楊程-第5章 坐標測量

1、2022-2-4普通高等學校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材普通高等學校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材土木工程測量2022-2-4 5 坐標測量2022-2-4內容提要內容提要能力要求能力要求 本章主要包括本章主要包括直線定向直線定向（直線定向、方位角、象（直線定向、方位角、象限角、坐標的正反算）、限角、坐標的正反算）、地面定位技術地面定位技術（極坐標（極坐標法法 、角度交會法、距離交會法）、角度交會法、距離交會法）、衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術（GNSS的組成、的組成、GNSS定位方法、定位方法、GNSS接收機使接收機使用）等相關內容。本章的教學重點為直線定向；教用）等相關內容。本章的教學重點為直線定

2、向；教學難點為地面定位技術。學難點為地面定位技術。 通過本章學習，要求學生通過本章學習，要求學生熟練掌握熟練掌握直線定向的直線定向的概念、坐標方位角的定義和推算、坐標的正反算、概念、坐標方位角的定義和推算、坐標的正反算、極坐標法等測定點位平面坐標的方法，極坐標法等測定點位平面坐標的方法，理解理解三角高三角高程測量原理；結合實踐教學，程測量原理；結合實踐教學，理解理解GNSSGNSS靜態(tài)相對定靜態(tài)相對定位技術和實時動態(tài)差分定位位技術和實時動態(tài)差分定位RTKRTK技術。技術。2022-2-45 坐標測量5.1 直線定向直線定向5.2 地面定位技術地面定位技術5.3 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術 習題與

3、思考題習題與思考題2022-2-4第一節(jié)第一節(jié) 直線定向直線定向 1、標準方向的種類，三種標準方向之間的關、標準方向的種類，三種標準方向之間的關系；系； 2、確定地面上兩點之間的相對平面位置引出、確定地面上兩點之間的相對平面位置引出 直線定向概念直線定向概念 ； 3、表示直線方向的方法、表示直線方向的方法 ； 4、幾種方位角之間的關系、幾種方位角之間的關系 ； 5、正、反坐標方位角；坐標方位角的推算、正、反坐標方位角；坐標方位角的推算 ；坐標正算與反算；坐標正算與反算；2022-2-4學習目標建立建立直線定向直線定向的概念，能夠熟練地進行的概念，能夠熟練地進行方位角方位角的有關的有關運算。為三

4、維測量及施工測量計算打好基礎。運算。為三維測量及施工測量計算打好基礎。學習重點直線定向、坐標方位角的推算方法；直線定向、坐標方位角的推算方法；三種方位角間的換算關系；三種方位角間的換算關系；坐標正算與坐標反算。坐標正算與坐標反算。2022-2-4 有有80%的信息和地理位置有關！的信息和地理位置有關！ 日常生活中我們經常問這幾句話日常生活中我們經常問這幾句話 在哪兒？靜態(tài)地理位置靜態(tài)地理位置 怎么走？ 動態(tài)地理位置動態(tài)地理位置 某地有什么？ 地理信息分布地理信息分布2022-2-42022-2-4 下圖是北京市崇文區(qū)的一個街區(qū)下圖是北京市崇文區(qū)的一個街區(qū)小胡同變成大馬路小胡同變成大馬路1999

5、年遙感影像年遙感影像2002年遙感影像年遙感影像2022-2-4北京西站影像2022-2-4直線定向（直線定向（line orientationline orientation） ：確定一條直線與標準方向的關系確定一條直線與標準方向的關系 ( (水平夾水平夾角角) )稱為直線定向。稱為直線定向。標準方向分類標準方向分類 1 1、真子午線方向（真北方向）：、真子午線方向（真北方向）：地面地面上某點指向地球南北極的方向。上某點指向地球南北極的方向。即過地面某點真子午線的切線方向稱為即過地面某點真子午線的切線方向稱為該點的真子午線方向，其北端所示方該點的真子午線方向，其北端所示方向。向。 可用可用天

6、文測量天文測量方法測定，也可用方法測定，也可用陀螺經陀螺經緯儀緯儀測定。測定。P2022-2-4 磁北方向磁北方向：磁針自由靜止時所指示的方向稱為：磁針自由靜止時所指示的方向稱為磁子午線方向磁子午線方向，其北端所指方向，其北端所指方向,稱為磁北方向。稱為磁北方向。 磁北方向可用羅盤儀測定。磁北方向可用羅盤儀測定。 坐標北方向坐標北方向：坐標縱軸坐標縱軸 (X軸軸)正向所示方向正向所示方向, 稱為稱為坐標北方向，也稱軸北方向。坐標北方向，也稱軸北方向。 實用上常取與高斯平面直角坐標實用上常取與高斯平面直角坐標系中系中X軸平行的方向，因此軸平行的方向，因此各點的坐各點的坐標北方向都是相互平行的標北

7、方向都是相互平行的。 真北方向、磁北方向、坐標北方真北方向、磁北方向、坐標北方向，這三個基本方向合稱為向，這三個基本方向合稱為三北方向三北方向。2022-2-4 子午線收斂角、磁偏角概念子午線收斂角、磁偏角概念 1、子午線收斂角：、子午線收斂角：兩點真子午線方向間的夾角兩點真子午線方向間的夾角稱為稱為子午線收斂角子午線收斂角。子午線收斂角隨緯度的增大而增子午線收斂角隨緯度的增大而增大，并與兩點間的距離成正比。大，并與兩點間的距離成正比。 2022-2-4 2、磁偏角、磁偏角：地面上某點真北方向與磁北方向的夾角。用表示表示。PN磁偏角磁偏角 真北磁北磁北+-東西2022-2-4三北方相間的關系三

