gps用户手册.docx
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gps用户手册
SURVEYPRO
ForWindowsRCE
GPS
用
户
手
册
美国TDS公司
（版权所有，XX）
目录
第一章序言-------------------------------------------------------------3
第二章GPS坐标---------------------------------------------------------4
2.1．基准
2.1.1水平基准
2.2.2垂直基准
2.2．坐标系统
2.2.1水平坐标系统
2.2.2垂直坐标系统
2.2.3SurveyPro坐标系统数据库
第三章GPS测量---------------------------------------------------------9
3.1．伪距法定位
3.1.1差分GPS
3.2．用surveypro做差分GPS
第四章RTK数据采集--------------------------------------------------11
4.1．设置投影模式
4.1.1投影模式概述
4.1.2地图投影设置
4.1.3选择大地水准面模型
4.2．接收机设置
4.2.1一般的硬件设置
4.2.2基准站接收机设置
4.2.3动态接收机设置
4.3．解算水平投影
4.3.1定位
4.3.2地图投影
4.4．解算垂直投影
4.4.1定位
4.4.2模拟大地水准面
4.4.3椭球高
4.5．RTK数据采集
4.5.1测量模式
4.5.2数据采集方法
4.6．RTK放样
第五章投影的利用------------------------------------------------25
5.1．投影计算器
5.1.1计算器比例系数
5.1.2收敛计算器
5.2．重新平差点
5.2.1大地到平面
5.2.2平面到大地
第六章用TDS管理GPS坐标---------------------------------28
6.1．SurveyPro
6.1.1人工模式
6.1.2编辑点
6.1.3输入一个.GPS文件
6.2．SurveyLink
6.2.1文件输入
6.2.2文件输出
第七章数据采集后处理-----------------------------------------31
7.1．野外过程
7.1.1开始后处理
7.1.2接收机开始记录
7.1.3数据采集
7.2．内业工作
第八章例程--------------------------------------------------------34
8.1．用控制点定位
8.2．重复定位测量
8.3．定位计算器和大地水准面模拟
8.4．用GPS和常规的投影面测量
疑难解答
参考资料
第一章序言
本书分为两个部分：
第一部分是用户手册，第二部分是参考手册。
用户手册简要介绍了GPS坐标系统的基础知识和GPS测量方法，包括一步一步的教导你如何应用SurveyProGPS进行RTK和后处理的数据采集；用户手册的最后部分是用实际的案例指导你如何操作。
参考手册包括每一个SurveyProGPS界面的描述，参考手册按照SurveyProGPS菜单分为几个部分，为了找到一个特定界面的描述，参考有关菜单介绍和界面的那部分就可以了。
第二章GPS坐标
为了描述空间一个点的位置，需要做两件事情。
首先你需要定位基准来定义原点、方位和比例，第二你需要一个坐标系统来确定你在定位基准中的GPS位置。
本节包括有关一般测量应用基准和坐标系统的描述，包括在TDS软件中不同基准和坐标系的描述。
2.1基准
基准包含三个基本部分：
原点，参考方位和比例。
原点定义了一个起始点，参考方位定义了方位的相对方向（通常相对于天文北）；比例定义了距离的相对大小。
