点平均距离

9

4.5

2

1

0.5

闭合环或附合路线的边数

≤6

≤8

≤10

≤10

≤10

7.3GPS控制网的选点

a.点位的选择应符合技术设计要求，并有利于其他测量手段进行扩展与联测；

b.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；

c.周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，被测卫星的地平高度角应大于15°；

d.点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于200m并应远离高压输电线其距离不得小于50m；

e.附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体或产生多路径效应的环境；

f.交通应便于作业；

g.充分利用符合要求的旧有控制点及其标石和觇标。

7.4埋石

控制点为原有控制点，其埋石情况如下图2所示：

图2GPS控制点标石埋设图

1-土面2-素土3-贫混凝土

8制定观测计划

根据实际作业的进展情况，及时调整观测计划和调度命令。

表3GPS测量作业调度表

作业组

接收机

型号

时段1

时段2

时段3

时段4

时段5

测站点

测站点

测站点

测站点

测站点

第一组

9254

G24

G24

G42

G42

D07

第二组

9252

G06

G06

G29

G01

G01

第三组

9177

G09

G54

G54

G54

G09

第四组

9624

G20

G35

G35

G24

G24

9静态外业观测

9.1外业基本要求

a．各级测量作业基本技术要求：

表4各级GPS测量基本技术要求规定

级别

项目

AA

A

B

C

D

E

卫星截止高度角

10

10

15

15

15

15

同时观测有效卫星数

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

≥4

有效观测卫星总数

≥20

≥20

≥9

≥6

≥4

≥4

观测时段数

≥10

≥6

≥4

≥2

≥1.6

≥1.6

PDOP值

<6

<6

<6

<6

<6

<6

b．观测组必须严格遵守调度命令，按规定时间同步观测同一组卫星。

当没按计划到达点位时，应及时通知其它各组，并经观测计划编制者同意对时段作必要调整，观测组不得擅自更改观测计划。

c．一个时段观测过程中严禁进行以下操作：

关闭接收机重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变接收设备预置参数等；改变天线位置；按关闭和删除文件功能等。

d．观测期间作业员不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，要防止人员或其它物体靠近、碰动天线或阻挡信号。

e．在作业过程中，不应在天线附近使用无线电通讯。

当必须使用时，无线电通讯工具应距天线10m以上。

雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。

9.2外业观测记录要求

a．测站名的记录，测站名应符合实际点位；

b．时段号的记录，时段号应符合实际观测情况；

c．接收机号的记录，应如实反映所用接收机的型号；

d．起止时间的记录；

e．天线高的记录，观测前后量取天线高的互差应在限差之内，取平均值作为最后结果，精确至0.001m；

f．测量手簿必须使用铅笔在现场按作业顺序完成记录，字迹要清楚、整齐美观，不得连环涂改、转抄。

如有读、记错误，可整齐划掉，将正确数据写在上面并注名原因。

g．严禁事后补记或追记，并按网装订成册，交内业验收。

9.3静态数据传输与备份

用数据传输线正确连接GPS接收机和计算机，数据线不应有扭曲，接口应直插直拔，不应有扭转。

a．及时将当天观测记录结果录入计算机，并拷贝成一式两份；

b．数据文件备份时，宜以观测日期为目录名，各接收机为子目录名，把相应的数据文件存入其子目录下。

存放数据文件的存储器应制贴标签，标明文件名，网名、点名、时段号和采集日期、测量手簿应编号；

c．制作数据文件备份时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。

d．数据在备份后，宜通过数据处理软件转换至RINEX通用数据格式，以便与各类商用数据处理软件兼容。

10静态数据处理

10.1静态数据处理任务

a.利用Torinex4,将*.sth格式的观测文件转化为rinex格式；

b.利用中海达后处理软件HDS2003中文版进行基线解算及网平差；

c.成果输出。

10.2数据处理的具体事项

10.2.1基线解算及其质量检验

a.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5。

根据表5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。

b.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6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

表6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

E级

坐标分量相对闭合差

6.0

环线全长相对闭合差

10.0

c.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E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:

n:

为闭合环边数

:

为E级GPS控制网规定的精度（按实际平均边长计算）。

10.2.2GPS网平差

a.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。

中央子午线经度为121°，故采用1980西安坐标系，取中央子午线经度L0＝121°的3°带高斯投影。

即有：

参考椭球为克拉索夫斯基椭球，长半径a=6378245m，扁率α=1/298.257；中央子午线经度L0＝121°00′00″。

高程系统采用1985国家高程基准。

b.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。

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。

c.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）。

11提交的成果

a.GPS控制网图；

b.平差报告及成果表；

c.外业观测记录；

d.GPS测量技术设计书；

e.实习报告。

附录

附录:

1：

GPS外业观测手簿

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：

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（快、条）

2.接收卫星号

3.信噪比（SNR）

4.故障情况

5.备注

附表2

GPS点点之记

日期：

20年月日记录者：

绘图者：

校对者：

点

名

及

种

类

GPS点

名

土质

号

相临点（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

所在图幅号

概略位置

XY

LB

（略图）

备注