8、北方相間的關系磁偏角磁偏角：過一點的真北方向與磁北方：過一點的真北方向與磁北方向之間的夾角，用向之間的夾角，用表示。表示。子午線收斂角子午線收斂角：過一點的真北方向與：過一點的真北方向與坐標北方向之間的夾角，用坐標北方向之間的夾角，用表示。表示。 符號規(guī)定符號規(guī)定 磁北或坐標北方向在真北方向磁北或坐標北方向在真北方向東側東側時，時，與與為正；磁北方向或坐為正；磁北方向或坐標北方向在真北方向標北方向在真北方向西側西側時，時，與與為負。為負。 2022-2-4一、直線定向的表示方法一、直線定向的表示方法 1.1.方位角方位角 對某一確定起點的直線，由在該起點處的基本對某一確定起點的直線，由在該起點

9、處的基本方向起，順時針至該直線方向的水平角稱為該直線方向起，順時針至該直線方向的水平角稱為該直線的的方位角方位角。 方位角的取值范圍是方位角的取值范圍是0360。2022-2-4標標準準方方向向真子午線方向真子午線方向磁子午線方向磁子午線方向坐標縱軸方向坐標縱軸方向真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐標方位角（坐標方位角（ ）2磁北磁北真北真北坐標北坐標北AmA1由不同的標準方向所得到的方位角，分別為：由不同的標準方向所得到的方位角，分別為： mAA mA AAmu 真真 方方 位角位角:u 磁磁 方方 位角：位角：u 坐標方位角：坐標方位角：2022-2-4 2. 2.象限角

10、象限角 以基本方向線北端或南端起算，順時針或逆時以基本方向線北端或南端起算，順時針或逆時針方向量至直線的水平角，稱為針方向量至直線的水平角，稱為象限角象限角，用，用R表示。表示。 11111RRRROPOPOP 2218022RRROPOP 3318033RRROPOP 4436044RRROPOP 2022-2-4表表5-1 象限角與方位角的關系象限角與方位角的關系象象 限限由方位角由方位角求象限角求象限角R由象限角由象限角R求方位角求方位角編號編號名稱名稱I北東（北東（NE）R=RII南東（南東（SE）R= 180-=180-RIII南西（南西（SW）R=-180=180+RIV北西（北西

11、（NW）R=360-=360-R2022-2-4 12已知，通過連測求得已知，通過連測求得1212邊與邊與2323邊的連接角為邊的連接角為2 （右角）、（右角）、 2323邊與邊與3434邊的連接角為邊的連接角為3（左角），現（左角），現推算推算23、34。1234xxx23341223前進方向前進方向2位于推算路線位于推算路線1-2-3前進方向的右側，故為右角。同前進方向的右側，故為右角。同理，理， 3為左角。為左角。坐標方位角推算坐標方位角推算2022-2-4正、反坐標方位角正、反坐標方位角 直線直線1-2 1-2 ：點：點1 1是起點，點是起點，點2 2是終點。是終點。1212 正正坐標

12、方位角；坐標方位角；2121 反反坐標方位角。坐標方位角。2112xyoxx1218012211802112180正反直線直線2-12-1：所以一條直線的正、反坐標方位角互差所以一條直線的正、反坐標方位角互差1801802022-2-4212221231801234xx2312221前進方向前進方向x3433232333234180 由圖中分析可知：由圖中分析可知：2022-2-4推算坐標方位角的通用公式：推算坐標方位角的通用公式：左右后前180注意：注意： 計算中計算中，若若前前360360，減，減360360； 若若前前0360（41720 360） 45=341804 0, y 0 18

13、0R 當當 x 0 = 180+R 當當 x 0, y 0, y 02022-2-4T0 9（ 六 公 寓西 北 側 ）T0 3（ 毓 秀 園 南門 主 路 拐 角 處 ）T1 0（ 毓 秀 園北 門 前 東 側 ）T1 1(實 驗 樓 西側 主 路 交 口 處 ）T0 8（ 女 浴 室 東 側主 路 北 端 ）T0 6（ 花 園 樓 東 側 主路 拐 角 處 ）T0 4（ 四 公 寓 門前 西 側 ）T0 2（主 樓 前 主路 東 南 拐 角 處 ）T0 5（ 南 輔 門 主路 花 園 樓 拐 角 處 ）T0 7(青 年 公 寓 東 側主 路 北 端 ）N0 2(游 泳 池 入口 處 ）N0

14、 1(體 育 場 旗桿 北 側 ）N0 4(體 育 場 西 南籃 球 場 入 口 處 ）D 1 9 6 1 3(晉元 莊 921車 站 南 側 ）X:306375.317;Y:487035.375N0 3(體 育 場 主席 臺 中 央 ）N0 6(晉 元 莊 十字 路 口 東 南 側 )N0 5(體 育 場 正 門前 方 主 路 北 側 邊 ）N0 7(南 門 主 路 965車 站)D 1 9 6 1 2(阜 石 路 輔 路 內 側 )x : 3 0 6 3 7 7 . 2 4 7 ; y : 4 8 6 8 1 8 . 2 7 8T0 1（ 主 樓前 環(huán) 島 東 側 ）T1 2(第 三 教