例如：
一个测量员在一个新工作点上，在地上放了一个钉子，读数5000，5000，100这个测量员就建立了原点，他对着太阳然后计算相对于参照物的方位，他这样就建立了参考方位。
最后他开始测量一整站的距离，EDM（电子测距仪）已经建立了比例。
GPS测量是建立在全球大地测量基准之上的，即1984全球大地坐标系（WGS84）。
WGS84的原点在地球质心，参考方向由地球的旋转轴和经过格林尼治的子午面和平均赤道面的交线定义，比例为标准公制。
像WGS84这样的以地球中心为中心的基准通常用一个旋转椭球来模拟地球的形状。
WGS84椭球是建立在1980椭球大地参考系上（GRS）的，二者实质相同。
椭球的中心位于球质量的中心，它的短轴对应于地球的旋转轴，长轴对应于平均赤道面。
对于许多测量应用，水平基准和垂直基准是分开的，这就是为什么垂直基准必须要是大地高的缘故，相对于当地的重力场而不是地球的质心。
下面介绍一下应用于测量和投影的水平和垂直参考基准。
2.1.1水平基准
本地基准转换
如果你需要应用一个基准或者一个在SurveyPro用户界面没有的等角投影面，你可以用TDSSurveyLink来建立一个本地投影文件。
SurveyLink允许你建立本地基准转换参数来实现从WGS84到任何用户自定义系统的的转换。
关于本地投影的详细的介绍，请参考SurveyLink手册。
用TDS软件进行基准转换
存储在SurveyPro工作文件中的GPS坐标总是以WGS84的形式存储，工作文件中的平面坐标以用户自定义基准和坐标系统形式存储。
当用控制点设置GPS接收机时，我们可以将投影坐标转换到WGS84（纬度，纬度，高度）来发送给接收机，当计算新的坐标时，我们可以将WGS84（纬度，纬度，高度）转换到投影面坐标。
WGS84和NAD83
TDS软件约定WGS84=NAD83，这就意味着你可以用二者之中的任何一个基准来计算而不需要考虑转换。
RTK是差分GPS，所以所有的测量都和基准站的位置有关。
因此，当你确定一个坐标时，你需要改正不同基准的关键部分。
注意：
如果由于某些原因，你需要一些WGS84（ITRF）的GPS坐标和NAD83的平面坐标，你可以用一个本地坐标系统。
两个基准之间的转换用一个七参数的赫尔默特（相似）转换来完成。
关于应用本地坐标系统的详细解释，应参阅43页。
关于最后的几个转换参数，可以查询NGS的网址（http:
//www.ngs.noaa.gor/CORS/Derivation.html）
三维近似和Molodensky转换
SurveyPro可以应用一个本地坐标系统从WGS84转换到任何一个用户自定义基准。
SurveyLinkGeodetic模块用来产生一个*.CS5文件，这个文件包含一个七参数相似转换或者一个三参数Molodensy大地转换的参数，还包括本地投影的参数。
经常应用相似转换是因为我们可以假设测量基准具有正交轴。
你需要知道两个基准之间的三个旋转，三个流动，以及比例的不同。
仅仅当原点的流动是一致的情况下才可以应用Molodensky转换，它的精度不如相似转换。
想要详细的了解如何创建一个本地坐标系统，请参阅SurveyLink用户手册，关于如何在SurveyPro中设置一个本地坐标系统，参见第43页。
注意：
为了应用一个本地坐标系统*.CS5文件必须放在存放大地文件的目录下。
2.1.2高程基准
GPS卫星绕地球的质量中心飞行。
另一方面，位于地球表面的物体会受到当地重力场的影响。
虽然精确的模拟围绕地球中心飞行的卫星轨道是可能的，但是由于地球质量的不均匀分布，模拟当地重力场确实是很困难的。
我们都知道水往低处流，然而水并不总是从一个高的椭球面流向一个低的椭球面。
椭球面高度仅仅是高出参考面的高度，并不一定对应于当地重力场的走势。
