《GPS原理与应用》实验指导书.docx
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《GPS原理与应用》实验指导书
《工程测量与GPS》课程实验指导书
目录
实验一GPS动态定位实验1
实验二GPS静态基线处理及网平差20
实验一GPS动态定位实验
一、实验名称:
GPS动态定位实验
二、实验目的:
掌握RTK及手持GPS接收机动态测量方法。
三、实验设备:
所有实验设备:
中海达V8corsRTK接收机1+5台套,三角架2个,电台1个,电台天线1根,电台多用途电缆1根,蓄电池1个,RTK对中杆5根,电子手簿5个;手持GPS接收机6台。
四、实验内容与要求
1、熟悉中海达V8corsRTK的安装、定位软件使用及坐标转换参数的解算流程,每个同学均用RTK测量2个点,放样2个点位;
2、熟悉手持GPS接收机的设置及使用方法,每个同学均用手持机测量第1步中相同的2个点的坐标;
3、按物理实验报告格式,每位同学独立编写并提交一份实验报告。
五、实验原理与方法:
1、RTK的定位原理
基准站将自身已知坐标、伪距观测值、相位观测值通过数据链(电台或GSM、CDMA/GPRS网络或internat网络)发送给流动站,在流动站上将两站的载波相位组成双差观测值,首先固定整周模糊度(初始化),之后可实现cm级精度的实时动态定位。
电台模式
网络通讯模式
2、手持导航型GPS定位原理
采用单频伪距单点定位或采用广域差分定位,单点定位精度5~10m,广域差分定位精度1~3m。
3、RTK设备功能使用介绍
接收机开机后,GPS工作模式不对时,应设置其工作模式。
V8RTK具有静态、RTK等功能,事先必须对其主机作相应的基准站、移动站、静态或GPRS设置。
作静态使用,则所有主机均设为静态方式。
作RTK使用,若用常规UHF电台,则基站设为外挂UHF电台基站方式,移动站设为内置UHF电台移动站方式;若用GPRS通讯,则基站设为内置GPRS基站方式,移动站设为内置GPRS移动站方式。
特性:
主机一旦设置好后,以后开机则默认为上次设置。
仪器的控制面板的按键操作:
主机控制面板有按键两个:
F键(功能键)和电源键,
指示灯3个,分别为电源、卫星、状态。
控制面板功能键操作说明:
1)双击F(间隔>0.2S,小于1S),进入“工作方式”设置,有“基站”、“移动站”、“静态”三种工作模式选择。
2)长按F大于3秒进入“数据链设置”,有“UHF”、“内置网络”、“外挂”三种数据链模式选择。
3)按一次F键,进入“UHF电台频道”设置。
有0~9、A~F共16个频道可选。
4)轻按关机按钮,语音提示当前工作模式、数据链方式和电台频道,同时电源灯指示电池电量。
指示灯操作说明:
1)电源灯(红色):
“常亮”(正常电压)内电池>7.2V,外电>11V“慢闪”(欠压)内电池≤7.2V,外电≤11V“快闪”(指示电量)每分钟快闪1~4下指示电量
2)卫星灯(绿色):
“慢闪”:
搜星或卫星失锁“常亮”:
卫星锁定
3)状态灯(红绿双色灯):
绿灯:
(信号灯)
内置UHF移动站时指示电台信号强度
外挂UHF基准站时常灭
内置网络时指示登陆(慢闪),连接上(常亮)
静态时发生错误(快闪)
其他状态常灭
红灯:
(数据灯)
数据链收发数据指示(移动站只提示接收,基站只提示发射)
静态采集指示
手薄操作的硬复位:
Ctrl+Esc同时按3秒自动重启。
软复位:
Ctrl+SFT同时按3秒自动重启。
4、RTK操作流程
如果不采用CORS网络基准站,需自己架设基准站,则需要操作下述1)、2)、3)。
如采用CORS基准站,则直接从4)开始,设置流动站。
1)架设基准站
基准站对中、整平,连接好GPS及电台,开机,用接收机的功能按钮“F”键设置好接收机的工作模式(选择“基准站”)和数据链(“外挂”为使用外部电台,还需在电台选择设置频道,“内置网络”为使用移动或联通无线网络,需要用电子手簿进行设置)。