15、學 樓圓 形 階 梯 教 室 前 ）N2022-2-4小小 結結 1.直線定向直線定向確定直線方向與標準方向確定直線方向與標準方向之間的關系。之間的關系。 2.標準方向標準方向真子午線方向；磁子午線真子午線方向；磁子午線方向；坐標縱軸方向。方向；坐標縱軸方向。 3.坐標方位角坐標方位角以坐標縱軸方向為起始以坐標縱軸方向為起始方向順時針轉到該直線的水平夾角。方向順時針轉到該直線的水平夾角。 4. 正、反方位角正、反方位角一條直線的正、反坐一條直線的正、反坐標方位角相差標方位角相差180。2022-2-41 傳統測量技術傳統測量技術 兩維坐標：兩維坐標：平面坐標平面坐標x,y極坐標法、角極坐標法、

16、角度交會法、距離交會法。度交會法、距離交會法。 一維坐標：一維坐標：高程高程H水準測量技術、三水準測量技術、三角高程測量技術。角高程測量技術。 特點：測算分離，手動完成特點：測算分離，手動完成第二節(jié)第二節(jié) 地面定位技術地面定位技術2022-2-42 現代測量技術現代測量技術 三維坐標：三維坐標：x,y, H全站儀技術全站儀技術 特點：測算一體，自動完成特點：測算一體，自動完成2022-2-4 3 測定（測定（x,y）的傳統技術）的傳統技術 （1）極坐標法）極坐標法 已知已知A、B兩點坐標，根據水平角兩點坐標，根據水平角 和水平距離和水平距離DAP，經計算求得經計算求得P點坐標。點坐標。2022

17、-2-4計算步驟：計算步驟：1 1、在已知點、在已知點A A安置儀器，觀測水平角安置儀器，觀測水平角 2 2、測量、測量A A、P P兩點的水平距離兩點的水平距離D DAPAP3 3、根據已知點、根據已知點A A、B B的坐標，利用反算公式計算其坐標的坐標，利用反算公式計算其坐標方位角方位角ABAB4 4、根據坐標方位角、根據坐標方位角 和水平角和水平角 ，推算未知邊推算未知邊APAP的坐標方位角：的坐標方位角：=+APAB當未知邊位于已知邊左側時，上式取當未知邊位于已知邊左側時，上式取5、利用坐標正算公式，計算、利用坐標正算公式，計算P點坐標。點坐標。-2022-2-4 極坐標法擴展極坐標法

18、擴展導線法，測量轉折角和導線法，測量轉折角和未知邊未知邊2022-2-4（2）角度交會法）角度交會法導線測量：控制面積大，導線測量：控制面積大，一般要求地勢平坦。需一般要求地勢平坦。需要測角，量邊要測角，量邊交會定點：山區(qū)或地形交會定點：山區(qū)或地形復雜的地區(qū)。復雜的地區(qū)。分為：分為：前前方交會，側方交會，后方交會，側方交會，后方交會，測邊交會方交會，測邊交會等。等。2022-2-4前方交會法前方交會法作業(yè)方式：作業(yè)方式：在已知點在已知點A A、B B上分別向新點上分別向新點P P觀測水平觀測水平角角和和，從而可以計算，從而可以計算P P點的坐標。點的坐標。ABP2022-2-4計算方法計算方法

19、：按照導線計算方法，以按照導線計算方法，以ABAB為起始邊計為起始邊計算導線算導線檢核檢核：從三個已知點從三個已知點A A、B B、C C上分別向新點上分別向新點P P進行進行角度觀測，由兩個三角形分別解算角度觀測，由兩個三角形分別解算P P點的坐標。點的坐標。ABPCBAABABBAPBAABABBAPctanctan)(ctactanctanctan)(ctanctanXXnYYYYYXXX2022-2-4 （3）距離交會法距離交會法測測量三角形的兩條未知邊量三角形的兩條未知邊2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法 （1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量高程的測站傳遞（轉

20、點）高程的測站傳遞（轉點）2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法（1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量外業(yè)外業(yè)2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法（1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量立尺立尺2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法（1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量觀測觀測2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法（1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量讀數讀數2022-2-4 4 測定測定H的傳統方法的傳統方法（1）水準測量）水準測量 水準測量水準測量讀數讀數2022-2-4 4測定測定H的傳統方法的傳統方法（2）三角高程

21、測量）三角高程測量原理原理2022-2-4 4測定測定H的傳統方法的傳統方法（2）三角高程測量）三角高程測量原理原理HB=HA+DABtgAB+iA-vB2022-2-4 4測定測定H的傳統方法的傳統方法（2）三角高程測量）三角高程測量球氣差改正球氣差改正HB=HA+DABtgAB+iA-vB+f1-f2f=+f1-f2f=(1-k)D2/(2R)2022-2-45 測定（測定（x,y,H）的現代技術）的現代技術全站儀技術全站儀技術全站儀全站儀(total station)是由電子測角、是由電子測角、光電測距、微型機及其軟件組合而成光電測距、微型機及其軟件組合而成的智能型光電測量儀器。的智能型

22、光電測量儀器。全站儀全站儀 全站型電子速測儀全站型電子速測儀人們把快速測量距離和方位的儀器人們把快速測量距離和方位的儀器稱之為速測儀稱之為速測儀(Tachymeter)。2022-2-4 全站儀的全站儀的基本功能基本功能是測量水平角、豎直角和斜距。是測量水平角、豎直角和斜距。借助于機內固化的軟件，可以組成多種測量功能，借助于機內固化的軟件，可以組成多種測量功能，如如可可以計算并顯示：平距、高差以及鏡站點的三維坐標，進以計算并顯示：平距、高差以及鏡站點的三維坐標，進行偏心測量、懸高測量、對邊測量、面積計算等。全站行偏心測量、懸高測量、對邊測量、面積計算等。全站儀具有如下特點：儀具有如下特點： 2