当用GPS进行测量时，由于地球重力场的原因我们需要进行改正，将所测的的椭球高度（h）转换为大地高（H）。
2.2坐标系统
坐标系统是在一个基准中表示位置的一种方法。
坐标系统的范围很广，从简单的平面笛项尔坐标系（y,x）或者（N,E），到复杂的位于参考椭球体的大地经度和纬度。
下面介绍几种在测量当中经常应用的坐标系。
北，东，高程
测量任务经常应用简单的平面坐标。
我们假设当地的基准模型是平面的，在笛项尔的系统中计算坐标，简单的应用平面三角就可以了。
当需要垂直坐标时，大部分测量任务要求大地高。
纬度，经度，高度
大地水平坐标通常用两个角度经度和纬度来表示。
大地垂直坐标用高出椭球的距离来表示称之为高度。
两个角度描述了位于参考椭球上的一个点的位置。
高度描述了点到参考椭球面的高度。
ECEFXYZ
大地坐标有时候以地球中心固定（ECEF）的笛项尔坐标系统的形式给出。
这个坐标系统的原点在地球的中心，主轴（Z）是地球的自转轴，短轴（X）为经过格林尼治的子午面和平均赤道面的交线，第三轴（Y）符合右手坐标系的法则。
一个ECEFXYZ坐标可以应用标准公式转换为相应的纬度，经度，高度。
对于许多测量应用，平面坐标和垂直坐标时分开的。
下面介绍几种在测量和投影中常用的几种水平坐标系统和垂直坐标系统。
2.2.1水平坐标系统
测量工程在本地平面或者地图投影中应用水平坐标。
对于一些小工程，你可以假设一个很小的陆地平面然后根据测的的距离直接计算坐标。
对于一些大型的工程，应用一个地图投影面来准确的表示陆地面的弯曲面，将测的的距离转换为地图投影面上的距离。
地图投影
地图投影应用方程将纬度和经度转换为平面直角笛项尔坐标y,x。
地图投影尽量将以下属性的的变形减少到最小程度。
等角性
地图投影是等角的保证角度不变，等角投影对测量是非常重要的，地面上量测的角度就是投影面上的角度。
子午线（经线）和平行线（纬线）正交，局部形状保留。
等角的性质是任何点的长度比系数在任何方向都是一样的。
距离
如果从投影面的中心到地图上的任何其他地方的距离不变则地图投影是等距的。
大部分地图投影都包含长度变形，因此，当将地面上的量测距离转换到投影面上时，需要应用长度变形参数。
方位
当方位角（从一个点沿着一条线到另外一个点的角度）不变时，则地图投影时等方位的。
面积
当面积没有变形时则地图投影是等积的。
地图上所表示的面积和实际总是有着一定的比例关系。
测量中应用的一般等角投影
横轴墨项托圆柱投影法
横轴墨项托圆柱投影法（TM）将椭球投影到一个圆柱体上，相切于中央经线。
长度东西方向变形最大，南北方向最小，所以TM投影经常应用于南北长度比较大的区域。
长度，距离，方向，和面积变形离中央经线越远越大。
许多投影系是建立在TM投影上的。
通用横轴墨项托圆柱投影法将全球分割成60个投影带，每带差为6度。
差不多半数美国州应用TM投影作为他们的州平面坐标系统。
英国国家分割网（BNG）就是一个TM投影，原点在北纬49度，西经2度。
斜交墨项托圆柱投影法
斜交墨项托圆柱投影法和横轴墨项托圆柱投影法是相似的；椭球投影到一个圆柱体上。
不同的是，不是相切于中央经线，而是相切于除了赤道面和中央经线以外的任何大圈。
这就使得斜交墨项托圆柱投影法可以适用于任何以切线为中心的地区，切线可以既不是经线也不是纬线。
横轴墨项托圆柱投影法目前应用于阿拉斯加州1带，覆盖了狭长的区域。
Lambert等角圆锥
Lambert等角圆锥投影是将一个球体投影到一个圆锥体上，相切于两条或者一条经线。
长度变形南北方向最大，东西方向最小。
所以Lambert投影用于东西长度比较大的区域。
长度，距离，方向和面积的变形离相切经线越远越大。
目前美国有大概一半的州的平面坐标系统应用Lambert投影。
立体投影
立体投影是将球体投影到一个平面上。
中心点上的方向是没有变形的，而长度，面积和形状的变形从中心点向外均匀地增加。