2)基准站的蓝牙连接
(1)Hi-RTK软件中项目建立
将其中一个流动站的电子手簿的“Hi—RTKRoad”软件开启。
在“项目”建立或打开一个项目,进入“坐标系统”,设置“椭球”及“投影”参数。
在【项目信息】界面,点击屏幕左上角的【项目信息】,选择下拉菜单的【坐标系统】,
进入【坐标系统】界面,在【椭球】标签页下,【源椭球】选择【WGS84】,【目标椭球】选择【北京54】或【国家80】,
设置完成后,点击【投影】标签页,对投影参数进行设置,【投影方法】选择【高斯三度带】、【高斯六度带】或【高斯自定义】,在【中央子午线】后面输入当地的【中央子午线】。
此处需要注意,不要改变数据的格式,直接在原来的基础上改动即可。
设置完成后点击【椭球转换】标签页,【转换模型】选择【布尔莎七参数】,然后将我们已有的参数输入到相应的地方(没有则不熟入),输入完毕后点击右上角的【保存】,将设置好的坐标系统保存起来。
点击右上角的【╳】关闭坐标系统,返回【项目信息】界面,点击右上角的【╳】关闭项目信息,返回主页面。
(2)基准站蓝牙连接
在程序主页面选择【GPS】,进入如图的【接收机信息】页面,
点击右下角的【连接GPS】,进入【GPS连接设置】页面,【手簿】选择【Qseries/GIS+】,【连接】选择【Q系列/GIS+蓝牙】,【端口】选择【3】,【波特率】选择【19200】,【GPS类型】选择【V8】,设置完成后,点击【连接】进入【蓝牙搜索】页面,
在【蓝牙搜索】界面,点击【搜索】,进行蓝牙设备的搜索,当搜索到我们需要连接的仪器的仪器号后,点击【停止】,选择相应的仪器号,点击【连接】,手簿会自动进行蓝牙连接。
如果连接成功会在接收机信息窗口显示连接GPS的机号。
蓝牙连接注意事项:
a.手簿与GPS主机距离最好在10m内;
b.选择串口连接时,周围30m内无第三个蓝牙设备开启(包括同类手簿、GPS主机都不能打开);
c.如果连接不上,请重新启动接收机,或手簿程序。
3)基准站设置
蓝牙连接成功后,进入设置“基准站”,设置基准站的坐标、数据链、天线高等信息,如果为已知点,可将基准站的当地已知坐标输入,如为未知点,则采用伪距单点定位坐标设置。
基准站设置好后,电台收发灯和基站主机信号灯开始闪烁且手簿左下角解类型为“固定坐标”,且没有任何提示。
(1)基准站的坐标设置
如果基准站位置未知,则设定基准站的坐标为WGS-84坐标系下的经纬度坐标(注:
基准站坐标中的H是椭球高,由于主板需要的是其内部模型下的水准高,所以我们需要先获得其水准模型在该位置处的高程异常值,这也就要求我们设置基准站的时候需要GPS为可测量状态)。
一般在架设基准站,我们也可以通过【平滑】进行采集,获得一个相对准确的WGS-84坐标进行设站(注:
任意位置设站,不意味着任意输入坐标,务必进行平滑多次后进行设站,平滑次数越多,可靠度也越高)。
如果基准站架设在已知点上,也可以通过输入已知点的当地平面坐标,按【应用到BLH】转换成WGS-84经纬度坐标(注:
这种做法只适用于BJ-54,GJ-80等国家坐标系,或已经知道对WGS-84转换参数的地方坐标系),当地坐标可通过点击右端【点库】按钮从点库中获取。
【平滑】:
即单点定位求平均数,平滑次数默认为10次。
【应用到BLH】:
平面坐标和经纬度坐标之间转换。
【计算三参数】:
用于计算当地坐标和WGS-84坐标之间的三参数,只有进行过平滑采集按钮才可用,使用时,在XYH处输入已知点的平面坐标,点击【平滑】按钮,然后点击【计算三参数】按钮,就可以求出当地坐标和WGS-84之间的转换关系。
【点库】:
用于提取坐标库中的点到当前界面(所有点库按钮功能类似)。
【基准站点名】:
根据当前日期时间自动生成,格式为(Base-日期时间),时间精确到秒。
【停止】:
点击平滑,软件会自动开始平滑,可手动点击【停止】,终止平滑,停止前端显示为已平滑次数,平滑完后按钮会切换成【开始】。
(2)数据链设置
用于设置基准站和移动站之间的通讯模式及参数,包括“内置电台”、“内置网络”、“外部数据连”,其中“内置网络”又包括“GPRS”、“GSM”、“CDMA”,我们常用电台,GPRS进行与移动站的通讯,基准站使用内置网络功能时数据链选择内置网络,点击右端网络模式选择菜单选择网络类型(GPRS,CDMA,GSM其中一种)。
“运营商”:
用GPRS时输入“CMNET”,用CDMA时输入“card,card”。
“服务器IP”:
手工输入服务器IP,端口号,也可以从“文件”提取,弹出右下图,可以从列表中选取所需要的服务器(注:
中海达网络服务器地址为202.96.185.34端口号9000)。
“分组号和小组号”:
分别为7位数和3位数,小组号要求小于255,基准站和移动站需要设成一致才能正常工作。
基准站使用内置电台功能时:
只需设置数据链为内置电台、设置频道;
基准站使用外部数据链功能时:
可接外挂电台,电台开机后,直接在电台的面板上选取频道,流动站的电台频道需与基准站一致。
内置电台外部数据链
(3)基准站其它设置
设定差分模式与差分电文格式、GPS截止角、天线高等参数,流动站的差分模式与差分电文格式需与基准站一致。
差分模式:
包括RTK、RTD、RT20,默认为RTK,RTD表示码差分,RT20为单频RTK;
电文格式:
包括RTCA、RTCM(2.X)、RTCM(3.0)、CMR、NovAtel,默认为RTCA;中海达RTK自设基准站时支持RTCA,CMR格式,连接VRS时支持所有上述格式;
GPS截止角:
表示GPS接收卫星的截止角,可在5至20度之间调节,建议选择10度。
【天线高】:
点击天线高按钮可设置基准站的天线类型、天线高(注:
一般情况下所量天线高为斜高,强制对中时可能用到垂直高,千万别忘记输入);
【确定】:
一般所有基准站参数设置完成后点击【确定】,软件会弹出对话框提示设置成功或设置失败,如果设置成功,检查基准站主机是否正常发送差分信号,如果失败,重复点击几次,检查参数是否设置错误。
4)流动站设置
在电子手簿开启“Hi—RTKRoad”软件,新建或打开项目后,蓝牙连接上流动站后,开始设置流动站。
(1)采用中南大学单基准站模式
采用中南大学单基准站时,其流动站的数据链设置与与内置网络方式一样。
其流动站设置如下:
数据链:
内置网络
运营商:
CMNET
服务器IP:
202.197.58.201
端口:
6047
网络:
ZHD
分组号:
0731002
小组号:
2
差分电文格式:
CMR
选择“发送GGA”和“启用Glonass”
流动站设置成功后,会提示连接到了CORS站服务器,流动站卫星锁定后就能得到固定解。
(2)使用CORS系统(网络RTK)
连接CORS:
网络选择CORS,输入CORS的IP,端口号,(如左下图),也可以点击【文件】提取,点击右边的【设置】按钮,弹出“CORS连接参数”界面,点击【节点】可获取CORS源列表,选择“源列表”,输入“用户名”、“密码”,测试是指测试是否能接收到CORS信号,如果接收到数据,点击右上交【√】,点击【其它】,选择差分电文格式,当连接CORS网络时,需要将移动站位置报告给计算主机,以进行插值获得差分数据,若正在使用此类网络,应该根据需要,选择“发送GGA”,后面选择发送间隔,时间一般默认为“1”秒。
设置CORS设置CORS参数
附:
全国常用CORS,格式为:
CORS名称:
运营商名称:
IP:
端口
中海达:
CMNET:
202.96.185.34:
9000
北京:
CMNET:
219.237.206.152:
2102