23、022-2-4全站儀由以下兩大部分組成：全站儀由以下兩大部分組成： l l）采集數據設備采集數據設備：主要有電子測角系統、電子測距系：主要有電子測角系統、電子測距系統、還有自動補償設備等。統、還有自動補償設備等。2 2）微處理器微處理器：微處理器是全站儀的核心裝置：微處理器是全站儀的核心裝置, ,主要由中主要由中央處理器央處理器, ,隨機儲存器和只讀存儲器等構成隨機儲存器和只讀存儲器等構成, ,測量時測量時, ,微處理器根據鍵盤或程序的指令控制各分系統的測量微處理器根據鍵盤或程序的指令控制各分系統的測量工作工作, ,進行必要的邏輯和數值運算以及數字存儲、處進行必要的邏輯和數值運算以及數字存儲、

24、處理、管理、傳輸、顯示等。理、管理、傳輸、顯示等。2022-2-4全站儀的特點全站儀的特點（1）儀器操作簡單，高效。儀器操作簡單，高效。全站儀具有現代測量工作所需的全站儀具有現代測量工作所需的所有功能。所有功能。（2）快速安置快速安置：簡單地整平和對中后，儀器一開機后便可工作。簡單地整平和對中后，儀器一開機后便可工作。儀器具有專門的動態(tài)角掃描系統，因此無需初始化。關機后，仍會保留儀器具有專門的動態(tài)角掃描系統，因此無需初始化。關機后，仍會保留水平和垂直度盤的方向值。電子水平和垂直度盤的方向值。電子“氣泡氣泡”有圖示顯示并能使儀器始終保有圖示顯示并能使儀器始終保持精密置平。持精密置平。（3）適應性

25、強。適應性強。全站儀是為適應惡劣環(huán)境操作所制造的儀器。全站儀是為適應惡劣環(huán)境操作所制造的儀器。（4）全站儀設有雙向傾斜補償器全站儀設有雙向傾斜補償器，可以自動對水平和豎直可以自動對水平和豎直方向進行修正，以消除豎軸傾斜誤差的影響。還可進行地球曲率改正、方向進行修正，以消除豎軸傾斜誤差的影響。還可進行地球曲率改正、折光誤差以及溫度、氣壓改正。折光誤差以及溫度、氣壓改正。（5）控制面板具有人機對話功能控制面板具有人機對話功能。控制面板由鍵盤和主控制面板由鍵盤和主,副副顯示窗組成。除照準以外的各種測量功能和參數均可通過鍵盤來實現顯示窗組成。除照準以外的各種測量功能和參數均可通過鍵盤來實現,儀器的兩側

26、均有控制面板儀器的兩側均有控制面板,操作十分方便。操作十分方便。（6）具有雙向通訊功能具有雙向通訊功能，可將測量數據傳輸給電子手簿或外部可將測量數據傳輸給電子手簿或外部計算機，也計算機，也可接受電子手簿和外部計算機的指令和數據?？山邮茈娮邮植竞屯獠坑嬎銠C的指令和數據。 2022-2-4全站儀與經緯儀相比具有以下優(yōu)點全站儀與經緯儀相比具有以下優(yōu)點: : 1 1、測量結果自動記錄在、測量結果自動記錄在“電子手簿電子手簿”中，減少了讀中，減少了讀數的錯誤和記錄的粗差，提高了功效；數的錯誤和記錄的粗差，提高了功效； 2 2、利用全站儀中的微處理器，通過傳感器可以自動、利用全站儀中的微處理器，通過傳感器

27、可以自動的改正儀器軸系誤差，提高測量精度的改正儀器軸系誤差，提高測量精度; ;3 3、距離改正，高差計算和坐標計算在儀器上自動完、距離改正，高差計算和坐標計算在儀器上自動完成，減少了內業(yè)計算工作量成，減少了內業(yè)計算工作量; ;4 4、角度測量中自動掃描整個度盤，并求出平均值作、角度測量中自動掃描整個度盤，并求出平均值作為結果，消除了度盤的刻劃誤差和偏心差。為結果，消除了度盤的刻劃誤差和偏心差。 2022-2-4（1）全站儀的結構組成）全站儀的結構組成2022-2-4（1）全站儀的結構組成2022-2-4（2）全站儀的功能 測角水平角、豎直角 測距水平距離、傾距、高差主值 測量坐標x,y,H 特

28、殊功能對邊測量、懸高測量、面積測量、后方交會、偏心測量、放樣等2022-2-4 （3）全站儀的操作和使用）全站儀的操作和使用操作面板操作面板2022-2-4 （3）全站儀的操作和使用）全站儀的操作和使用操作面板操作面板2022-2-42022-2-4（3）全站儀的操作和使用）全站儀的操作和使用 操作面板操作面板 儀器安置儀器安置 對中，整平，開機（對中，整平，開機（POWER鍵）鍵），打開傳感器（星鍵打開傳感器（星鍵+F2），精確整平，），精確整平，量取儀器高量取儀器高i。 設置儀器常數、棱鏡常數、氣象參設置儀器常數、棱鏡常數、氣象參數。調節(jié)盤左（盤右）狀態(tài)。數。調節(jié)盤左（盤右）狀態(tài)。2022

