GNSS数据采集与处理关键技术设计项目说明书.docx

************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

目 录
1 基本概况 2
2 主要任务 2
3 作业依据 2
4 使用的仪器及物品 2
5 已有起始资料情况 3
6 坐标系统 3
7 GPS控制网的布设 3
7.1 GPS网图形设计及设计原则 3
7.1.1 GPS网图形设计原则 3
7.1.2 GPS网图形设计 3
7.2 GPS网的密度设计 3
7.3 GPS控制网的选点 4
7.4 埋石 5
8 制定观测计划 5
9 静态外业观测 6
9.1 外业基本要求 6
9.2 外业观测记录要求 6
9.3 静态数据传输与备份 7
10 静态数据处理 7
10.1 静态数据处理任务 7
10.2 数据处理的具体事项 7
10.2.1 基线解算及其质量检验 7
10.2.2 GPS网平差 9
11 提交的成果 9
附录 10

GNSS数据采集和处理
技术设计书
1 基础概况
*******大学北校区在****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 关键任务
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/T 18314-；
b.《工程测量规范》 GB 50026-；
c.《全球定位系统城市测量技术规程》 CJJ73-；
d.《测绘结果质量检验和验收》 GB/T 24356-。
4 使用仪器及物品
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
和GPS接收机配套
若干
数据处理软件
中海达HDS
若干
数据传输线
和GPS接收机配套
1根
铅笔
HB
4支

5 已经有起始资料情况
校园内已经有供实习使用GPS控制点，标石保留完好。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：采取北京GTM+8时区时间系统。
7 GPS控制网布设
7.1 GPS网图形设计及设计标准
7.1.1 GPS网图形设计标准
a.GPS网应依据测区实际需要和交通情况，作业时卫星情况，预期达成精度，结果可靠性和工作效率，根据优化设计标准进行。
b.GPS网通常应经过独立观察边组成闭合图形，比如一个或若干个独立观察环，或附合路线形式，以增加检核条件，提升网可靠性。
c.GPS网点和点之间不要求通视，但应考虑常规测量方法加密时应用，每点应有一个以上通视方向。
d.在可能条件下，新布设GPS网应和周围已经有GPS点进行联测；新布设GPS网点应尽可能和地面原有控制网点相联接，联接处重合点数不应少于三个，且分布均匀，方便可靠地确定GPS网和原有网之间转换参数。
e.GPS网点，应利用已经有水准点联测高程。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级网高程联测分别采取三、四等水准测量方法；C至E级网可采取等外水准或和其精度相当方法进行。
7.1.2 GPS网图形设计
a.GPS网网形：三角形网，以下图1所表示：
b.观察作业方法：边连式；
c.平均设站数：2 ；

图1 GPS网网形概略图
7.2 GPS网密度设计
在GPS方案设计时，通常首先依据测量任务书提出GPS网密度和经济指标，再结合规范(工程测量规范)要求并现场踏勘具体确定各点间连接方法，各点设站观察次数、时间长短等布网观察方案。
多种不一样任务要求和服务对象，对GPS点分布要求也不一样。对于通常城市和工程测量布设点密度关键满足测图加密和工程测量需要，平均边长通常在几公里以内。
表2 GPS网中相邻点间距离 (km)
等级
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
闭合环或附合路线边数
≤6
≤8
≤10
≤10
≤10
7.3 GPS控制网选点
a.点位选择应符合技术设计要求，并有利于其它测量手段进行扩展和联测；
b.点位基础应坚实稳定，易于长久保留，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），其距离大于200m并应远离高压输电线其距离不得小于50m；
e.周围不应有强烈干扰接收卫星信号物体或产生多路径效应环境；
f.交通应便于作业；
g.充足利用符合要求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，其埋石情况以下图2所表示：

