外业观测操作手册.doc

1、1. 外业观测操作手册1. 1.1 静态观测方法我们在 GPS 相对静态测量的一章中已经详细地介绍了 GPS 静态测量的过程，其中选点与埋石、外业观测这两部分为具体的野外观测，这就是我们现在要介绍的主要内容。在野外观测之前，还介绍了如何制定观测计划。1. 1.1.1 选点和埋石1. 一、选点选点即观测站位置的选择。在 GPS 测量中并不要求观测站之间相互通视，网的图形选择也比较灵活，因此选点比经典控制测量简便得多。但为了保证观测工作的顺利进行和可靠地保持测量结果，用户注意使观测站位置具有以下的条件： 确保 GPS 接收机上方的天空开阔 GPS 测量主要利用接收机所接收到的卫星信号，而且接收机上

2、空越开阔，则观测到的卫星数目越多。一般应该保证接收机所在平面 15以上的范围内没有建筑物或者大树的遮挡。 周围没有反射面，如大面积的水域，或对电磁波反射（或吸收）强烈的物体（如玻璃墙，树木等），不致引起多路径效应。 远离强电磁场的干扰。GPS 接收机接收卫星广播的微波信号，微波信号都会受到电磁场的影响而产生噪声，降低信噪比，影响观测成果。所以 GPS 控制点最好离开高压线、微波站或者产生强电磁干扰的场所。邻近不应有强电磁辐射源，如无线电台、电视发射天线、高压输电线等，以免干扰 GPS 卫星信号。通常，在测站周围约 200m 的范围内不能有大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等）；在 50

3、m 内不能有高压输电线和微波无线电信号传递通道。 观测站最好选在交通便利的地方以利于其它测量手段联测和扩展； 地面基础稳固，易于点的保存。注意：用户如果在树木、觇标等对电磁波传播影响较大的物体下设观测站，当接收机工作时，接收的卫星信号将产生畸变，这样即使采集时各项指标，如观测卫星数、DOP 值等都较好，但观测数据质量很差。建议用户可根据需要在 GPS 点大约 300 米附近建立与其通视的方位点，以便在必要时采用常规经典的测量方法进行联测。在点位选好后，在对点位进行编号时必须注意点位编号的合理性，在野外采集时输入的观测站名由四个任意输入的字符组成，为了在测后处理时方便及准确，必须不使点号重复。建

4、议用户在编号时尽量采用阿拉伯数字按顺序编号。2. 二、埋石在 GPS 测量中，网点一般应设置具有中心标志的标石，以精确标志点位。具体标石类型及其适用级别可参照全球定位系统（GPS）测量规范 。各种类型的标石应设有中心标志。基岩和基本标石的中心标志应用铜或不锈钢制作。普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。标志中心应刻有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色金属（不锈钢或铜）制作的直径小于 0.5mm 的中心点。并应在标志表面制有“GPS”及施测单位名称。2. 1.1.2 制定观测计划在施测前，建议用户根据网的布设方案、规模的大小、精度要求、GPS 卫星星座、参与作业的 GPS 数量以及后勤保障

5、条件（交通、通信）等，制定观测计划。1. 一、确定工作量用户根据网的精度要求、接收机数目，顾及效率及网的精度、可靠性而确定工作量。具体方法可参考有关规范。这里仅强调一下观测时段、时段长度（同步观测时间）与基线长度等的关系。为了在后处理中能取得符合精度的成果，必须保证接收机的一定同步观测时间，其长短取决于众多的因素：如基线长度、观测卫星的数目、卫星的空间位置精度因子（PDOP）及大气层（主要指电离层）状况。如果用户在 4 颗以上的卫星且 PDOP 值小于 4.0 的情况下进行观测，那么所需的观测时间将主要取决于基线的长度及电离层扰动。电离层的扰动是随时间及点位的位置而变化的。由于电离层的扰动在夜

6、间要小得多，因此夜间的观测时间通常可以减小一半，或者测程增加一倍。所以，夜间将有利于 10km 以上的长基线测量。但是，除非有特别的限制条件，否则要规定精确的观测时间是不客观的。下面仅就一般情况下同步观测的时段数及时段的长度必须满足的要求提供一个参考值：表 5-1项 目级 别卫星高度角( )观测时段数 基线平均距离(km)时段长度*(min) 15 2 1015 60120 15 1.6 510 50100 15 1.6 0.25 4080当采用边连接方式可以用下式估算所需时段总数（ ）：为接收机的数目；为 GPS 网的点数；为相对定位的观测时段数。值得注意的是大多数情形下，只需对基线向量观测