29、-2-42022-2-4安置目標2022-2-4安置目標2022-2-4（3）全站儀的操作和使用）全站儀的操作和使用 基本測量：照準，讀數，記錄基本測量：照準，讀數，記錄 平角測量平角測量豎絲豎絲照準照準 豎直角測量豎直角測量橫絲橫絲照準照準 距離測量距離測量十字絲交點十字絲交點照準照準 x,y,H測量測量十字絲交點十字絲交點照準照準2022-2-4全站儀使用記錄表（綜合）全站儀使用記錄表（綜合）日 期： 時 間： 天 氣： 組 號： 儀器號： 測站名稱： 觀測者： 記錄者：儀器高測回數目標名目標高豎盤位置水平度盤讀數()一測回方向值()豎直度盤讀數()豎直角()斜 距(m)平 距(m)高 差

30、(m)盤左盤右盤左盤右盤左盤右盤左盤右2022-2-45 測定（測定（x,y,H）的現代技術）的現代技術全站儀技術全站儀技術全站儀坐標測量就是利用極坐標原理進行的。全全站儀坐標測量就是利用極坐標原理進行的。全站儀坐標測量的工作程序是安置儀器、新建文件、站儀坐標測量的工作程序是安置儀器、新建文件、測站設置、后視定向、坐標測量和數據傳輸，南測站設置、后視定向、坐標測量和數據傳輸，南方方NTS 663全站儀坐標測量的具體操作見表全站儀坐標測量的具體操作見表5-2。 2022-2-4第二節(jié)第二節(jié) 地面定位技術地面定位技術表5-2 NTS 663全站儀坐標測量操作工作程序工作程序操 作 步 驟安置儀器在

31、測站點（控制點）上安置全站儀，包括對中整平、量取儀器高。儀器常數設置：棱鏡加常數=-30mm。氣象參數設置：如，實測氣壓 P=673mmHg=897hpa，實測溫度t=25。新建文件開機。進入“程序”“標準測量”“設置”“作業(yè)”“新建”“文件”打開新建的文件。測站設置進入“記錄”選項“側視測量”，根據儀器提示輸入測站點點名和儀器高。按“ENT”鍵進入下一頁，輸入測站點坐標（N（北）E（東）Z（高程）。按“ENT”鍵進入下一頁，輸入測站點點名和儀器高。 2022-2-4第二節(jié)第二節(jié) 地面定位技術地面定位技術表5-2 NTS 663全站儀坐標測量操作（續(xù)1）工作程序工作程序操 作 步 驟后視定向按

32、“ENT”鍵，輸入后視點坐標。同時把棱鏡豎立在后視點上，全站儀盤左照準后視點上的棱鏡，按下“設置”鍵，再按“校核”鍵，校核。合格后按“ENT”鍵進入碎部點測量。坐標測量輸入待測點點號，全站儀照準待測點上豎立的棱鏡，按“ENT”鍵，測量、記錄待測點坐標。選擇下一個待測點，循環(huán)進行。本站所有需測的待測點測量完成后，在控制點上檢測，若檢測合格，關機。2022-2-4第二節(jié)第二節(jié) 地面定位技術地面定位技術表5-2 NTS 663全站儀坐標測量操作（續(xù)2）程序程序操 作 步 驟數據傳輸用數據通信線將全站儀和電腦連接（COM口或USB口）。啟動CASS軟件，在“數據”菜單中選擇“讀取全站儀數據”，彈出“全

33、站儀內存數據轉換”參數設置界面，打開全站儀“通信參數”對照，將軟件參數設置和全站儀一致。指定文件的保存路徑和文件名。進入全站儀的“程序”“標準測量”“作業(yè)”“打開”“選擇作業(yè)”“傳輸”“發(fā)送數據”“坐標數據”，出現提示“準備好了嗎？” 點擊電腦界面上的“轉換”，電腦彈出“先在微機上按回車”的提示，依照提示即可完成數據傳輸。2022-2-4第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (1) 美國美國GPS1957從研究多普勒衛(wèi)星定位技術開始，到1958.12研制海軍衛(wèi)星導航系統（NNSS），1959.9發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，1964.01投入使用（6顆衛(wèi)星、20多個地面跟蹤

34、站、用戶接收機）。1973.12美國防部批準陸?？章摵涎兄频诙l(wèi)星導航定位系統（GPS）計劃。方案論證（1974-1977）、試驗研制（1978-1988）、工程建設（1989-1994）、正式運營（1995-）?，F代化計劃（2000-）。第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (1) 美國美國GPS現代化計劃（2000-）。作為現代化計劃的當前成就，雷神公司 的GPS操作控制系統OCX與洛克希德馬丁公司GPS衛(wèi)星的整合取得重大進展，成功地在GPS衛(wèi)星模擬器與OCX組件之間交換了衛(wèi)星指令和遙測數據。該整合將有利于OCX系統的開發(fā)測試，并能夠降低在

35、軌測試地面衛(wèi)星接口時的風險。 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (1) 美國美國GPS現代化計劃（2000-）。 另外，美國軍方也開始考慮GPS衛(wèi)星未來的戰(zhàn)略升級 。根據空軍關于新一代GPS衛(wèi)星導航星座的新升級戰(zhàn)略，可能從第9顆GPS衛(wèi)星起，向該系列衛(wèi)星集成抗干擾能力。前，洛克希德馬丁公司航天系統分部正在按照計劃建造首批四顆GPS衛(wèi)星，首顆GPS衛(wèi)星將在2014年發(fā)射。 第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (2

