GPS静态测量与数字化测图技术总结.doc

GPS静态测量和数字化测图技术总结

班级：测绘12-2班
学号：31218082**
姓名：* *

2015年7月8日
GPS静态数据处理技术总结
一、 测区概述
雁山区位于桂林市南部,全境多石山和丘陵。本次实习测区主要范围为桂林理工大学雁山校区和广西师范大学雁山校区周边，整个测区大致位于东经110°16' 06" - 110°18' 58"，北纬25°03' 05" - 25°07' 35" 之间。测区范围内山区较多，道路复杂，房屋众多，植被虽然较茂密，但是平坦空地也不少，布点位置相对地域开阔，便于进行GPS观测。
二、 技术依据
1、《GPS和数字化测图实习指导书》；
2、《技术设计书》；
3、《全球定位系统城市测量技术规程》 (CJJ 73-1997)；
4、《全球定位系统（GPS）测量规范》(GB/T 18314-2001) 。
三、坐标系的选择
GPS网的无约束平差平面坐标系统选用WGS-84坐标系，3°带高斯克吕格投影，中央子午线精度为111°，测区投影分带为6°带的第19带，3°带的第38带。
四、 起算数据
如下表
站点名
N(m)
中误差_N(mm)
E(m)
中误差_E(mm)
U(m)
中误差_U(mm)
E678
2776039.5890
0.0
426081.4060
0.0
149.1940
0.0
E685
2776808.9180
0.0
429177.8510
0.0
147.9380
0.0
E697
2779036.1340
0.0
428474.2990
0.0
155.6330
0.0
五、仪器设备和软件
GPS控制测量采用南方 GPS接收机和中海达GPS接收机，其静态相对定位精度为：静态基线 ±（5mm +1ppmD）；高程±（10mm+2ppmD）。
这些GPS测量系统配备有星历预报软件、后处理解算软件，完全能满足GPS控制测量数据处理的要求。
南方数据转换软件为南方GPS后处理程序，基线结算及平差软件为中海达HGO数据处理软件，能够基线向量处理、GPS网平差软件、多种GPS数据格式转换等功能，完全能满足GPS控制测量数据处理的要求。

六、 GPS静态测量方案
GPS流程图：

结束
开始

网平差
工具：GPS网平差软件
结果：点坐标、基线转换参数及相关统计信息
选点布网
工具：测区地形图
结果：GPS静态网

数据采集
工具：数据传输软件（功能模块）
结果：记录在接收机中的原始数据

是否完成所有观测和基线解算

数据传输
工具：数据传输软件（功能传输模块）
结果：记录在计算机中的原始数据

基线解算
工具：基线解算软件
结果：GPS极限向量解

格式转换
工具：格式转换软件（功能模块）
结果：标准格式数据

1. 布网方案
GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行GPS的设计和测量时，既不能脱离实际的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。本次GPS网采用网联式布设，充分利用GPS测量的优点，我们第一大组自己布点10个，选取原有已知点中的5个作为已知点，GPS网点数共计15个。可使用接收机12台，分12个小组进行测量，等级为E级。
2. 布设要求
●周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°；
●远离大功率无线电发射源（如电台、电视接收天线、微波塔等），其距离不小于200m，远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；
●附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接受的物体,以减弱多路径效应的影响；
●附近不应有强烈反射卫星信号的物体（如大型建筑物、幕墙玻璃等）：
●地面基础稳定，易于标石的长期保存；
●当利用旧点时，应对旧点的稳定性完好性，以及现标是否安全可用性作一检查，符合要求方可利用；
● 选站时应尽量可能使测站附近的局部环境（地形、地貌、植被等）和周围的大环境保持以减少气象元素的代表性误差；
●GPS网应根据测区实际需要和布网状况进行设计。GPS网的点应有二点以上的点相互通视，有利于常规测量施测时的应用；
●在布网设计中应顾及原有的测绘成果以及各种大比例尺地形图的沿用。
3.观测准备
每个时段观测开始前，要量取天线高，天线安置应符合下列要求：a、用三脚架安置天线时，其对中误差不应大于3mm；b、天线集成体上的圆水准气泡必须居中，没有圆水准气泡的天线，可调整天线基座脚螺旋，使在天线互为120°方向上量取的天线高互差小于3mm则取平均值。关机后再量取一次天线高作为校核，两次天线高互差不得大于3mm，并取平均值记录在手簿中；此外，还应在手簿中写明点号、手绘草图标明点位，并记录开机和关机时间。
4. GPS静态观测
(1)调度安排，确定统一的开机观测时间，保证同步观测同一卫星组；
(2)仪器工作过程中，作业人员对照指示灯工作状况说明，判断仪器是否正常工作。
(3)一个时段观测过程中，不得进行以下操作：关闭接收机，又重新开机;进行自测试;改变卫星高度角;改变数据采样间隔;改变天线位置;
(4)观测院在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器收到震动，防止人或其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。
(5)接收机在观测过程，不应在接收机旁使用手机;雷雨天气过境应关机停测，卸下天下以防雷击。
4.实际观测总时段数
在实际外业观测过程中，使用12台GPS接收机同时在不同的12个点上进行观测2个时段，每个时段120分钟。
5. 点位图

