《GPS在路桥工程中的应用》实验指导书.doc

GPS在路桥工程中的应用
（实验指导书）
夏冬君

哈尔滨工业大学
2009年9月

实验要求

一、做好实验前的准备工作

1．做实验前要认真预习实验指导书，了解本次实验的目的、方法和步骤。
2．了解本次实验的基本原理、基本要求和注意事项。

二、认真做好实验

1．注意听取指导教师对本次实验内容的讲解。
2．以严谨、科学的态度，按实验指导书要求的方法和步骤，认真进行操作。
3．实验教学是教学的重要环节，能够培养和提高学生动手能力。每个学生都要本次实验的全过程。
4．实验过程中应保证仪器设备完好，实验结束后，应及时将仪器设备归还实验室。
5．做好与实验有关的资料及数据的记录和计算工作。

三、填写实验报告

实验报告是实验的概括和总结，通过书写实验报告，加深对实验项目的理解，锻炼学生分析问题和文字表达的能力。因此，要求每个学生独立、认真写好实验报告。
实验报告的基本内容如下：
1．实验名称、实验日期、实验者姓名及同组人员名单；
2．实验用仪器、设备名称和型号；
3．实验目的；
4．实验原理；
5．实验方法及步骤简述；
6．实验数据及精度。

实验一、GPS静态绝对定位

一、实验目的

1．了解GPS静态绝对定位原理；
2．掌握GPS接收机的组成部分；
3．掌握GPS静态绝对定位的方法和实际作业。

二、实验仪器设备

单频、双频GPS接收机，包括主机、天线和脚架等。

三、实验原理

GPS卫星定位原理是利用距离交会的原理确定点的位置。即在地面未知点安置GPS卫星接收机，利用GPS接收机同时测定3颗以上GPS卫星到接收机的距离，根据各卫星的已知空间坐标，解算测站点的坐标。

四、实验步骤

1．安置GPS接收机
（1）GPS接收机安置包括对中和整平等，接收机天线北方向大致指向北方；
（2）按要求用电缆线将天线和主机相连，并检查连接是否正确。
2．开机
按开关键，打开接收机主机。主机完成自检后，正常工作。
3．设置测量参数
（1）点击△选择SURVCONF菜单，长按▽进入SURVCONF菜单，点击△选择REC INT(采样率)输入10s，ELEV MASK(截止高度角)为15°，MODE设为STATIC。长按△返回上级菜单。
（2）点击△选择SURVEY STATIC菜单，长按▽进入SURVEY STATIC菜单，点击△选择SITE输入测站号，ANT输入仪器高。
3~5分钟后，点击△选择STATUS（位置），长按▽进入STATUS（位置）项，查看并记录定位结果：Long：（经度）；Lat：（纬度）；Ht：（椭球高）。点击△查看PDOP值，点击△查看USE#（观测卫星数）。
4．关机
在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。

五、实验要求

1．学生应记录测站号、仪器号、天线高和观测时间等信息；
2．记录该测站的GPS静态绝对定位结果：Long：（经度）；Lat：（纬度）；Ht：（椭球高）。
3．观测期间不能进行关机操作；
4．观测时间内不能改变测站号、天线高、采样率和截止高度角等信息。

实验二、GPS静态相对定位

一、实验目的

1．了解GPS静态相对定位原理；
2．掌握GPS静态相对定位的方法和实际作业。

二、实验仪器设备

单频、双频GPS接收机，包括主机、天线和脚架等。

三、实验原理

GPS静态相对定位原理是利用两台GPS接收机分别安置在待测基线的两端点处，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线两端点在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量。根据已知点的坐标，解算测站点的坐标。

四、实验步骤

1．安置GPS接收机
（1）GPS接收机安置包括对中和整平等，接收机天线北方向大致指向北方；
（2）按要求用电缆线将天线和主机相连，并检查连接是否正确。
2．开机
按开关键，打开接收机主机。主机完成自检后，正常工作。
3．设置测量参数
（1）点击△选择SURVCONF菜单，长按▽进入SURVCONF菜单，点击△选择REC INT(采样率)输入10s，ELEV MASK(截止高度角)为15°，MODE设为STATIC。长按△返回上级菜单。
（2）点击△选择SURVEY STATIC菜单，长按▽进入SURVEY STATIC菜单，点击△选择SITE输入测站号，ANT输入仪器高。
3~5分钟后，点击△选择STATUS（位置），长按▽进入STATUS（位置）项，查看并记录定位结果：Long：（经度）；Lat：（纬度）；Ht：（椭球高）。点击△查看PDOP值，点击△查看USE#（观测卫星数）。
4．关机
在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。