36、) 前蘇聯前蘇聯/俄羅斯俄羅斯GLONASS 1982.10.12發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，1995投入使用。 2012.02報道，報道， GLONASS共有共有31顆衛(wèi)星在軌，其顆衛(wèi)星在軌，其中中24顆正在運行，顆正在運行，3顆即將投入運行，顆即將投入運行，2顆處于維顆處于維護中，護中，1顆正在試驗，顆正在試驗，1顆備用。至此，俄羅斯顆備用。至此，俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導航系統研發(fā)正式完成。衛(wèi)星導航系統研發(fā)正式完成。 第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (3) 中國中國CAMPASS（BeiDou） 1983提出設想，2000.10.31發(fā)射第一

37、顆試驗衛(wèi)星，2012.05在軌組網衛(wèi)星12顆。2012年10月25日第16顆衛(wèi)星發(fā)射成功。 2011.12.27開始，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導航定位和授時服務 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4BeiDou示意圖示意圖 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (3) 中國中國CAMPASS（BeiDou） Beidou系統是中國獨立自主研發(fā)的全球衛(wèi)星定位定位系統。2012年10月25日第16顆北斗導航衛(wèi)星順利升空，標志著我國北斗衛(wèi)星區(qū)域導航系統建設全面完成，形成覆蓋亞太地區(qū)的服

38、務能力。Beidou系統將于2020年建成北斗衛(wèi)星全球導航系統，屆時將有35顆在軌衛(wèi)星。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀 (4) 歐盟歐盟GALILEO1999年初推出 GALILEO計劃，部署新一代定位衛(wèi)星。該計劃由27顆運行衛(wèi)星和3顆預備衛(wèi)星組成，覆蓋全球，位置精度達數米，可與美國GPS兼容，總投資35億歐元。 2005.1228發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星。 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4一、概述1 GNSS的產生、發(fā)展和現狀（5）小結：GNSS的代表系統 美國的GPS：當前

39、健康運營 俄羅斯的GLONASS：當前比較健康運營 中國的Beidou：當前覆蓋亞太區(qū)域，計劃2020年覆蓋全球。 *歐盟的Galileo：還沒有全面實施第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS一、概述2 GNSS的特點 全球、全天候、高精度、自動化、高效益、三維實時導航（定位、測速、授時）3 GNSS的組成 （1）空間星座部分 （2）地面監(jiān)控部分 （3）用戶接收部分第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4空間部分： 提供星歷和時間信息 發(fā)射偽距和載表信號 提供其它輔助信息2022-2-4GNSS主要特征比較

40、系統特征GPSGLONASS Beidou GALILEO載波頻率GHz1.231.581.611.251561.098 MHz (B1) 1589.742 MHz (B1-2)1207.14 MHz (B2) 1268.52 MHz(B3)衛(wèi)星高度km20200191002150023616衛(wèi)星數（設計）21+321+327+3+527+3衛(wèi)星周期h11:5811:1514:04衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度10-1310-1110-1210-13第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4一、概述 3 GNSS的組成 （ 1 ）空間星座部分衛(wèi)星功能： 接收、存儲和處理地面監(jiān)控站的控制指令和導航電文等信息

41、與原子鐘同步生成測距碼和載波，將測距碼和導航電文調制在載波上，向接收機用戶發(fā)送GPS信號。第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS第五章第五章 坐標測量坐標測量一、概述 3 GNSS的組成 （ 1 ）空間星座部分GNSS信號:2022-2-4 GPS衛(wèi)星信號結構基準頻率（原子鐘）基準頻率（原子鐘）10.23MHZ L1L11575.42MHZ C/AC/A碼碼 1.023MHZ P P碼碼 10.23MHZL2L21227.60MHZP P碼碼10.23MHZ101541205050比特比特/S/S衛(wèi)星信息電文衛(wèi)星

42、信息電文(D(D碼碼) )每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號( (基準頻率基準頻率 ) )2 2種載波種載波(L1(L1和和L2) L2) ；2 2種碼信號種碼信號(C/A(C/A碼和碼和P P碼碼) )1 1組導航電文組導航電文( (信息碼，信息碼，D D碼碼) )2022-2-4qL1載波相位觀測值載波相位觀測值154f0(154倍頻倍頻)q二進制相位調制技術二進制相位調制技術qL2載波相位觀測值載波相位觀測值120f0(120倍頻倍頻)q調制在調制在L1上的上的C/A-code偽距偽距粗碼，精度粗碼，精度低?？煽焖俨东@衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星發(fā)射的低?？煽焖俨东@衛(wèi)星。每顆

43、衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼碼不同，利用衛(wèi)星編號不同，利用衛(wèi)星編號PRN區(qū)分。區(qū)分。q調制在調制在L2上的上的P-code偽距偽距精碼，測距精精碼，測距精度度0.3mq導航電文導航電文(信息碼，信息碼，D碼碼)廣播星歷、衛(wèi)星廣播星歷、衛(wèi)星鐘差改正、電離層延遲改正鐘差改正、電離層延遲改正2022-2-4 對衛(wèi)星進行測距接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距地心SiPijPj riRjRj = ri +Pij觀測量及已知數據如下：觀測量及已知數據如下：r 已知的衛(wèi)地矢量P觀測量(偽距)R未知的測站點位矢量第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4距離觀測值的計算v 接收機至衛(wèi)星

