第六章GPS測量簡介

1、GPS測量定位技術精品課程第第六六章章 GPS GPS測量簡介測量簡介GPS測量定位技術精品課程第第六六章章 GPS GPS測量簡介測量簡介知識知識目標：目標： 了解了解：GPSGPS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成，GPSGPS定位的特點。定位的特點。 GPSGPS定位中各種誤差的來源、性質、大小及對定定位中各種誤差的來源、性質、大小及對定位結果產生的影響，地球坐標系的特點。位結果產生的影響，地球坐標系的特點。熟悉：熟悉：GPSGPS靜態(tài)相對定位的作業(yè)流程。靜態(tài)相對定位的作業(yè)流程。掌握掌握：GPSGPSRTKRTK的測量的原理，外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程。的測量的原理，外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程。能熟練操作能熟練操作GPS

2、GPSRTKRTK進行野外數(shù)據(jù)采集及坐標放樣。進行野外數(shù)據(jù)采集及坐標放樣。技能技能目標：目標： GPS測量定位技術精品課程GPS系統(tǒng)包括系統(tǒng)包括三大部分：三大部分：空間部分空間部分GPS衛(wèi)星星座衛(wèi)星星座地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶設備部分用戶設備部分GPS接收機及相應用戶設備接收機及相應用戶設備第一節(jié)第一節(jié) GPSGPS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成GPS測量定位技術精品課程（一）（一）空間衛(wèi)星部分空間衛(wèi)星部分 24 24顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星(21+3)(21+3) 6 6個軌道平面?zhèn)€軌道平面 55 55軌道傾角軌道傾角 2 2萬萬kmkm軌道高度軌道高度( (地面高度地面高度) ) 1

3、2 12小時小時( (恒星時恒星時) )軌道周期軌道周期 5 5個多小時出現(xiàn)在地平線以個多小時出現(xiàn)在地平線以上上( (每顆星每顆星) )一、美國的一、美國的GPSGPS系統(tǒng)系統(tǒng)構成構成GPS測量定位技術精品課程GPSGPS衛(wèi)星的基本功能如下：衛(wèi)星的基本功能如下：（1 1）接收和儲存地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，接收并執(zhí)）接收和儲存地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令；行監(jiān)控站的控制命令；（2 2）借助于衛(wèi)星上設有的微機處理機進行必要的數(shù)據(jù)處）借助于衛(wèi)星上設有的微機處理機進行必要的數(shù)據(jù)處理工作；理工作；（3 3）通過星載的高精度銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的）通過星載的高精度銫原子鐘和

4、銣原子鐘提供精密的時間標準；時間標準；（4 4）向用戶發(fā)送定位信息；）向用戶發(fā)送定位信息；（5 5）在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調整衛(wèi)星的姿）在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。GPS測量定位技術精品課程（二）（二）地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分 5555HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinkwajaleinColorado springsGPSGPS地面監(jiān)控系統(tǒng)包括地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1 1個主控站、個主控站、3 3個注入站和個注入站和5 5個監(jiān)測站。個監(jiān)測站。GPS測量定位技術精品課程地面監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能如下：地面

5、監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能如下：（1 1）主控站：根據(jù)所有觀測資料編算各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)）主控站：根據(jù)所有觀測資料編算各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)，提供全球定位系統(tǒng)的時星鐘差和大氣層的修正參數(shù)，提供全球定位系統(tǒng)的時間基準，調整衛(wèi)星運行的姿態(tài)，啟用備用衛(wèi)星。間基準，調整衛(wèi)星運行的姿態(tài)，啟用備用衛(wèi)星。（2 2）注入站：在主控站的控制下，將主控站編算的衛(wèi)星）注入站：在主控站的控制下，將主控站編算的衛(wèi)星星歷、鐘差，以及導航電文和其他控制指令等注入相星歷、鐘差，以及導航電文和其他控制指令等注入相應的衛(wèi)星存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。應的衛(wèi)星存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。（3 3）監(jiān)測站：對）監(jiān)

6、測站：對GPSGPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，以采集數(shù)據(jù)和衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀況，經計算機初步處理后，將數(shù)據(jù)監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀況，經計算機初步處理后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺卣?。傳輸?shù)街骺卣尽PS測量定位技術精品課程（三）（三）用戶用戶設備設備部分部分 GPSGPS信號接收機信號接收機 供電供電信號信號信息信息命令命令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)供電，控制供電，控制供電供電數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制 用戶設備部分的作用是接收、跟蹤、變換和測量衛(wèi)星所發(fā)射的用戶設備部分的作用是接收、跟蹤、變換和測量衛(wèi)星所發(fā)射的信號，以達到導航和定位的目的。信號，以達到導航和定位的目的。GPS測量定位技術精品課程二、全球二、全球GPS