七、 数据处理
1. 数据记录情况
通过对记录数据的检查，包括GPS测量数据和设站记录表，无不合规定数据记录，内业处理所需数据符合数据处理要求。
2. 内业处理准备工作
整个项目的数据已经准备就绪，接下来是准备相关软件的启用，该项目所必需软件为：南方测绘 GPS数据处理软件和中海达HGO数据处理软件。
3. 内业的处理软件的使用
我们的观测数据为南方GPS STH格式数据，数据的主要处理在HGO软件上完成，因此需要将南方的STH格式数据转换成标准的RINEX格式数据。将所有南方STH数据导入到南方测绘 GPS数据处理软件，输入量取天线高和选择量取部位后，天线高的量取位置均为测高片，最后全部数据按RINEX格式成果输出。
其次，将标准格式数据导入HGO并进行基线处理。再处理过程中，只有部分基线不合格。认为观测质量良好。在数据导入过程中，为了提高工作效率，我采用分期导入的方法。
修改基线我主要采用修改卫星残差图的方法进行。卫星高度截止角全部为10°，采样间隔30S，最小历元数10。通过观察，禁用观测时常过短、周跳频繁而且超限的卫星信号。禁用部分卫星观测信号的不好的部分。把所有的基线的粗差处理完之后，进行GPS基线处理。处理完毕之后，打开不合格基线的处理报告，并根据报告中的卫星信号情况对相应的基线进行修改。在所有的基线处理合格之后，把整个数据库的闭合环报告打开，查看是否有失败的闭合环，如果有失败的闭合环，那么根据闭合环报告进行相应的基线处理；如果有同时有２个以上同步环因为某条基线而导致同时不合格，那么首先处理这条基线。本次处理中，发现第一期数据的周跳频繁，故在允许的范围内禁用部分基线，直到数据合格。
基线共有123条，禁用0条。符合标准。
4、 数据处理
　　外业观测后及时输入计算机进行处理，包括数据传输、输入数据、解算基线、打印网图、检验基线闭合差、定义椭球元素、选择坐标系统、定义高斯投影、网平差。根据自动处理基线向量的结果，检查基线向量方差比(Ratio)、中误差(rms)以及天线高等, 方差比≥2.5 ,中误差≤20mm,参和解算的异步环、基线向量均符合要求。
5、外业观测质量的检核
根据《GPS规范》要求, 各级GPS网相邻点基线长度精度用下列公式表示，并按下表规定执行。
级别
固定误差
比例误差系数
AA
≤3
≤0.01
A
≤5
≤0.1
B
≤8
≤1
C
≤10
≤5
D
≤10
≤10
E
≤10
≤20
σ=√(a²+(b.d.10-6)²) 
由完全的独立基线构成的独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式规定：
Wx=3√n×σ;Wy=3√n×σ;Wz=3√n×σ，式中σ为相应级别的规定中误差（按平均边长计算）,n为闭合环边数。
异步环全长闭合差: W≤√（Wx+Wy+Wz）
6、平差计算
全部基线处理成功后，即可进行WGS-84坐标系下的自由网平差及三维约束网平差。
5.4.1 GPSWGS-84坐标系自由网平差
(1)GPS点在WGS-84坐标系坐标平差及精度
实测基线123条，经检查最弱边基线为E6971741.zsd-Y0081741.zsd，边长中误差最大为2.85 mm，边长相对精度为1:506400；GPS点WGS-84坐标的点位中误差最大 Y008 为2.85mm
(2)GPS点WGS-84坐标系大地坐标及其精度如下表：
点号
E666
E678
E685
E696
E697
Y001
Y002
Y003
中误差（mm）
1.2
0
0
1.1
0
1.0
1.1
1.1
点号
Y004
Y005
Y006
Y007
Y008
Y009
Y010