五、实验要求

1．学生应记录测站号、仪器号、天线高和观测时间等信息；
2．记录两个测站的GPS静态相对定位结果：Long：（经度）；Lat：（纬度）；Ht：（椭球高）。
3．观测期间不能进行关机操作；
4．观测时间内不能改变测站号、天线高、采样率和截止高度角等信息。
5．两台或多台GPS接收机应同时、同步观测4颗以上相同的GPS卫星，同步观测时段应在1小时以上。

实验三、GPS快速静态相对定位

一、实验目的

1．了解GPS快速静态相对定位原理；
2．掌握GPS快速静态相对定位的方法和实际作业。

二、实验仪器设备

单频、双频GPS接收机，包括主机、天线和脚架等。

三、实验原理

在测区的中部选择一个基准站，安置一台GPS接收机，连续跟踪所有可见卫星；另一台GPS接收机依次到周围各点流动设站，并静止观测10-15分钟。利用GPS静态相对定位原理确定基准站和流动站在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量。根据基准站的已知点坐标，解算流动站的坐标。

四、实验步骤

1．基准站
（1）选择一已知点，安置基准站GPS接收机，包括对中和整平等，接收机天线北方向大致指向北方；
（2）按要求用电缆线将天线和主机相连，并检查连接是否正确。
（3）打开接收机主机。主机完成自检后，正常工作。
（4）点击△选择SURVCONF菜单，长按▽进入SURVCONF菜单，点击△选择REC INT(采样率)输入10s，ELEV MASK(截止高度角)为15°，MODE设为STATIC。长按△返回上级菜单。
（5）点击△选择SURVEY STATIC菜单，长按▽进入SURVEY STATIC菜单，点击△选择SITE输入测站号，ANT输入仪器高。
（6）在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。
（7）如果采用单频GPS接收机作为基准站，不需要进行（2）-（5）步，但要求记录测站名和天线高。
2．流动站
（1）选择一测站点，安置流动站GPS接收机，包括对中和整平等，接收机天线北方向大致指向北方；
（2）按要求用电缆线将天线和主机相连，并检查连接是否正确。
（3）打开接收机主机。主机完成自检后，正常工作。
（4）点击△选择SURVEY STATIC菜单，长按▽进入SURVEY STATIC菜单，点击△选择SITE输入测站号，ANT输入仪器高。
（5）点击△选择SURVCONF菜单，长按▽进入SURVCONF菜单，点击△选择REC INT(采样率)输入10s，ELEV MASK(截止高度角)为15°，MODE设为STATIC。长按△返回上级菜单。
（6）在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。
（7）如果采用单频GPS接收机作为基准站，不需要进行（2）-（5）步，但要求记录测站名和天线高。

五、实验要求

1．学生应记录测站号、仪器号、天线高和观测时间等信息；
2．记录两个测站的GPS快速静态相对定位结果：Long：（经度）；Lat：（纬度）；Ht：（椭球高）。
3．观测期间不能进行关机操作；
4．观测时间内不能改变测站号、天线高、采样率和截止高度角等信息。
5．用于流动站测量的接收机，在流动站之间移动的过程中，不必保持对所有卫星的连续跟踪，但在观测时应确保有5颗以上卫星可供观测，要求流动站与基准站同步观测时间不少于15分钟。

实验四、GPS-RTK坐标测量

一、实验目的

1．掌握GPS-RTK测量作业的基本原理；
2．掌握基准站、流动站GPS接收机安置过程；
3．掌握RTK手簿的使用方法。
4．掌握GPS-RTK坐标测量方法。

二、实验仪器设备

基准站、流动站GPS接收机，蓄电池、电台及发射天线、RTK手簿。

三、实验原理

实时动态（RTK）测量定位的基本原理是，在基准站上安置一台GPS接收机（基准站接收机），对所有可见GPS卫星进行连续跟踪观测，并通过无线电发射设备，将观测数据实时地发送给流动的接收机（流动站接收机）。流动站接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站发送的同步观测数据，并载波相位为观测值，按相对定位原理，实时地计算并显示流动站的坐标及其精度。