7、GPS系統(tǒng)系統(tǒng)1 1、美國的、美國的GPSGPS系統(tǒng)（系統(tǒng)（3131顆）顆）2 2、俄羅斯的、俄羅斯的GLONASSGLONASS系統(tǒng)（系統(tǒng)（2323顆）顆）3 3、歐洲的、歐洲的GalileoGalileo系統(tǒng)（系統(tǒng)（3030顆衛(wèi)星，建設中）顆衛(wèi)星，建設中）4 4、中國的北斗系統(tǒng)（、中國的北斗系統(tǒng)（3535顆衛(wèi)星）顆衛(wèi)星）5 5、日本的、日本的QZSSQZSS系統(tǒng)（系統(tǒng)（3 3顆衛(wèi)星，建設中）顆衛(wèi)星，建設中）6 6、印度的、印度的IRNSSIRNSS系統(tǒng)（系統(tǒng)（7 7顆衛(wèi)星，建設中）顆衛(wèi)星，建設中）GPS測量定位技術精品課程北斗衛(wèi)星系統(tǒng)介紹視頻北斗衛(wèi)星系統(tǒng)介紹視頻GPS測量定位技術精品課程三

8、、三、GPSGPS的應用的應用GPSGPS在軍事中的應用在軍事中的應用GPS導航的艦載飛彈 配備GPS的士兵 美國海軍核潛艇 GPS測量定位技術精品課程GPSGPS在交通運輸業(yè)中的應用在交通運輸業(yè)中的應用車輛導航管理對航空器的定位及導航車輛導航配備 GPS 的巡警GPSGPS在測量中的應用在測量中的應用布設城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量布設城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量等等GPS測量定位技術精品課程GPSGPS在其他領域的應用在其他領域的應用GPS測量定位技術精品課程第二節(jié)第二節(jié) GPS GPS軌道的大地參考坐標系軌道的大地參考坐標系 GPS使用的坐標系統(tǒng)為使用的坐

9、標系統(tǒng)為WGS84大地坐標系統(tǒng)。大地坐標系統(tǒng)。 我國國家坐標系統(tǒng)為：我國國家坐標系統(tǒng)為：1954年北京坐標系、年北京坐標系、1980年國家大地坐標系和年國家大地坐標系和2000國家大地坐標系。國家大地坐標系。WGS84大地坐標系統(tǒng)大地坐標系統(tǒng)國家坐標系或地方坐標系國家坐標系或地方坐標系GPS使用時需進行使用時需進行坐標轉換坐標轉換坐標轉換坐標轉換GPS測量定位技術精品課程 一、一、GPSGPS定位的概念定位的概念 GPSGPS定位的基本原理是以定位的基本原理是以GPSGPS衛(wèi)星至用戶接收機天衛(wèi)星至用戶接收機天線之間的距離（或距離差）為觀測量，根據(jù)已知的衛(wèi)星線之間的距離（或距離差）為觀測量，根據(jù)

10、已知的衛(wèi)星瞬時坐標，利用空間距離后方交會，確定用戶接收機天瞬時坐標，利用空間距離后方交會，確定用戶接收機天線所對應的觀測站的位置。線所對應的觀測站的位置。第三節(jié)第三節(jié) GPS GPS定位的概念及特點定位的概念及特點二、二、GPSGPS定位的特點定位的特點1 1、定位精度高、定位精度高 2 2、觀測時間短、觀測時間短 3 3、測站間無須通視、測站間無須通視4 4、可提供三維坐標、可提供三維坐標 5 5、操作簡便、操作簡便 6 6、全天候作業(yè)、全天候作業(yè)7 7、功能多、應用廣、功能多、應用廣GPS測量定位技術精品課程第四節(jié)第四節(jié) GPS GPS測量作業(yè)模式測量作業(yè)模式一、一、GPSGPS靜態(tài)定位靜