成都:
CMNET:
218.89.201.169:
7777
重庆:
CMNET:
61.128.195.49:
950
东莞:
CMNET:
220.163.82.86:
9000
福建:
CMNET:
218.66.36.216.152:
8080
贵阳:
card,card:
222.54.3.237:
6666
广州:
GZPIDW.GD:
10.88.2.3:
2102
广东省厅:
CMNET:
59.41.181.34:
2101
杭州:
CMNET:
122.224.128.59:
60886
江苏[外网]:
CMNET:
58.213.159.132:
48665
江苏[内网]:
jschgcy.js:
10.142.138.90:
48667
南京:
CMNET:
218.94.36.185:
16571
南宁:
CMNET:
124.227.12.20:
9527
青岛:
CMNET:
202.136.58.87:
9000
上海1:
CMNET:
202.136.208.106:
9901
上海2:
CMNET:
211.144.102.90:
9901
深圳:
CMNET:
61.144.225.215:
8080
苏州:
card,card:
218.104.34.10:
6009
天津:
CMNET:
202.99.107.125:
9800
武汉城市勘测设计院:
CMNET:
192.168.220.20:
9900
(3)自设基准站,流动站采用电台模式时的设置
设置移动站主要设定移动站的工作参数,包括移动站数据链等参数,移动站的设置与基准站设置的类似,只是输入的信息不同。
移动站数据链
用于设置移动站和基准站之间的通讯模式及参数,包括“内置电台”、“内置网络”、“外部数据链”其中内置网络又包括“GPRS”、“GSM”、“CDMA”,我们常用“电台”、“GPRS无线网络”进行与移动站的通讯。
移动站使用内置网络功能时:
数据链选择内置网络,点击右端网络模式选择菜单选择网络类型(GPRS、CDMA、GSM其中一种)。
“运营商”:
用GPRS时输入“CMNET”,用CDMA时输入“card,card”。
“服务器IP”:
手工输入服务器IP,端口号,也可以点击【文件】提取,弹出右下图,可以从列表中选取所需要的服务器(注:
中海达网络服务器地址为202.96.185.34端口号9000)。
“分组号和小组号”:
分别为7位数和3位数,小组号要求小于255,基准站和移动站需要设成一致才能正常工作。
网络:
包括ZHD和CORS,如果使用中海达服务器时,使用ZHD,接入CORS网络时,选择CORS。
内置网络服务器地址
内置电台:
只需设置数据链为内置电台,修改电台频道,电台频道必须和基准站的电台频道一致。
外部数据链:
可接进行直通模式试验(具体说明请参照右下图说明)。
内置电台外部数据链
移动站其它选项:
设定差分模式、差分电文格式、GPS截止角、天线高等参数。
差分模式:
包括RTK、RTD、RT20,默认为RTK,RTD表示码差分,RT20为单频RTK差分;
电文格式:
包括RTCA、RTCM(2.X)、RTCM(3.0)、CMR、NovAtel,默认为RTCA。
中海达RTK自架基准站时支持RTCA,CMR格式,连接CORS时支持所有上述格式,移动站的差分格式与自设基站的差分电文格式一定要一致。
;
GPS截止角:
表示GPS接收卫星的截止角,可在5至20度之间调节;
天线高:
点击天线高按钮可设置基准站的天线类型、天线高(注:
一般情况下所量天线高为斜高,强制对中时可能用到垂直高,千万别忘记输入);
发送GGA:
当连接CORS网络时,需要将移动站位置报告给计算主机,以进行插值获得差分数据,若正在使用此类网络,应该根据需要,选择“发送GGA”,后面选择发送间隔,时间一般默认为“1”秒。