中误差（mm）
1.2
1.5
1.1
1.9
2.0
1.5
1.1

注：WGS-84坐标的点位中误差最小E678、E685、E697为0mm;最大Y008为2.0mm。　　
7、 GPS点80系三维约束平差以E666和E685为平面及高程已知点，在目标系80坐标下进行三维约束平差 。（注：E666和E685点均为国家E级GPS控制点，经校核，点位精度良好。）
经平差得到结果如下:
基线E6971741.zsd-Y0081741.zsd 边长中误差最大为3.61mm，边长相对精度为1:399688 ，远高于规定1/4万的精度。　　GPS点80坐标的点位中误差最大 Y008 为3.62mm。最后进行平差，导出相应的报告。
八、平差处理结果和报告（附）
　　注：《平差处理结果和报告》截取于中海达HGO软件处理数据结束导出的《项目报告》。

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数字化测图技术总结
一、测区概况
测区为桂林理工大学整个雁山校区。测区地物主要对象为教学楼、师生住宿楼、植被、人工湖泊、各类管线，文体设备，以及各类主要附属物，测区熟悉程度高，测量环境良好。
二、 作业依据和已有测绘资料
《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》（GB/T20257.1-2007）
《1:500 1:1000 1:2000地形图数字化规范》（GB/T17160-1997）
《城市测量规范》（CCJ8—1999）
《技术设计书》
《地籍图图式》（CH5003-94）
三、 平面坐标及坐标系的选择
1、 平面坐标系及基准 
测区平均高程150m，中央子午线精度为111°，本次作业的平面坐标系为西安80国家坐标系。
2、 高程基准
本次作业采用1985国家高程基准。
四、作业原理
数字化测图的主要作业过程分为三个步骤：数据采集、数据处理及地形图的数据输出。
本次在实习中测图采用的方法为地面数字测图，外业采用全站仪、GPS RTK进行野外数字采集，内业在计算机上采用CASS软件进行数据处理成图，再进行图形的输出。
五、 仪器设备和软件
图跟点可以直接用RTK布设，碎部点采集可用RTK和全站仪联合进行数据采集，内业数据成图用南方CASS7.0进行地形图编辑成图。其他附属仪器设备还有棱镜杆，三脚架，钢卷尺、白纸等。
六、 数字化测图测量方案
1、图根点的布设及测量
第一天上午在校园内进行一级图根点的布设。一级图根点主要部设在校园主干道周边，并且GPS网络信号良好的地方，以便后期利用GPS RTK测量其具体坐标；一级图根点之间，任意一图根点必须有至少另外一点和其通视。一级图根点布设不到的地方，各小组利用全站仪根据自己测图的实际需要进行二级图根点的布设。下午进行所布设图根点的测量。晚上处理图根点数据，得出图根点坐标。
2、外业测量
碎部测量步骤：1.设站；2.定向 ；3.检核 ；4.碎步点测量。定向即将全站仪架在已知点,将棱镜架在另一已知点，将全站仪对准棱镜，再将已知点输入.检核就是把棱镜架在另一已知点,将全站仪对准它进行测量，如果得出的数据和以有数据的误差在允许的范围内，表明全站仪已经架好，可以进行测量，否则要重新定向。
碎部测量中，为了让我们每一个人都能熟练掌握数字测图过程中的每一步操作，小组的6名成员采用了轮换作业的方法，每一项工作都由小组成员轮流担任，使每人都有练习的机会。我在不同的时段承担分别全站仪测量、记录数据、手工地形图展点、绘制草图、立棱镜的工作。