图2 GPS控制点标石埋设图
1-土面 2-素土 3-贫混凝土
8 制订观察计划
依据实际作业进展情况，立即调整观察计划和调度命令。
表3 GPS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 静态外业观察
9.1 外业基础要求
a．各级测量作业基础技术要求：
表4 各级GPS测量基础技术要求要求
等级
项目
AA
A
B
C
D
E
卫星截止高度角
10
10
15
15
15
15
同时观察有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观察卫星总数
≥20
≥20
≥9
≥6
≥4
≥4
观察时段数
≥10
≥6
≥4
≥2
≥1.6
≥1.6
PDOP值
< 6
< 6
< 6
< 6
< 6
< 6
b．观察组必需严格遵守调度命令，按要求时间同时观察同一组卫星。当没按计划抵达点位时，应立即通知其它各组，并经观察计划编制者同意对时段作必需调整，观察组不得私自更改观察计划。
c．一个时段观察过程中严禁进行以下操作：关闭接收机重新开启；进行自测试（发觉故障除外）；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效等。
d．观察期间作业员不得私自离开测站，并应预防仪器受震动和被移动，要预防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，不应在天线周围使用无线电通讯。当必需使用时，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 外业观察统计要求
a．测站名统计，测站名应符合实际点位；
b．时段号统计，时段号应符合实际观察情况；
c．接收机号统计，应如实反应所用接收机型号；
d．起止时间统计；
e．天线高统计，观察前后量取天线高互差应在限差之内，取平均值作为最终结果，正确至0.001m；
f．测量手簿必需使用铅笔在现场按作业次序完成统计，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 静态数据传输和备份
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．立即将当日观察统计结果录入计算机，并拷贝成一式两份；
b．数据文件备份时，宜以观察日期为目录名，各接收机为子目录名，把对应数据文件存入其子目录下。存放数据文件存放器应制贴标签，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操作指令。
d．数据在备份后，宜经过数据处理软件转换至RINEX通用数据格式，方便和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格式观察文件转化为rinex格式；
b.利用中海达后处理软件HDS汉字版进行基线解算及网平差；
c.结果输出。
10.2 数据处理具体事项
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止果，双差固定解可靠性由以下两项指标来判别，即固定解单位权中误差（Rms）和整周模糊度检验倍率（Ratio），其检验值见表5。依据表5判别时，Rms必需首先符合要求，而Ratio值越大表示固定值越可靠。

b.同时多边形闭合差检验
对于采取同一个数学模型基线解，其同时时段中任一三边同时环坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不宜超出表6要求。
对于采取不一样数学模型基线解，其同时时段中任一三边同时环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。同时时段中多边形同时环，可不反复检核。
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 同时环坐标分量及环线全长相对闭合差要求（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.反复基线边检验
反复基线长度较差不宜超出下式要求：

式中：：为E级GPS控制网要求精度（按实际平均边长计算）。
（4）独立环闭合差检验
不管采取单基线模式或多基线模式解算基线，全部应在整个GPS网中选择独立基线组成独立环，各独立环坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式要求：

式中: n:为闭合环边数
:为E级GPS控制网要求精度（按实际平均边长计算）。

10.2.2 GPS网平差
a.起算数据和坐标系统
首先要了解测区中央子午线经度，起算数据带号，采取坐标系等。中央子午线经度为121°，故采取1980西安坐标系，取中央子午线经度L0＝121°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″。高程系统采取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，应以全部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察信息，以一个点WGS－84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网三维无约束平差。当超限时，可认为该基线或其周围存在粗差基线，应采取软件提供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
在无约束平差确定有效观察量基础上，以起算数据中提供已知点作为强制约束固定值，进行二维约束平差。平差结果就输出各GPS控制点在前述坐标系统中二维平面坐标，基线向量更正数，基线边长、方位和坐标、基线边长、方位精度信息，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一样约束条件，以发觉作为约束已知坐标和GPS网不兼容（即约束平差结果严重扭曲GPS无约束平差结果精度）。
11 提交结果
a.GPS控制网图；
b.平差汇报及结果表；
c.外业观察统计；
d.GPS测量技术设计书；
e.实习汇报。

附录
附录:1：GPS外业观察手簿
工程GPS外业观察手簿
观察者姓名 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
□
统计时间：□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
天线高量取方法略图

测站略图及障碍物情况

观察情况统计
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 统计者： 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
X Y
L B
(略图)

备 注