确定:
一般等所有基准站参数设置完成后点击,点击完会弹出提示框,如果设置成功,检查移动站主机是否正常接收差分信号,如果失败,重复点击几次,检查参数是否设置错误。
5)坐标转换参数求解和设置
测量之前,进行“参数”设置,求解测量转换参数并设置,成功后开始测量。
(1)添加控制点
选择【查看】→【坐标库】→【控制点坐标库】,进入控制点库,进行控制点标的添加、删除、编辑和查找。
此步是为以后求转换参数作准备。
选择【添加】按钮:
添加一个控制点,弹出【编辑控制点】对话框,输入控制点点名,选择点类型和查看格式(格式为当地XYH),输入坐标。
求转换参数必须均匀分布在测区范围的两个或两个以上的已知点。
控制点越多,所求得的转换参数可运用的范围越大。
如果有控制点的当地坐标和WGS-84坐标两套,可直接输入后,进入(4)求解坐标转换参数和高程拟合参数。
注意:
控制点即为已知点,而已知点不管为何种坐标系统,在添加控制点的对话框中“类型”和“查看格式”都选择“当地XYH”。
(2)采集控制点WGS-84坐标
保证坐标转换参数及高程拟合参数均未输入的情况(平面转换、高程拟合前面的框中未打√,表示未启用),采集的坐标为WGS-84坐标。
在控制点上把仪器对中,用触笔选择手簿左下角坐标显示区(解类型必须为固定解(窄带))或者按手簿的【SP】键会采集当前点坐标,在“设置记录点属性”对话框内输入点名、天线高后按回车键即可保存当前坐标。
当需要参与求解参数的控制点有多个时每个都要采集。
(3)坐标关联
坐标关联使添加在控制点坐标库的已知坐标和采集的控制点WGS-84坐标一一对应。
选择选择【查看】→【7、坐标库】→【3、记录点坐标库】选择一个已保存的控制点,点击【编辑3】在“编辑记录点”对话框内在“控制点”前的框内打“√”,开启控制点开关然后点击在控制点和详细的中间的小三角符号处,选择与之对应的控制点点号后点击OK。
用相同的方法关联其他坐标。
(4)求转换参数和高程拟合
点击【辅助】→【1计算】→【3转换参数】,在“求解转换参数”对话框内右上角选择【文件7】→【1提取当前记录】,坐标提取后点击【解算2】(参数算完后其比例应在0.97~1.03之间)→【应用】。
再选择【文件7】→【5添加到水准点库】→【OK】→【YES】→【解算2】→【YES】→【ok】→【应用4】。
(5)坐标转换参数设置与查看
选择【设置】→【1参数】查看“平面转换”和“高程拟合”前面都打“√”说明两个参数都启用了。
如没有启用再打开“平面转换”和“高程拟合”在启用前的方框内打“√”即可。
6)碎部点测量及放样
返回程序主页面后,在程序主页面选择【测量】,进入【碎部测量】页面。
当此页面上方的【单点】变为【固定】时,我们即可进行碎部点采集,碎部点采集可以按【F2】键或是屏幕中间的小旗图标,进入【记录点信息】页面,我们可以进行相应的点位信息的修改,点击【√】或【回车】将采集的数据保存到记录点库中,可点击屏幕左下角的
碎部点库按钮,查看所采集的记录点坐标。
在【碎部测量】页面,点击【碎部测量】选择【点放样】,弹出界面(如左下图),点击左下角
(表示放样下一点),弹出右下图,输入放样点的坐标或点击【点库】从坐标库取点进行放样。
7)RTK测量成果导出
可以用成果导出功能转换数据文件格式及存储位置。
在【碎部测量】页面点击屏幕左下角的
碎部点库按钮,进入碎部点库,点击
进入【导出记录点库】页面,将碎部数据导出。
手簿和桌面电脑连接,需要手簿和电脑上都安装微软提供的同步程序----MicrosoftActiveSync。
手簿出厂时已默认安装了ActiveSync,电脑端,请自行安装MicrosoftActivesync软件4.1版及4.1以上版本。
将手簿与电脑用通讯电缆连接,选择USB方式通讯。
手簿主程序安装目录:
我的设备\NandFlash\Hi-RTK,数据导出目录为:
\NandFlash\project\Road。
也可以将记录点库的数据转换后的数据文件存储到手簿的SD卡上,将电子手簿中的SD闪卡取出,插入电脑从相应目录中拷贝数据文件。
8)手持GPS接收机的使用
换一个区域进行定位或新使用时,需重新设置手持GPS接收机,主要是进行单位、投影参数设置及坐标转换参数设置,然后才能进行定位。
(1)参数设置
对距离、里程、经纬度、角度等的单位进行设置,距离为“m”,里程“km”,经纬度和角度单位为“度分秒”。
投影参数设置:
选择UTM投影的自定义方式,中央子午线经度,标准纬度(一般为0),投影比例为1,东西偏移为500000,南北偏移为0。
坐标转换参数:
三个平移参数DX、DY、DZ,椭球差异DA、DF。
对于长沙地区,WGS-84坐标系与54北京坐标系的转换参数:
DA=-108,DF=+0.00000050,
DX、DY、DZ参考值为:
-9.2、-122.3、-59.7。
(2)使用流程
开机—搜索锁定卫星—定位或导航—下载定位=数据
六、注意事项
实验过程中,要注意仪器安全和人身安全。
另外,V8CORS系统在使用中可能会出现一些问题,下面将中海达仪器常见问题解决方法罗列如下:
1、手簿与主机连接不上
A串口设置可能不对,选择【设置】→【选项】→【串口设置】,将端口改为com1,连接方式选择新蓝牙V1.1(或其他正确的蓝牙名称)在连接。
B接收机的工作模式在静态模式时连不上,只有在基站、移动站时才能建立连接
C手簿蓝牙可能关闭,打开手薄蓝牙,重新再连接
D以上原因都不是时把手簿和接收机主机重启再试
2、采用电台作为数据链时,移动站接收不到差分信号
A.检查移动站的工作模式是否正确,应该为“UHF移动站”
B.移动站主机电台频道或者差分电文格式与基站不一致,确认基站频道后并修改移动站电台频道
C.仪器注册码到期
3、移动站和手簿连接时解类型一直显示为伪距解
A.基站附近可能有强烈的干扰源,换地方架设基站
B.接收机收的卫星不够,信噪比达不到要求
C.可以试试【辅助】→【其他】→【恢复V8波特率】
4、9500手簿和电脑通讯时连接不上
打开手簿电源选择右上角【Start】→【Programs】→【ActiveSync】,选择右下角【Menu】→【Connentions】→【OK】在电脑上的连接程序里打开【连接设置】在“允许连接到以下其中一个端口”前打“√”在进行连接。
实验二GPS静态基线处理及网平差
一、实验名称:
GPS静态基线处理及网平差
二、实验目的:
掌握用HDS2003商用软件进行GPS静态基线处理及网平差方法。
三、实验设备:
每人计算机一台,HDS2003软件一套。
四、实验内容与要求
1、熟悉中海达HDS2003商用软件的使用;
2、对实际工程案例数据,使用HDS2003软件进行基线处理及网平差。
3、按物理实验报告格式,每位同学独立编写并提交一份实验报告。
五、实验原理与方法:
1、软件的功能
基线处理、网平差以及坐标转换。
2、数据处理流程
1)建立项目运行HDS2003软件后,点击【项目】—>【新建】,输入项目名称,确认后,进入项目属性设置,设置自动禁用基线的阈值,选择依据的规范及控制网等级。
确定后会在指定保存位置生产项目名称为名字的文件夹。
2)导入观测数据将观测数据放在项目目录的RINEX文件夹内,【项目】—>【导入】,选择观测文件的类型,选择数据文件的路径后,全选文件,确定后即可导入。
3)检查天线高度
根据野外原始记录,在文件选项卡的列表模式检查导入的观测文件的天线高是否正确。
4)静态处理设置
设置静态基线解算的采样间隔、高度截止角,对流层、电离层改正模型及所使用的观测值及模糊度分解方法。
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