7、一个时段。2. 二、采用分区观测若 GPS 网的点数较多，而参与同步观测时段的静态 GPS 接收机数目有限时，建议分区进行观测。但必须在相邻分区设置公共点，且公共点的数量一般不得少于 3 个。当相邻分区的公共点点数过少，将使网形强度变差，从而影响网的精度，而增加公共点数则又会延缓测量工作的进程，这一点请用户根据网的要求慎重考虑。在一个观测分区内，用户还可根据参加作业的接收机数量，分成若干个同步观测的子区（每个子区必须有两台以上的接收机），这样整个测区就很容易进行作业管理，从而有利于作业效率的提高。3. 三、选择观测时段在 GPS 测量中，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度可取空间位置精度

8、因子（PDOP）来表示。无论是绝对定位或相对定位，其值均不应超过一定的要求。对应各精度等级，PDOP 值应不超过下表所列限值。表 5-2级 别 PDOP 4 6 6注：为了保证观测的质量，实际上 PDOP 一般在 4.0 以下才采集数据。4. 四、确定观测进程及调度最佳观测时间确定后，在观测工作开始之前，须制定观测工作的进程表及接收机的调度计划。尤其当 GPS 网的规模较大，参加作业的接收机较多时，建议用户仔细地制定和选择这些计划的优化方案，这对于顺利地实现预定的观测任务极为重要。观测工作的进程计划，涉及到网的规模、精度要求、作业的接收机数目和后勤保障条件等，在实际工作中，应根据最优化的原则合

9、理制定。3. 1.1.3 野外观测1. 一、安置仪器首先，在选好的观测站点上安放三脚架。注意观测站周围的环境必须符合上述的条件，即净空条件好，远离反射源，避开电磁场干扰等。因此，安放时用户应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下，也不要在靠近接收机的地方使用对讲机，手提电话等无线设备。然后，小心打开仪器箱，取出基座及对中器，将其安放在脚架上，在测点上对中、整平基座。最后，从仪器箱中取出 GPS 天线或内置天线的 GPS 接收机，将其安放在对中器上，并将其紧固，再分别取出电池、电缆等其它配件(内置电池的接收机除外)，并将它们安装在脚架上，同时连接 GPS 接收机。在安置仪器时用户要注意下面的几点：当

10、仪器需安置在三角点觇标的基板时，应先将觇标顶部拆除，以防止对信号的干扰，这时，可将标志的中心投影在基板上，作为安置仪器的依据；基座上的水准管必须严格居中；如整个控制网在同步观测过程中使用同样的 GPS 接收天线，则应使天线朝同一个方向，如使用不同的 GPS 接收天线，则应使天线的极化方向指向同一方向，如指北。大部分天线用指北方向来表明天线的极化方向。表（5-3）表示出了中海达天线的极化方向。这是由于天线的相位中心与几何中心不重合，两者可能有 2-3 毫米之差，如它们不指向同一方向，则会影响 GPS 测量的精度。2. 二、量测天线高安置好仪器后，用户应在各观测时段的前后，各量测天线高一次，量至毫

11、米。量测时，由标石（或其它标志）中心顶端量至天线中规定量测天线的位置（图 5-2）。图 5-2 量测天线高采用下面公式计算天线高：为标石或其它标志中心顶端到天线下沿所量距离；：天线半径；：天线相位中心至天线底部量测位置的距离。所算 即为天线高。两次量测的结果之差不应超过 3mm，并取其平均值。其中， 、 通常由厂家提供，下表列出了一些接收机的这两个参数：表 5-3 （单位：毫米）天线型号 极化方向 量测方法HD8200 内置单频天线 78 58 面板方向 下沿原盘边HD8200B 内置单频天线 97.5 20 面板方向 量到蓝白相间处AT2200(双频天线) 89 10 电缆插座方向 量到上下

12、盖接缝AT1200(单频天线) 89 10 电缆插座方向 量到上下盖接缝应当说明的是，各种天线高的量测位置不一样，其量测位置应参见其本身的说明，中海达为各种 GPS 接收机配备的天线有更加简便的量测方式，在 HDS2003 数据处理软件中可直接设置天线的斜高，软件会自动计算，下图所示为 AT1200 和 AT2200 天线高的量测方法，具体天线高的计算和输入可以在 HDS2003 数据处理软件中进行，操作过程可参见第十五章“天线管理器”使用一节。在具有异步环的 GPS 相对测量中，即使用户只需要平面坐标，也必须输入准确的天线高，否则无法正确地进行后续一系列网平差解算过程。3. 三、启动仪器在启