利用RTK进行数字化测图具有速度快、精度高、操作简便等特点,RTK测量结果经过简单处理即可导入到CASS测图软件中,从而快速地生产出规范的地形图来。RTK测图操作步骤如下：①基准站部分：在测站上安置好主机天线和电台，然后打开主机和电台让其开始工作；②移动站部分：打开主机，轻按电源键打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定的条件后，主机上的ＤＬ指示灯开始１秒钟闪１次（必须在基准站正常发射差分信号的前提下），表明已经收到基准站差分信号；然后开启手簿，启动工程之星软件，启动软件后，软件一般会自动通过蓝牙和主机连通。如果没连通则首先需要进行设置蓝牙。软件在和主机连通后，软件首先会让移动站主机自动去匹配基准站发射时使用的通道。在确保蓝牙连通和收到差分信号后，开始新建工程（工程→新建工程），选择向导， 依次按要求填写或选取工程信息，然后对坐标系进行校正，校正完毕即可进行数据采集。
在测量的过程中，碎部点的取舍和测量至关重要，测点过密，造成成图密集，不该要的要了；测点过少，没有把握地形的基本要素，因此对于碎部点的确定，就注意以下几点：a.根据地形图比例尺确定地物取舍，本次比例次为1:500，所以小于50cm的地物就可以略去不测 b．不规则的地貌应尽量能多测一些点，因为在传统测图中一些细小的变化可通过手工来完成，但计算机的模拟是无法比较真实的反映出这些实际地形的。c．对于程序中规定顺序绘制的图块，如楼梯，广告牌等，最好能按其顺序进行测量。
3、内业处理
数据采集结束后，回到宿舍进行内业成图。编码法：利用外业测量编码进行成图。草图法：在外业无码作业数据采集的基础上，内业利用外业草图，采用南方CASS 7.0软件进行成图。
4、外业的检查及修改
由于我们组部分采用了编码法测图，在成图的过程中有些地物不太确定，就必须进行外业查图及后期的修改。关于内业成图我觉得以下方面是比较重要且概念模糊的，所以我做了个大致的总结：（1）阳台、门顶、廊房等拐角处必须实交。处理方法可将虚线打散；（2）.塘坎，沟坎要和地形的坎区别开，颜色为四号色；（3）.文字注记一定要放在地物如房子、温室、道路中间，大面积文字注记还要注意文字注记的整齐；（4）.植被注记密度1：500为20；（5）.对地物、注记压盖的处理原则上以图面最终清晰能不压盖就不压盖，必要时避重就轻；（6）.注意简单房屋斜线方向，原则是左低右高；（7）.高程点图面编辑：将图面的高程点统一归到一个图层“原始总高程点”，然后从图面的高程点中提取数据，“设置展高程点高为2“重新按照一定的间距展点，并打散高程点注记；并在关键的地方如岔路口、闭合的等高线中间、地形走势变化的地方手工加高程点。
七、技术要求
一级图根点直接利用RTK布设，一级图根点单点测量平面位置误差不大于2.5cm，高程误差不大于5cm。测量时，杆高不低于测量人员身高并尽可能不大于2m，以减小测杆倾斜误差的影响采用控制点测量模式测量，要求两次初始化测量，每次初始化得到固定解后开始记录测量结果，平滑采集120s，两次测量结果较差要求平面坐标≤3cm，高程≤5cm，超限重测。仪器设置HRMS＜3cm,VRMS＜5cm。
数据采集和内业成图时，按照以下要求完成：
（1）居民地的各类建筑物、构筑物及主要附属设施应准确测绘实地外围轮廓和如实反映建筑结构特征；房屋的轮廓应以墙基外角为准，房屋应逐栋表示，并按建筑材料和性质分类，注记层数。
（2）建（构）筑物及其它设施依比例尺表示的，应实测其外部轮廓，并配置符号或按图式规定用依比例尺符号表示；不依比例尺表示的，应准确测定其定位点或定位线，用不依比例尺符号表示。