立体投影是等方位的。
因为在所有方向上比例尺都或多或少的存在变形，立体投影是对测量员的典型平面地面坐标系统的很好的表示。
所以，立体投影被TDS局部坐标解算中，用来将纬度，经度转换为本地平面坐标。
关于局部坐标解算的详细资料，请参阅31页。
长度比系数
当将地图上的距离转换到实地时，你需要进行两项不同的长度变形改正。
首先，利用地图比例尺进行地图投影的长度变形改正，然后，利用椭球长度比系数进行由于大地水准面带来的高度改正，这和高出参考椭球面的高度有关。
一般情况下，我们可以将这两个长度比系数相乘得到一个综合长度比系数。
投影面长度比系数
这个系数用来计算当用平面代替曲面时引起的变形。
它是投影面方程的函数，它的确切值依赖于在地图上的位置。
虽然长度比系数用地图投影的微分方程来计算，你可以用一个几何图像使之形象化。
通用横轴墨项托圆柱投影法
中央经线（CM）的长度比系数为0.9996。
CM东西两侧大概170公里处的长度比系数为1。
在CM和切线之间的长度比系数小于1。
切线之外的地区长度比系数大于1。
因此，在中央经线，一个长100米的大地线在投影面上的距离是99.96米。
TDS定位立体投影
基准站的长度系数为1.0。
基准站以外的地方所有方向上的长度系数或多或少的增长。
在RTKGPS范围内的长度系数的变化是不可估的，所以这个地图投影是用来模拟简单的地面水平坐标系的很好的方式。
椭球比例系数
这个系数用来计算地面高出参考面（椭球面）的高度引起的变形。
这个系数以几何方式来定义：
地面上的距离、椭球高h、椭球上的距离、椭球半径R
注意：
椭球的半径随着你位置和方位角的不同有轻微的变化。
TDS计算应用椭球的全球平均值6378000.0米。
这个近似值对于用RTK进行二阶运算是足够了。
联合长度比系数
通常，我们将两个长度比系数相乘得到一个联合长度比系数。
联合长度比系数可以用于将网格长度转换为地面长度。
2.2.2垂直坐标系统
GPS测量提供椭球高度。
大部分测量工程需要大地高。
为了将椭球高度转换为大地高，你必须在参考椭球面和表示重力场的水平面之间进行改正。
从椭球高度（h）到大地高（H）的转换过程包括大地水准面模型的应用。
大地水准面是用来近似平均海水面的理论面。
参考椭球面和大地水准面的不同，称之为大地水准面差距（N），知道了N,你就可以由椭球高计算大地高了。
2.2.3TDS软件里的大地水准面模型
从北美到全世界，在SurveyPro里可以应用不同的大地水准面模型。
注意：
为了应用一个大地水准面模型，大地水准面数据文件必须存储于大地文件的目录下。
第三章GPS测量
这一部分简单介绍一下GPS测量。
首先讨论一下关于不同定位的基本理论，让你熟悉一下不同差分解算以及他们的预期精度。
然后，一步步地介绍如何在GPS接收机上设置SurveyPro，进行实时动态（RTK）GPS测量或者后处理GPS的数据采集。
3.1伪距法差分定位
GPS的解用伪距法差分定位来解：
位置是由同一历元时刻到不同卫星（或者空间飞行物SV）的伪距所决定的。
GPS天线的位置是通过到已知坐标的卫星的伪距，以一种类似于测量后方交会的方式解算的。
确定三维坐标和时间需要4个卫星，坐标系是以地球中心为质心的笛项尔坐标系（ECEFXYZ）。
用伪距法解下面两种方式之一：
单点定位或者差分定位。
一个单独的GPS接收机可以从到四个或者更多的卫星计算单点定位坐标。
天气坏的时候误差能到100米级。
所以，精度高的GPS必须应用差分定位。
差分GPS
差分GPS（DGPS）定位包括多台接收机到不同卫星的距离之间的组合相减。
当相关信号被组合相减后，就消除了主要的误差源。
然而，由于你计算的是距离差，DGPS测量解的是坐标差而不是坐标值。
为了用坐标差计算坐标值，需要一个已知起始点。
差分解：
类型和质量
码差分
码差分解应用GPS载波的C/A导航码。