44、的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號量測并計算得到v 接收機本身按同一公式復制碼信號v 比較本機碼信號及到達的碼信號，確定傳播時間tv 傳播時間乘以光速就得到距離觀測值=C t衛(wèi)星鐘調制的碼信號接收機時鐘復制的碼信號tt第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4采用載波相位觀測值采用載波相位觀測值衛(wèi)星傳播衛(wèi)星傳播的電磁波的電磁波信號：信號：信號量測精度優(yōu)于波長的1/100載波波長(L1=19cm, L2=24cm)比C/A碼波長 (C/A=293m)短得多所以，GPS測量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距(C/A碼或P碼)定位高得多的測距精度L1載波載波L2載波載波C/A碼碼P-碼碼 p=29.3

45、m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS第五章第五章 坐標測量坐標測量一、概述 3 GNSS的組成 （1）空間星座部分 （2）地面監(jiān)控部分2022-2-4（2 2）地面監(jiān)控部分）地面監(jiān)控部分一個主控站一個主控站：科羅拉多斯必靈司三個注入站：三個注入站：阿松森(Ascencion) 迭哥伽西亞(Diego Garcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個監(jiān)測站五個監(jiān)測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷(Hawaii)5555HawaiiAscencionDiego Garciakwaj

46、aleinColorado springs第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4（2 2）地面監(jiān)控部分）地面監(jiān)控部分第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS第五章第五章 坐標測量坐標測量一、概述一、概述 3 GNSS的組成的組成 （1）空間星座部分）空間星座部分 （2）地面監(jiān)控部分）地面監(jiān)控部分 （3）用戶接收部分）用戶接收部分GNSS接收機接收機 測量型、雙頻、多通道、多系統2022-2-4（3）用戶接收部分測量型測量型GPS接收機接收機供電信號信息命令數據供電，控制供電數據控制 第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4GNS

47、S用戶設備分類(1)測量型GNSS接收機(2)導航型GNSS接收機(3)授時型GNSS接收機2022-2-4第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4第五章第五章 坐標測量坐標測量2022-2-4測量型GNSS接收機南方靈銳S82T靜態(tài)（快速靜態(tài)）平面精度3mm+1ppm 靜態(tài)（快速靜態(tài)）高程精度5mm+1ppm RTK平面精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm單機定位精度1.5m220通道，L1，L2載波 GPS/GLONASS雙系統 2022-2-4測量型GNSS接收機南方靈銳S82C靜態(tài)（快速靜態(tài)）水平精度2.5mm+1ppm 靜態(tài)（快速靜態(tài)）高程精度5mm+1ppm R

48、TK水平精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm單機定位精度1.5m28-54通道，L1，L2載波 GPS/Beidou/GLONASS/預留Galileo多系統 2022-2-4測量型GNSS接收機2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 坐標系統：WGS84世界大地坐標系 第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS第五章第五章 坐標測量坐標測量赤道赤道首首子子午午線線ZXY地球質心地球質心IERS IRMIERS IRP參考橢球面參考橢球面第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 坐標系統：WGS

49、84世界大地坐標系 2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 GPS時間系統是以國際原子時ATI的秒長為基準，時間原點定義在1980.0106協調世界時UTC的00點，連續(xù)不跳秒。 GPS時與UTC時的整秒差及其不足秒的差異由國際時間服務機構定期發(fā)布。衛(wèi)星星歷中的衛(wèi)星鐘差信息是相對于GPS時間系統的。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4 二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 坐標系統：用戶坐標系 大地坐標系大地坐標系我國常用大地坐標系我國常用大地坐標系 1954年北京坐標系（參心系） 我國的我國

50、的5454坐標系實際上是屬于坐標系實際上是屬于蘇聯蘇聯19421942年大地坐標系年大地坐標系，其坐，其坐標原點不在北京，而是在蘇聯普爾科沃。對我國東部地區(qū)標原點不在北京，而是在蘇聯普爾科沃。對我國東部地區(qū)的大地水準面差距（或高程異常）達的大地水準面差距（或高程異常）達+68+68米，對距離的影響米，對距離的影響約為約為1/101/10萬，對東部地區(qū)測繪大比例尺地形圖產生一定影萬，對東部地區(qū)測繪大比例尺地形圖產生一定影響。響。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4 二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 坐標系統：用戶坐標系 大地坐標系大地坐標

51、系我國常用大地坐標系我國常用大地坐標系 1980國家大地坐標系（局部參心系，地球質心系） 20世紀70年代末，將大地原點選在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)北涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村洪流村，橢球面與我國境內的大地準面密合最佳。全國全國范圍內大地水準面差距（或高程異常）約在范圍內大地水準面差距（或高程異常）約在2020米內。米內。它對距離的影響小于它對距離的影響小于1/301/30萬，對較大的比例尺測圖來說萬，對較大的比例尺測圖來說不產生影響。不產生影響。是目前仍在使用的坐標系。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4 二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和

52、時間系統 坐標系統：用戶坐標系 大地坐標系大地坐標系我國常用大地坐標系我國常用大地坐標系 CGCS2000坐標系（中國坐標系（中國2000大地坐標系，地球質大地坐標系，地球質心系）心系） 第一層次：第一層次：連續(xù)運行參考站，連續(xù)運行參考站，28個點，構成個點，構成CGCS2000基本骨架，精度基本骨架，精度mm級，速度為級，速度為1mm/y。 第二層次：第二層次：空間大地網，包括全國空間大地網，包括全國GPS一、二級網、一、二級網、GPS A、B級網、地殼運動觀測網，共約級網、地殼運動觀測網，共約2500多點，簡多點，簡稱稱“2000國家國家GPS大地控制網大地控制網”。精度為。精度為cm級，