11、態(tài)定位 GPS GPS作業(yè)模式分為作業(yè)模式分為靜態(tài)定位靜態(tài)定位作業(yè)模式和作業(yè)模式和動態(tài)定位動態(tài)定位（RTKRTK）作業(yè)模式作業(yè)模式1 1、GPSGPS絕對定位（單點定位）絕對定位（單點定位） 定義：定義：當接收機處于靜止狀態(tài)的情況下，用以確定當接收機處于靜止狀態(tài)的情況下，用以確定觀測站絕對坐標的方法稱為靜態(tài)絕對定位。觀測站絕對坐標的方法稱為靜態(tài)絕對定位。 原理：原理：已知空間任意已知空間任意4 4顆衛(wèi)星的三維坐標，根據(jù)空間顆衛(wèi)星的三維坐標，根據(jù)空間距離后方交會原理，解算出觀測站的三維坐標。此方法距離后方交會原理，解算出觀測站的三維坐標。此方法精度較低，軍用可以達到分米級，民用達到米級。一般精度

12、較低，軍用可以達到分米級，民用達到米級。一般用于導航。用于導航。GPS測量定位技術精品課程2 2、GPSGPS相對定位相對定位 定義：定義：多臺多臺GPSGPS接收機安置在不同的觀測站上，同步接收機安置在不同的觀測站上，同步觀測相同的觀測相同的GPSGPS衛(wèi)星，以確定個各測站在衛(wèi)星，以確定個各測站在WGSWGS8484坐標系坐標系中的相對位置或基線向量的方法，稱為靜態(tài)相對定位。中的相對位置或基線向量的方法，稱為靜態(tài)相對定位。此方法是目前此方法是目前GPSGPS定位中精度最高的一種方法，廣泛應定位中精度最高的一種方法，廣泛應用于大地測量、精密工程測量、地球動力學研究等。用于大地測量、精密工程測量

13、、地球動力學研究等。GPS測量定位技術精品課程GPSGPS靜態(tài)相對定位作業(yè)流程靜態(tài)相對定位作業(yè)流程 用途：多用于大范圍、高精度控制測量，精確測定待定點用途：多用于大范圍、高精度控制測量，精確測定待定點的平面坐標（的平面坐標（X X、Y Y），精度達），精度達mmmm級。測定待定點的大地高，為級。測定待定點的大地高，為似大地水準面精化提供數(shù)據(jù)。似大地水準面精化提供數(shù)據(jù)。 題目：設題目：設A A、B B為已知點，為已知點，C C、D D、E E、F F為待定點，現(xiàn)有為待定點，現(xiàn)有3 3臺雙頻臺雙頻GPSGPS，請，請進行進行D D級靜態(tài)測量技術設計。級靜態(tài)測量技術設計。 1 2 3 4 ABCDE

14、F作業(yè)流程：作業(yè)流程：將將3 3臺儀器同時在臺儀器同時在ABCABC點架站，同步采集點架站，同步采集1 1個小時數(shù)據(jù)。個小時數(shù)據(jù)。B B、C C點儀器不動，將點儀器不動，將A A點儀器換到點儀器換到F F點架站，同步采集點架站，同步采集1 1個小時數(shù)據(jù)。個小時數(shù)據(jù)。B B、F F儀器不動，將儀器不動，將C C點儀器換到點儀器換到E E點，點，同步采集同步采集1 1個小時數(shù)據(jù)。個小時數(shù)據(jù)。E E、F F儀器不動，將儀器不動，將B B點儀器換到點儀器換到D D點，點，同步采集同步采集1 1個小時數(shù)據(jù)，外業(yè)個小時數(shù)據(jù)，外業(yè)工作結束。工作結束。GPS測量定位技術精品課程二、二、GPSGPS動態(tài)定位（動

15、態(tài)定位（RTKRTK） 1 1、GPSGPSRTKRTK定位的概念定位的概念 基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等傳輸給運動中的流動站，流動站接收基準站基準站坐標等傳輸給運動中的流動站，流動站接收基準站信息，進行差分處理，得到基準站和流動站基線向量；基信息，進行差分處理，得到基準站和流動站基線向量；基線向量加上基準站坐標得到流動站每個點線向量加上基準站坐標得到流動站每個點WGSWGS8484坐標，坐標，通過坐標轉換得到移動站的當?shù)刈鴺耍@個過程稱為通過坐標轉換得到移動站的當?shù)刈鴺?，這個過程稱為RTKRTK定位過程。定位過程