由于一个码元的码元长度较长（300米），码差分是一种低精度的解。
用DGPSC/A码差分定位的精度大概是1—10米。
载波相位差分
高精度的坐标差分通常应用载波差分定位。
由于载波的波长只有19厘米，毫米级的定位精度是可能的。
当信号到达天线时，我们可以测量载波的不足整周的部分。
如果我们可以计算卫星到天线的整周部分（整周模糊度），我们就可以将整周部分和不足整周部分加起来计算精确的距离。
计算整周部分应用复杂的最小二乘过程，称之为整周未知数。
整周未知数有整数解和浮点解两种。
整数解
我们知道波长数是一个整数。
应用最小二乘解可以解出这个数。
如果我们得到一个合理的解，我们称之为整数解。
整数解的坐标差精度是15ppm（单频），5ppm（双频），即1公里基线上的误差是15毫米、5毫米。
多路径、卫星数量太少和卫星的几何形状不好、无线电干扰（RTK中），都会使得我们得不到整数解。
（也就是测得的精度会降低）
浮点解
如果约束运算没能产生一个合适的整数解，那么模糊度允许一个浮点解，浮点解的坐标差精度大概为100到500ppm，即1公里基线上的误差是0.1米到0.5米。
3.2用SurveyPro进行差分GPS
DGPS需要不同接收机的原始数据，用来组成一个差分。
对于实时动态（RTK）GPS的数据采集，原始数据可以用无线电或者流动电话来实时传送。
对于后处理过程的数据采集，原始数据存储在每个接收机的内存中，然后下载倒PC中。
再用软件处理算出差分解。
SurveyPro支持差分GPS数据采集的三种不同方式：
RTK，后处理，RTK和后处理联合方式。
选择数据采集模式
1.从job菜单中选择Setting。
2.在Receiver选项项，在GPSMode下拉框中选择RTK或者PostProcess（后处理）。
3.单击OK。
注意：
在GPSmode中这个开关控制Survey菜单的显示内容。
在RTK模式下，Survey菜单包含配置基站项和流动站接受机用于RTK数据采集。
在RTK模式加后处理模式下，你可以在一个点同时得到后处理的数据。
在后处理模式下，Survey菜单包含配置一个静态或走走/停停模式的接受机采集用于后处理的数据。
RTK设置
如果你用SurveyPro进行实时动态测量，或者RTK和后处理联合数据采集，以下Job---Settings选项项的设置,包括如何设置到RTK：
量测（Measure）模式：
这里你可以你选择接收机动态和接收机存储每个点的原始数据类型。
你也可以设置测量接收标准。
详细信息请参阅参考手册。
投影（投影）：
这里你可以设置你的水平和垂直投影类型和存储大地数据文件的路径。
详细信息请参阅参考手册。
后处理设置
如果你用SurveyPro进行后处理数据采集，通过设置一个接收机数据采集的记录间隔来启动后处理数据采集。
你还可以设置如何处理单点定位和选择存储单点定位的特殊层。
详细信息请参阅参考手册第23页。
第四章RTK数据采集
RTK数据采集是通过一个基准站接收机传送的差分GPS改正来求解实时的流动站接收机的坐标。
这一节描述如何应用SurveyPro软件来进行RTKGPS数据采集。
主要操作流程：
Ø如何选择投影方式
Ø如何设置基准站接收机和流动站接收机硬件
Ø如何在SurveyPro软件中设置一个基准点
Ø如何采集控制点和进行投影解算
Ø如何采集数据和放样
4.1．设置投影模式
在SurveyPro中打开一个新建的项目，将投影类型设定为在任意坐标系统下生成地面坐标的默认方式。
如从一个起始坐标点重新打开旧的项目或者新建一个项目。
使用地面-TDS坐标归化，用户不需要选择基准面或是投影平面。
SurveyPro在设置了RTK基准站之后将会自动的进行初始化。
如果你的项目需要从坐标系统数据库中选择特定的投影面和基准。
请将投影类型切换到投影平面。
在投影平面方式下。
