《GPS在路桥工程中的应用》实验指导书.docx
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《GPS在路桥工程中的应用》实验指导书
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RECINT(采样率)输入10s,ELEVMASK(截止高度角)为15°,MODE设为STATIC。
长按△返回上级菜单。
(2)点击△选择SURVEYSTATIC菜单,长按▽进入SURVEYSTATIC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RECINT(采样率)输入10s,ELEVMASK(截止高度角)为15°,MODE设为STATIC。
长按△返回上级菜单。
(2)点击△选择SURVEYSTATIC菜单,长按▽进入SURVEYSTATIC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RECINT(采样率)输入10s,ELEVMASK(截止高度角)为15°,MODE设为STATIC。
长按△返回上级菜单。
(5)点击△选择SURVEYSTATIC菜单,长按▽进入SURVEYSTATIC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SURVEYSTATIC菜单,长按▽进入SURVEYSTATIC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RECINT(采样率)输入10s,ELEVMASK(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Editpoint,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BaseSetup(基准站设置),单击Setup(设置),输入基准站点号BasePoint:
、天线高SlantHeight:
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RoverSetup(流动站设置)。
在进行流动站设置时,输入流动站天线真高(TrueVertical)2.04m。
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SETRover直接设置流动站;
否则应选择GETfromBase从基准站获取基准站大地坐标,再单击SETRover直接设置流动站。
4.控制点转换
进入Survey(测量)功能,选择ControlPoints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SolutionQuality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ControlPoints界面下单击Projection解算转换参数,进入Projection界面,单击LocalizationSetup…(转换设置)进入LocalizationSetup…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DataCollection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OccupyDataPoint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Editpoint,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BaseSetup(基准站设置),单击Setup(设置),输入基准站点号BasePoint:
、天线高SlantHeight:
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RoverSetup(流动站设置)。
在进行流动站设置时,输入流动站天线真高(TrueVertical)2.04m。
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SETRover直接设置流动站;
否则应选择GETfromBase从基准站获取基准站大地坐标,再单击SETRover直接设置流动站。
4.控制点转换
进入Survey(测量)功能,选择ControlPoints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SolutionQuality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ControlPoints界面下单击Projection解算转换参数,进入Projection界面,单击LocalizationSetup…(转换设置)进入LocalizationSetup…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StakePoints(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SurveyProjectManager,建立一个新项目,定义CoordinateSystem坐标系统。
2.添加数据
选择Addrawdatafilesfromdisk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ProjectSettings对话窗口,选择CoordinateSystem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LocalGrid(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SurveyProjectManager,建立一个新项目,定义CoordinateSystem坐标系统。
2.添加数据
选择Addrawdatafilesfromdisk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ProjectSettings对话窗口,选择CoordinateSystem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LocalGrid(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。
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- GPS在路桥工程中的应用 GPS 工程 中的 应用 实验 指导书
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