53、速度級，速度精度為精度為2-3cm/y。 第三層次：第三層次：天文大地網，約天文大地網，約5萬個點。其大地經緯度精萬個點。其大地經緯度精度：度：0.3m，大地高誤差優(yōu)于，大地高誤差優(yōu)于0.5m。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4橢球名稱橢球名稱長半軸長半軸a（m）短半軸短半軸b（m）扁率扁率計算年代計算年代/國家國家備注備注貝塞爾貝塞爾637739763560791:299.1521841/德國德國 海福特海福特637838863569121:297.01910/美國美國1942年國際年國際第第1個推薦個推薦值值克拉索夫克拉索夫斯基斯基

54、637824563568631:298.31940/蘇聯蘇聯1954北京坐北京坐標系采用標系采用1975國際國際橢球橢球637814063567551:298.2571975/國際國際第第3個推薦個推薦值值1980西安坐西安坐標系采用標系采用WGS-84637813763567521:298.2571979/國際國際第第4個推薦個推薦值值美國美國GPS采采用用2022-2-4二、二、 GNSS定位的基本原理定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統坐標系統和時間系統 不同坐標系的坐標可以相互轉換，前提是在一定的空間區(qū)域內有一定數量的公共點。使用GNSS技術，就需要將GNSS坐標系的測量成果轉換為用

55、戶坐標系。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 1 坐標系統和時間系統 GPS時間系統是以國際原子時ATI的秒長為基準，時間原點定義在1980.0106協調世界時UTC的00點，連續(xù)不跳秒。 GPS時與UTC時的整秒差及其不足秒的差異由國際時間服務機構定期發(fā)布。衛(wèi)星星歷中的衛(wèi)星鐘差信息是相對于GPS時間系統的。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 2 單點定位（絕對定位）空間距離后方交會 衛(wèi)星相當于軌道上運動的控制點，(xs,y

56、s,zs)已知，觀測值是星站距離（測站至衛(wèi)星的偽距，沒考慮接收機鐘差） 由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差 t，所以要求同步觀測最少4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數：測站坐標(x,y,z)和接收機鐘差 t。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 2 單點定位（絕對定位）空間距離后方交會第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4同步觀測衛(wèi)星數少于4個，無解；同步觀測衛(wèi)星數等于4個，有解，但不可靠；同步觀測衛(wèi)星數多于4個，有多余觀測，有解可靠。第五章第五章 坐標測量坐標測量

57、第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術GNSS2 單點定位（絕對定位）空間距離后方交會2022-2-4二、 GNSS定位的基本原理 3 GNSS定位的主要誤差（1）與衛(wèi)星有關的誤差 衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘誤差（2）與信號傳播有關的誤差 電離層延遲誤差；對流層延遲誤差；多路徑效應（3）與接收機及其安置有關的誤差 接收機天線相位中心偏離；對中誤差；量取天線高的誤差。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4三、GNSS相對定位 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4三、GNSS相對定位1靜態(tài)相對定位2臺以上的接收機

58、，同步觀測。 第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4三、GNSS相對定位1靜態(tài)相對定位2臺以上的接收機，同步觀測。2臺同步觀測，可解算1條基線向量；3臺同步觀測，可解算3條基線向量，構成1個三角形（同步環(huán)）；4臺同步觀測，可解算6條基線向量，構成3個獨立的三角形（同步環(huán)）。第五章第五章 坐標測量坐標測量第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS表5-6 S82T接收機靜態(tài)相對測量操作工作程序操 作 步 驟開、關機 按住ON/OFF響1聲=開機。按住ON/OFF響3聲=關機切換

59、動態(tài)/靜態(tài)/藍牙初始化開機，剛開機的主機需要等一段時間，使接收機完成初始化過程，再進行操作。切換動態(tài)：長按ON/OFF，響3聲，再響1聲，松開ON/OFF，再開機=動態(tài)。切換靜態(tài)：長按ON/OFF，響3聲，再響2聲，松開ON/OFF，再開機=靜態(tài)。注：若基準站無法使用。用移動站作基準站的方法，開機長按ON/OFF響7聲后（此時為關機狀態(tài)）再開機，即可把移動站調為基準站（此時不加小天線）。2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS表5-6 S82T接收機靜態(tài)相對測量操作（續(xù)1）工作程序操 作 步 驟靜態(tài)觀測切換為靜態(tài)，關機。安置儀器=對中、整平，量取天線高，開機。在記錄表中記

60、錄點名、開機時間、天線高。到計劃關機時間，關機。在記錄表中記錄關機時間。傳輸數據和數據處理。數據傳輸傳輸數據前，需確定電腦是否安裝USB驅動，可在南方Gps數據處理軟件里找9600USB、9800USB驅動程序并安裝，之后才可進行數據傳輸。連接傳輸線，一端接收機（9針口），另一端計算機（COM口或USB口）。打開接收機。啟動傳輸軟件（如南方Gps數據處理軟件），工具南方接收機數據下載連接在U盤中復制觀測數據至工作文件夾。2022-2-4第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星定位技術GNSS表5-6 S82T接收機靜態(tài)相對測量操作（續(xù)2）工作程序操 作 步 驟數據處理啟動數據處理軟件（如南方 Gps數據