用户可以从数据库中选择一个投影带或者自己创建一个投影带和基准面的转换。
在任何一种水平投影方式下，用户可以选择从两种不同的垂直投影方式中选择。
局部坐标归化+大地水准面或者是椭球高。
如果你希望测量的结果是正高，请选择局部坐标归化+大地水准面。
如果希望局部坐标系统下的垂直坐标是大地高，请选择椭球高。
4.1.1投影方式概述
水平（地面+TDS坐标归化）
●局部坐标是基于投影高的大地水准面
●EDM测距同投影坐标之间的比例是1：
1。
●默认的投影平面和基准面随着RTK的基准站的设置而自动初始化
投影平面
●局部坐标是通过等角投影的
●EDM测距同投影平栅格坐标有特定的比例因子
●用户选择投影带
垂直[局部坐标归化+（大地水准面）]
●垂直坐标是正高
●用户必须计算从椭球高到正高的转换。
只需要通过几个控制点或者是使用一个大地水准面模型或是以上两种的组合来进行解算归化的。
椭球高
●垂直坐标是椭球高
●这种方式不需要设置转换参数。
如果你水平投影使用的是地面——TDS坐标归化且没有选择大地水准面。
SurveyPro就可以在新建一个醒目之后开始RTK测量而没有必要进行投影设置，你可以直接进入到下一部分——接收机设置。
注意：
如果水平投影类型选择了地面——TDS坐标归化，并且希望选择一个大地水准面。
那你只需要选择该大地水准面模型。
SurveyPro程序会自动记录你上一次的大地水准面并自动将其添加到下一个项目的投影带中。
打开一个项目之后可以直接进入到接收机设置。
如果你使用投影平面的投影带和/或使用一个水准面，但是从来没有选择的话，你将被提示必须从用户坐标库中选择一个投影带和/或水准面。
以下将讲述如何从坐标系统数据库中选择投影平面和水准面模型。
1．进入测量---投影菜单。
在屏幕顶端单击设置按钮，打开设置界面中的投影选项。
选择合适的水平和垂直投影，然后单击ok键。
2．如果你选择了投影平面或者大地水准面，你现在可以设置。
在水平面板中点击选择地区，在垂直面板中点击选择大地水准面。
你也可以等待，在需要这些设置的第一次计算之前系统会自动提示你。
注意：
在投影平面模式下，当你从坐标系统的数据库中选择了一个投影带的记录，并且他已经附加了大地水准面。
则该记录将成为你的项目文件的一部分，你不必再单独的选择大地水准面
4.1.2投影平面设置
在投影平面设置的界面中从带组中选择一个投影带或者从数据库中选择一个投影场址。
你也可以打开投影键入设置对话框，在弹出的界面中可以输入客户投影平面的参数和基准。
1.在投影界面中选择水平选项，在相应的面板中点击选择地区按钮。
2.点击显示区域，从数据库中选择一个投影带。
点击显示场址单选框。
从数据库中选择一个局部投影平面的场址。
3.如果你选择了一个投影带，则从带组的下拉框中选择一个。
4.从下拉框中选择地图投影带组或者场址。
5.如果你选择了有基准面和大地水准面的投影带。
则相应的参考系和水准面会显示在界面上。
如果你选择UTM投影，则必须在参考系的下拉菜单中进行选择。
6.为当前的项目选择好了投影带或场址之后，点击完成。
注意：
如果你选择的投影带没有参考，在点击完成之后从下拉列表中选择的参考系将自动添加到投影带备份记录中，系统将会提示你为此备粉记录输入文件名。
●使用删除带按钮来删除带组或场址。
你只能删除自己创建的场址。
原始系统数据库中的这些是不能删除的。
注意：
一旦删除了一个投影带，你就不能恢复了。
●点击输入参数按钮打开投影键入设置界面。
用户可以自己设定带类型和参考系类型。
投影键入设置
在投影键入设置界面中创建一个用户的地图投影和用户参考系转换
1.在投影的水平选项中点击选择地区按钮，打开投影平面设置界面
2.在投影平面设置界面中点击输入参数按钮，打开投影键入设置界面
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