13、动仪器时，通常应按如下步骤操作：1、确认在接收机采集器电源均关闭的情况下，分别连上电源电缆、数据采集电缆。2、打开主机上的开关，若电源灯为绿色，则表示电量符合要求，若为红色，则表示电量不足，应更换电池。3、按照相应仪器的操作规程开机观测，具体步骤请参看产品手册。4、保证同步观测的其它 GPS 接收机也处于观测状态。静态差分测量是根据几台接收机共同时间段所接收的数据进行差分解算，所以几台接收机同时观测必须保证数据同步，并且要保证足够的数据。5、观测的时候，要保证接收机设置了合适的采样间隔和高度截止角。注：fGPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要

14、来源于 GPS 卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。通过选择有效的卫星及其高度角a、 可以减少电离层和对流层折射产生的影响；b、 可以消除多路径效应；c、 可以有效地剔除有干扰的卫星。6、记录观测站点的点名、天线高、观测时段及相应的观测文件名。在同一天（GPS 时）内，如测站名及时段序号一样则出现同名。用户在出测前一定要合理安排好，尽量避免出现重名的情况。注：由于 GPS 时和北京时间相差大约 8 个小时，因此如果在北京时间凌晨 0 时至早上 8 时前施测，GPS 时仍然是北京时间的前一天，因此用户一定要注意此时输入的时段序号不要重复（例如又从 1 开始，这就和北京时间的前一天的第一个时段

15、重复），建议用户最好仍然是按 GPS 时来计算时段序号，即每天凌晨 0 时至早上的 8 点仍然算前一天的时段序号。4. 四、观测按照预定的观测时间进行观测。注意：在采集时测站不可移动，采集不能中断，组成基线的两台接收机连续同步采集时间必须符合要求，否则数据可能不可靠。如出现意外情况，应及时通知其它观测站点。5. 五、撤站结束采集之后，用户必须确认观测站的全部预定作业项目均已按规定完成。这时，退出采集过程，一定要先关闭主机电源，如采用了外部采集器，还需要退出采集程序并关闭采集器。拔出 GPS 电源电缆、数据采集电缆，将接收机、基座对点器、电池等附件妥善放回仪器箱内。6. 六、野外观测的注意事项在

16、野外观测时，用户必须注意：1、如果仪器从与室外温度相差较大的室内或汽车内取出，必须让其有一个预热的过程，时间大约为 10 分钟左右。2、用户在插拨电缆时，必须牢记先关掉接收机电源，否则将使串口设备保护性关闭而不能正常工作。3、确认外接电源及天线等各项连接无误后才接通电源，启动接收机。4、仪器如长时间不使用，将可能需要较长时间搜索 GPS 卫星(2-3 分钟)。2. 1.2 HD8200B 静态观测记录 HD8200B 为一体化静态测量 GPS 接收机，只要打开接收机的电源开关，整个记录过程就会自动完成。1. 利用 HD8200B 作业时，首先应该使用 HD8200B 数据传输软件中的相应功能设

17、置好接收机的采样间隔和卫星的高度截止角，设置方法请参见工具软件一章中HD8200B 数据传输软件一节。2. 架设 GPS 接收机，整平、对中后，量天线高。HD8200B 的天线高量测方法如下图所示：3. 打开接收机的电源开关，等待记录灯转绿后表示接收机已经开始观测。4. HD8200 仪器面板灯的状态及其代表的含义：记录灯闪红，电源灯为绿色 表明正在跟踪卫星，电压足够且稳定记录灯闪绿，电源灯为绿色 表明卫星已锁定，并记录数据电源灯闪绿 闪烁次数表明锁定的卫星数电源灯为红色 电池欠压，必须尽快更换充足电的电池记录灯为持续红色 主机向外发送数据，常发生在数据传输时记录灯为红绿交替闪烁 主机在线升级

18、时接收固件信息5. 在仪器观测记录本上记录下测站名、天线高、观测时段等，留待内业处理。6. 结束观测时，应按住开关 2 秒等待电源灯熄灭后，再撤站。在记录过程中切不可搬站。3. 1.3 手簿控制器静态观测记录HD8200、HD8800、HD8000、HD8500、HD8900、HD9900 等型号 GPS 接收机均可以进行用PSION 手簿控制器进行静态采集。PSION 手簿控制器的使用请参见附录。下面主要介绍运行在 PSION 手簿控制器上的静态采集软件的使用。注：PSION 控制器为选购件，非仪器的标准配置。1. 1.3.1手簿软件的安装PSION 手簿控制器的静态采集软件共包括以下几个文