（3）交通及附属设施的测绘，图上应准确反映陆地道路的类别和等级，附属设施的结构和关系；正确处理道路的相交关系及和其它要素的关系；公路和其它双线道路在图上均应按实宽依比例尺表示；公路、街道按其铺面材料分为水泥、沥青、砾石、条石或石板、硬砖、碎石和土路等，应分别以砼、沥、砾、石、砖、碴、土等注记于图中路面上，铺面材料改变处应用点线分开；跨河或谷地等的桥梁，应实测桥头、桥身和桥墩位置，加注建筑结构。
（4）永久性的电力线、电信线均应准确表示，电杆、铁塔位置应实测。当多种线路在同一杆架上或交叉时，只表示主要的，但应交接清楚。各种线路应做到线类分明，走向连贯。各种电杆均要连线；架空的、地面上的有管堤的管道均应实测，分别用相应符号表示，并注记传输物质的名称。当架空管道直线部分的支架密集时，可适当取舍。
八、遇到的问题和处理的方法
1、外业数据采集所采用的方法及注意事项
a、采用草图法和编码法进行数据采集。外业数据采集，需要注意一定要定向进行检核，否则不得进行数据采集。
b、关于打点的速度，在采用草图法时观测的同学不用输入编码，打点的速度相对来说就不较快，这就要求跑棱镜的同学要以百分之百的精力来跑。反之采用编码法时，跑棱镜的同学速度快了，观测的同学也要进行快速的输入编码和修改。
c、图根点的处测不到的地物，需要进行指点。支点的位置一定要选择好，尽量一次能够打完。没个图根点指点次数不得超过三次。
d、关于跑棱镜的方法。跑到拿测到哪，这样才能快速而不容易漏测，因为有编码及草图，不用担心地物衔接不顺畅和画不出图的问题、
e、自由站的运用。当把所有数据采集完了之后内业成图，发现某些地物少测了，就得补测回来。这些地物离图根点较远的时候，就可以适当的采用自由设站的方法来测量。最少以三个明显及准确的地物点进行为基础，这样才能保证补测的准确性。
2、内业成图的方法及注意的问题。
草图法：展点按照草图一步步画即可，成图容易但是作业过程比较慢。
编码法：展高程点及代码，不展点号，进行编码识别，再由代码将地物画出来。方法较快，但需要一定的记忆，需要进行后期的查图及修改。
成图时需注意的问题：
a、每天建立新的文件夹，把当天的数据放入当天的文件夹，成图时也应该在原图的基础上另存在当天的文件夹进行图形处理，这样才能避免图形错乱等问题。
b、画图时尽量不用对象捕捉，尽量使用快捷键命令来画图，以避免出现点不相接，节点不对的问题。
c、图块的清理，当展点的数据多了，必然会出现多余的数据在图面上，导致图形不能缩放，这就需要进行图块的清理及多余图块的剪切，才能保证图块的干净。
d、需注意一些转弯的弧段需要画弧来表示，及陡坎的高度和方向、地类界的区分、线段的合并、地类，文字的注记、房屋飘楼阳台的表示等。
e、高程点的取舍。画好图之后还要进行高程点的删减，简便的方法是把其他图层锁定，再进行批量的删减高程点，这样就不会出现在删高程点时将其他地物删掉的错误了。
4. 误差来源分析及处理办法
在对数据的检查和矫正的过程中，明白了各种测量误差的来源，其主要有三个方面：仪器误差（仪器本身所决定，属客观误差来源）、观测误差（由于人员的技术水平而造成，属于主观误差来源）、外界影响误差（受到如温度、大气折射等外界因素的影响而这些因素又时时处于变动中而难以控制，属于可变动误差来源）。了解了如何避免测量结果错误，最大限度的减少测量误差的方法，即要作到：（1）在仪器选择上要选择调试合格的仪器。（2）提高自身的测量水平，降低误差限度。（3）通过各种处理数据的数学方法如：距离测量中的温度改正、尺长改正，多次测量取平均值等来减少误差。除了熟悉了仪器的使用和明白了误差的来源和减少措施，还应掌握一套科学的测量方法，在测量中要遵循一定的测量原则，如：“从整体到局部”、“先控制后碎部”、“由高级到低级”的工作原则，并做到“步步有检核”。这样做不但可以防止误差的积累，及时发现错误，更可以提高测量的效率。
九、电子版地形图dwg文件和野外数据点dat格式文件另附