四、实验步骤

1．建立工作项目
RTK手簿上的操作：首先进入Job(工作)功能，选择New，输入文件名，建立一个新的工作项目。
在Job功能下，选择Edit point，用Insert命令依次输入控制点的点号和坐标。
2．基准站设置
RTK手簿上的操作：首先进入Survey(测量)功能，选择Base Setup(基准站设置)，单击Setup(设置)，输入基准站点号Base Point: 、天线高Slant Height: 天线半径Radius: 等，按NEXT>进行下一步，继续设置，按OK结结束设置。
3．流动站设置
在Survey(测量)功能下，选择Rover Setup(流动站设置)。在进行流动站设置时，输入流动站天线真高（True Vertical）2.04 m 。
如果基准站和流动站是用同一RTK手簿设置时，则基准站的大地坐标将显示出来，只要单击SET Rover直接设置流动站；
否则应选择GET from Base从基准站获取基准站大地坐标，再单击SET Rover直接设置流动站。
4．控制点转换
进入Survey(测量)功能，选择Control Points功能，输入控制点点号或从坐标文件中选择控制点点号，然后将流动站天线对中该控制点，并选择Control进行控制点大地坐标采集，当解算精度Solution Quality 为 Solution: Fixed时，按Accept 键保存测量数据。
应选择2~3个控制点，重复上述操作。
在Control Points界面下单击Projection解算转换参数，进入Projection界面，单击Localization Setup…（转换设置）进入Localization Setup…界面，选择平面解算或高程解算，若平面和高程都联测，则两者同时解算。Horizontal、Vertical分别为平面和高程解算选项，可在其下方相应点处单击进行选择，“Yes”为参与解算，“No”为不参与解算。然后单击Solve>(解算)命令进行解算，单击Accept接受转换参数。完成控制点转换工作。
5．坐标测量
进入Survey(测量)功能，选择Data Collection功能，输入点号，然后将流动站天线对中该点，并选择Point采集点的坐标采集。
单击Point采集点的坐标，进入Occupy Data Point界面。屏幕上将显示所测点的坐标数据以及点位精度，当GPS解（Solution）为固定解（Fixed）时，单击Accept命令，接受该点数据，完成第一个点的采集工作。

6．关机
在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。

五、实验要求

1．观测时间内不能改变测站号、天线高、采样率和截止高度角等信息。
2．每个同学应独立测量3-5个点的坐标，记录相应点号、坐标及其精度，以便完成实验报告。

实验五、GPS-RTK施工放样

一、实验目的

1．掌握GPS-RTK测量作业的基本原理；
2．掌握基准站、流动站GPS接收机安置过程；
3．掌握RTK手簿的使用方法；
4．掌握GPS-RTK施工放样方法。

二、实验仪器设备

基准站、流动站GPS接收机，蓄电池、电台及发射天线、RTK手簿。

三、实验原理

实时动态（RTK）测量定位的基本原理是，在基准站上安置一台GPS接收机（基准站接收机），对所有可见GPS卫星进行连续跟踪观测，并通过无线电发射设备，将观测数据实时地发送给流动的接收机（流动站接收机）。流动站接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站发送的同步观测数据，并载波相位为观测值，按相对定位原理，实时地计算并显示流动站的坐标，根据导航图指示找到放样点的位置。

四、实验步骤

1．建立工作项目
RTK手簿上的操作：首先进入Job(工作)功能，选择New，输入文件名，建立一个新的工作项目。
在Job功能下，选择Edit point，用Insert命令依次输入控制点的点号和坐标。
2．基准站设置
RTK手簿上的操作：首先进入Survey(测量)功能，选择Base Setup(基准站设置)，单击Setup(设置)，输入基准站点号Base Point: 、天线高Slant Height: 天线半径Radius: 等，按NEXT>进行下一步，继续设置，按OK结结束设置。
3．流动站设置
在Survey(测量)功能下，选择Rover Setup(流动站设置)。在进行流动站设置时，输入流动站天线真高（True Vertical）2.04 m 。
如果基准站和流动站是用同一RTK手簿设置时，则基准站的大地坐标将显示出来，只要单击SET Rover直接设置流动站；
否则应选择GET from Base从基准站获取基准站大地坐标，再单击SET Rover直接设置流动站。
4．控制点转换
进入Survey(测量)功能，选择Control Points功能，输入控制点点号或从坐标文件中选择控制点点号，然后将流动站天线对中该控制点，并选择Control进行控制点大地坐标采集，当解算精度Solution Quality 为 Solution: Fixed时，按Accept 键保存测量数据。
应选择2~3个控制点，重复上述操作。
在Control Points界面下单击Projection解算转换参数，进入Projection界面，单击Localization Setup…（转换设置）进入Localization Setup…界面，选择平面解算或高程解算，若平面和高程都联测，则两者同时解算。Horizontal、Vertical分别为平面和高程解算选项，可在其下方相应点处单击进行选择，“Yes”为参与解算，“No”为不参与解算。然后单击Solve>(解算)命令进行解算，单击Accept接受转换参数。完成控制点转换工作。
5．施工放样
在主菜单下进入Stakeout（放样功能），选择Stake Points（放样点）界面，输入放样点点号，单击Solve>(解算)按钮，进入Solve>界面，显示放样点信息，并解算出导航数据，将放样点的位置显示在导航图的中央。
通过GPS-RTK方式测量出RTK天线的位置，并显示出当前RTK天线位置与放样点实际位置的偏移量，同时在导航图上显示出RTK天线应移动的方向和距离。当RTK天线位置与放样点的实际位置重合时，即可得到放样点的位置。
6．关机
在测量结束时，应先关闭主机电源，再撤下所有连接电缆。