19、件:ZHS*.IMG，SYS$TTY*.IMG，SYS$8087.LDD，Chinese.lib，(注:不同的接收机， *代表不同的字母)等几个文件,各型号接收机在使用手簿进行静态数据采集时使用的对应文件如下：表 54型号 运行主文件 库文件HD8100,HD8200HD8000ZHSC.IMGZHSD.IMG CHINESE.LIBHD8900 ZHSJ.IMG CHINESE.LIBHD8900N ZHSN.IMG CHINESE.LIBHD8900NT ZHSN.IMG CHINESE.LIB利用传输软件将这些文件拷贝到 PSION 的：盘根目录即可。在交互方式下，从键盘输入相应的可执行

20、文件名后按回车，即运行静态采集软件，屏幕出现公司图标(图 5-5)后，按任意键，进入软件的主界面：(图 5-6)移动左右方向键可以选择各项子功能，Enter 键可以弹出各项子菜单，移动上下方向键可以选择各项子菜单，按 Enter 键执行子菜单功能。在进入各项子功能后，按 Menu 键可切换到主界面。4. 1.3.2 静态采集步骤1. 一、设置静态采集参数静态采集一般包括以下几项参数设置：【采样间隔】 即 GPS 数据记录的时间间隔，一般为 5，15，30 60 秒等。GPS 静态差分测量，必须保证数据的同步。当几台接收机同时进行观测时，该项参数必须一致，以保证数据的同步。【高度截止角】 即采集

21、卫星数据的屏蔽角度，在该角度以下的卫星数据将不被跟踪，一般为 1015 度。【天 线 高】 即 GPS 天线相位中心，到地面标志点的高度。天线高的精度，会影响异步环，及其三维闭合差的精度。移动方向键选择设置项功能，按 Enter 键弹出子菜单，如下图：（图 5-7）选择采样间隔 ，弹出如下对话框：（图 5-8）软件默认的采集间隔为秒，移动左右方向键，可以选择其他的设置间隔。选择高度截止角后，系统弹出如下对话框：图 5-9输入截止角度一般在 15 度以下，如果高度截止角太大，虽然避免了不良卫星，但可用的卫星数量就越少。选择天线高 ，弹出如下对话框（图 5-10）天线高可以在任何时候改变，但是进入

22、采集状态后，就无法再改变采样间隔。2. 二、开始采集移动光条选择采集菜单，选择开始采集 ，系统弹出如下对话框：（图 5-11）输入点名（Point Name） ，并选择时段号（Session Number） ，后按 Enter 键即可进入采集状态。注意：只有当接收机进入导航状态后，才可以进行采集。否则系统会报警。可以从状态项功能查看当前的跟踪状态。点名应输入与当前所测点一致的名字（最多 4 个字符） ，在同一点上多次观测时点名必须一样，为了使文件名不至于相同而覆盖，可改变时段号（Session Number）来区分。若输入点名：及其时段号，按“Enter”键，开始采集如上图（图 5-12）所示

23、。文件名由点名，年积日及其时段号组成，如该文件表示该年的第 151 天。天线高为零，该值可以在采集的任何时候改变。开始时间表示开始记录的时刻，记录时间表示已经记录的时间，剩余空间是磁盘空间计算出来的可以连续采集的时间。3. 三、结束采集按Menu键回到主界面，然后移动光条到采集后按回车键弹出菜单，选择结束采集 ，后系统弹出对话框，确认是否退出采集，若选择“”结束或 On/Esc 键取消。查看项菜单移动光条到状态项后按 Enter 键，如下图所示：（图 5-13）卫星分布 查看卫星状态及其各个通道的卫星状态。如下图所示：（图 5-14）跟踪状态显示当前的跟踪导航状态，如下图所示：（图 5-15）

24、Lat: 纬度 Lon: 经度 Hgt：高程 PDOP： 精度因子 Fixed： 定位状态图中右下角为时间。采集历元数 （图 5-16）提示各个通道的卫星总共记录的历元总数一般当仪器在很长时间没有使用或到了新的环境首次使用时，内部保存的数据有可能产生错误，或者不适合新的环境，这时最好进行一次接收机自检。在图标状态中，移动方框到其他，进入后选择接收机自检，稍等几秒钟，出来自检已成功的信息，表明已通过自检。这时再跟踪卫星，则需要较长的时间接收全部历书， （大约 20-30 分钟）这时正常的，全部历书接收完毕，下次开机就能比较快速地跟踪上卫星。1. 信息选择信息，弹出的对话框显示了有关本台仪器的一些信息，包括仪器编号，设定使用时间，版权号等等。