16、。 常規(guī)常規(guī)GPSGPS動態(tài)定位（動態(tài)定位（RTKRTK）測量作業(yè)模式包括）測量作業(yè)模式包括RTKRTK靜態(tài)定靜態(tài)定位模式、位模式、RTKRTK準動態(tài)模式、準動態(tài)模式、RTKRTK動態(tài)模式（連續(xù)動態(tài)模式）。動態(tài)模式（連續(xù)動態(tài)模式）。GPS測量定位技術精品課程2 2、GPS-RTKGPS-RTK系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（1 1）GPSGPS接收機接收機 目前比較普及的是雙頻智能型目前比較普及的是雙頻智能型GPSGPS接收機，三星系接收機，三星系統(tǒng)，可以同時接收統(tǒng)，可以同時接收GPSGPS、GLONASSGLONASS、北斗，可以實時收、北斗，可以實時收到到2020顆以上的衛(wèi)星。顆以上的衛(wèi)星。進口品牌

17、有：天寶、徠卡、拓普康、賓得、索佳等。進口品牌有：天寶、徠卡、拓普康、賓得、索佳等。國產品牌有：中海達、南方、華測、蘇光等。國產品牌有：中海達、南方、華測、蘇光等。GPS測量定位技術精品課程（2 2）數(shù)據(jù)傳輸部分）數(shù)據(jù)傳輸部分無線電數(shù)據(jù)鏈無線電數(shù)據(jù)鏈 通過電臺發(fā)射在基準站和移動臺之間完成通訊。基準站發(fā)射通過電臺發(fā)射在基準站和移動臺之間完成通訊。基準站發(fā)射電臺一般為外置的獨立電臺，移動臺為內置電臺。受到電臺功電臺一般為外置的獨立電臺，移動臺為內置電臺。受到電臺功率限值，一般作業(yè)距離為率限值，一般作業(yè)距離為10km10km以內。以內。移動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈移動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈 通過手機網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，作業(yè)效率

18、和作業(yè)半徑大大提高，通過手機網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，作業(yè)效率和作業(yè)半徑大大提高，一般作業(yè)距離為一般作業(yè)距離為50km50km左右。左右。（3 3）電子手簿）電子手簿掌上電腦內置測量軟件，與掌上電腦內置測量軟件，與GPSGPS通過藍牙連接，進行數(shù)據(jù)采集與處通過藍牙連接，進行數(shù)據(jù)采集與處理。理。GPS測量定位技術精品課程3 3、RTKRTK的作業(yè)過程的作業(yè)過程（一）選擇基準站點（一）選擇基準站點基準站上空盡可能開闊，基準站天線的基準站上空盡可能開闊，基準站天線的515高度角以上高度角以上不能有成片的障礙物。不能有成片的障礙物。在基準站在基準站200米的范圍內不能有強電磁波干擾源，如大功率無米的范圍內不能

19、有強電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設施，高壓輸電線等。線電發(fā)射設施，高壓輸電線等?；鶞收緫h離高層建筑、大面積水域?；鶞收緫h離高層建筑、大面積水域?；鶞收緫x擇交通便利、易于保存，遠離震動源的地方?；鶞收緫x擇交通便利、易于保存，遠離震動源的地方。（二）基準站設置（二）基準站設置建立項目：填寫項目名稱、選擇坐標系統(tǒng)、參考橢球、投影方式、建立項目：填寫項目名稱、選擇坐標系統(tǒng)、參考橢球、投影方式、中央子午線等中央子午線等基準站通訊設置：選擇網(wǎng)絡通訊或電臺模式，進行相應的參數(shù)設基準站通訊設置：選擇網(wǎng)絡通訊或電臺模式，進行相應的參數(shù)設置。置?；鶞收咀鴺嗽O置：基準站可以架設在已知控制點上或任意架站?；鶞收咀鴺嗽O置：基準站可以架設在已知控制點上或任意架站。若架在已知控制點上則輸入已知點坐標；若架在未知點上，則輸若架在已知控制點上則輸入已知點坐標；若架在未知點上，則輸入該點的單點定位的入該點的單點定位的WGS84坐標。坐標。GPS測量定位技術精品課程（三）移動站設置（三）移動站設置建立項目：與基準站一致。建立項目：與基準站一致。基準站通訊設置：與基準站一致。基準站通訊設置：與基準站一致。數(shù)據(jù)采集：經過上兩項的設置移動臺可以獲得固定解坐標，即為數(shù)據(jù)采集：經過上兩項的設置移動臺可以獲得固定解坐標，即為設置成功，若得不到固定解則查找原因，重新設置。設置成