五、实验要求

（1）观测时间内不能改变测站号、天线高、采样率和截止高度角等信息。
（2）每个同学应独立计算道路中线点的坐标，并输入RTK手簿。
（3）每个同学应独立放样3-5个点。

实验六、静态相对定位数据处理（上机）

一、实验目的

1．掌握GPS数据处理软件的使用方法；
2．掌握GPS静态相对定位数据处理方法；
3．计算测站点的大地坐标、高斯平面直角坐标和地方平面直角坐标。

二、实验仪器设备

1．台式计算机；
2．GPS数据处理软件。

三、实验原理

利用相对定位原理，解算基线向量，经自由网平差，计算测站点的大地坐标，并转换为高斯平面直角坐标和地方平面直角坐标。

四、实验步骤

1．建立工作项目
启动GPS数据处理软件Survey Project Manager，建立一个新项目，定义Coordinate System坐标系统。
2．添加数据
选择Add raw data files from disk从磁盘加入原始数据文件。完成测站号和天线高的修改工作。
3．基线向量解算
单击“RUN”菜单，选择Processing，点击All（或按F5）进行基线向量解算。对于未通过的基线应进行相应处理。
4．自由网平差
运行Run—Adjustment，进行自由网平差计算。检查平差结果，并进行相应调整。
5．坐标系转换
（1）大地坐标转换为高斯平面直角坐标
在Project菜单下选Settings，进入Project Settings对话窗口，选择Coordinate System进行高斯平面直角坐标系和高程系的相应设置，完成大地坐标转换为高斯平面直角坐标的转换工作。
（2）高斯平面直角坐标转换为地方平面直角坐标
在Project菜单下选Settings，进行地方平面直角坐标系定义。选System(坐标系类型)选择Local Grid（地方平面直角坐标系）。计算地方平面直角坐标系转换参数，完成高斯平面直角坐标到地方平面直角坐标的转换工作。

五、实验要求

1．每个同学独立完成实验内容；
2．记录计算结果，用于完成实验报告；
3．记录高斯平面直角坐标到地方平面直角坐标的转换参数，供实验七用。

实验七、快速静态相对定位数据处理（上机）

一、实验目的

1．掌握GPS快速静态相对定位数据处理方法；
2．计算测站点的大地坐标、高斯平面直角坐标和地方平面直角坐标。

二、实验仪器设备

1．台式计算机；
2．GPS数据处理软件。

三、实验原理

利用相对定位原理，解算基线向量，经自由网平差，根据基准站的已知坐标计算流动站的坐标，并转换为高斯平面直角坐标和地方平面直角坐标。

四、实验步骤

1．建立工作项目
启动GPS数据处理软件Survey Project Manager，建立一个新项目，定义Coordinate System坐标系统。
2．添加数据
选择Add raw data files from disk从磁盘加入原始数据文件。完成测站号和天线高的修改工作。
3．基线向量解算
单击“RUN”菜单，选择Processing，点击All（或按F5）进行基线向量解算。对于未通过的基线应进行相应处理。
4．自由网平差
运行Run—Adjustment，进行自由网平差计算。检查平差结果，并进行相应调整。
5．坐标系转换
（1）大地坐标转换为高斯平面直角坐标
在Project菜单下选Settings，进入Project Settings对话窗口，选择Coordinate System进行高斯平面直角坐标系和高程系的相应设置，完成大地坐标转换为高斯平面直角坐标的转换工作。
（2）高斯平面直角坐标转换为地方平面直角坐标
在Project菜单下选Settings，进行地方平面直角坐标系定义。选System(坐标系类型)选择Local Grid（地方平面直角坐标系）。输入地方平面直角坐标系转换参数（实验六结果），完成高斯平面直角坐标到地方平面直角坐标的转换工作。

五、实验要求

1．每个同学独立完成实验内容；
2．记录计算结果，用于完成实验报告。

0万U豆体验卡
卡号：50D890668267e3349e33
密码：686d03401eefba96faba
奖品名称：500万U豆体验卡
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