Gps測量基礎(chǔ)-PPT課件

1、GPS測量基礎(chǔ)陳曉巖南方測繪GPS和常規(guī)測量定位的區(qū)別平面定位的區(qū)別 宏觀和微觀的區(qū)別 概念：橢球、坐標系、投影、我國常用 的坐標系統(tǒng)，坐標轉(zhuǎn)換高程定位的區(qū)別 高程基準、高程異常、我國常用的高程 基準平面投影基準參考橢球體空間點位的數(shù)學描述參考橢球體 地球自然體 大地水準面 旋轉(zhuǎn)橢球體參數(shù)參考橢球 的 形狀 與 大小： 長半徑 a 偏 率 f參考橢球與地球的相關(guān)性： 定位： X、Y、Z 定向： RX、RY、RZ 大地基準1、坐標與坐標系統(tǒng)大地基準基準的概念地球的運動目前我國常用的坐標系統(tǒng)常用坐標系間的坐標換算國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況 大地基準 基準的概念坐標：一組有序?qū)崝?shù)，表示n維歐氏空間中的

2、一個點。坐標系：確定地面點或空間目標的位置所采用的參考 系（參照物）。基準：將幾何坐標系按一定的關(guān)系放入物理坐標系中的一組必要參數(shù)。日心坐標系 天球坐標系 地心坐標系 站心坐標系 地心大地坐標系 地心坐標系 地心直角坐標系 地球坐標系 參心坐標系 參心大地坐標系 參心直角坐標系大地測量常用坐標系 目前我國常用的坐標系統(tǒng)1980西安坐標系1954年北京坐標系WGS-84大地坐標系新1954年北京坐標系（新54系）獨立坐標系（地方坐標系）開始定義為 “1980國家大地坐標系”。 1982 年，經(jīng)天文大地網(wǎng)整體平差建立，全網(wǎng)共48433點。 屬參心坐標系, IAG-75橢球（IAG國際大地測量學協(xié)會

3、），長半軸 a=6378140m; 扁率 =1/298.257，原點在陜西省涇陽縣。 橢球定位： 1.橢球短軸平行于地球地軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD方向）； 2.起始子午面平行于格林威治天文臺平均子午面； 3.橢球面與似大地水準面在我國境內(nèi)密合得最佳。 1980西安坐標系 大地基準 目前我國常用的坐標系統(tǒng) 1954年北京坐標系 50年代從前蘇聯(lián)引入（1942年普爾科夫坐標系），未進行整體平差，屬參心坐標系, 克拉索夫斯基橢球體，長半軸 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原點在普爾科夫天文臺。 主要缺點： 1.長半軸約大了108m ； 2.橢球定位西高東低，東部高程異常達6

4、7m； 3.不同區(qū)域接邊處大地點坐標差達12m。 WGS-84大地坐標系 美國國防部研制確定的大地坐標系，Z軸指向BIH（國際時間局）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向零子午面與CTP赤道交點，Y軸與X、 Z軸構(gòu)成右手坐標系。 長半軸 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。屬地心坐標系，原點在地球質(zhì)心。新1954年北京坐標系（新54系）屬于參心大地坐標系橢球的幾何參數(shù)同“54系” a=6378245m； =1/ 298.3大地原點及橢球軸向同“80系”高程基準面為1956年黃海平均高程面點的坐標與“54系”接近，精度同“80系” 獨立坐標系（地方坐標

5、系） 為了減少投影變形或滿足保密需要，也可使用獨立（地方）坐標系，坐標原點一般在測區(qū)或城區(qū)中部，投影面多為當?shù)仄骄叱堂妗Ｄ壳拔覈Ｓ玫淖鴺讼到y(tǒng)大地坐標系平面直角坐標系大地坐標大地緯度B過P點的子午面與起始子午面間的夾角。由格林尼治子午線起算，東正西負。大地經(jīng)度L在P點的子午面上， P點的法線PKP與赤道面的夾角。由赤道起算，北正南負。大地坐標系：緯度、經(jīng)度、大地高（橢球高） 大地坐標系緯度經(jīng)度橢球高平面直角坐標系墨卡托投影 K=0. 9996高斯投影 K=1. 0000 高斯投影與墨卡托投影帶區(qū)投影直角坐標系帶區(qū)投影直角坐標：Ni 、 Ei標準分帶：有3帶、6 帶之分， 規(guī)定中央子午線經(jīng)度帶

6、區(qū)投影參數(shù)： 中央子午線經(jīng)度（帶號） 中央子午線尺度比 原點緯度 原點北移值 原點西移值按投影參數(shù)的選定： 有標準帶區(qū) 自定義帶區(qū)N E 赤道中央子午線Ei I NiO500 km地平坐標系（假定平面直角坐標系）點的地平坐標描述 ： xi 、yi適用于地面假定平面直角坐標系（建筑坐標系、工程坐標系） O xy O大地基準 目前我國常用的坐標系統(tǒng)高斯平面直角坐標 經(jīng)高斯克呂格正形投影，將橢球面上的點轉(zhuǎn)換到平面上， 用直角坐標（x,y）表示。 中央子午線投影到平面上是一直線，作為縱坐標軸；赤道投影到平面上也是一直線，作為橫坐標軸；中央子午線和赤道交點的投影像是坐標原點。xy0XYP（x,y） 高斯

7、直角坐標系 高斯正形投影 正形（等角）投影變換。 中央子午線投影為縱坐標軸。 中央子午線投影尺度比為 1。 中央子午線外存在長度變形， 距中央子午線越遠變形越大。 長度變形尺度比： m= 1 + E2 /（ 2 R2） 分帶（帶區(qū)）投影 6度帶：06 ，6 12 . 3度帶：0 3 ，3 6 .高斯投影分帶（山東省的經(jīng)度為114 45122 40） 常用坐標系間的坐標換算嚴密平差法（用本網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，另網(wǎng)的起算點）公式嚴密換算法（80系新54系）轉(zhuǎn)換模型法（七參數(shù)法） 大地基準 國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況一等三角鎖的布設(shè)國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況二等三角網(wǎng)的布設(shè)國家平面控制

8、網(wǎng)的布設(shè)概況二等補充網(wǎng)的布設(shè)國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況精密導線網(wǎng)的布設(shè) 國家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況國家GPS A級網(wǎng) 國家GPS A級網(wǎng), 1992年8月由國家測繪局布測完成，共 27點，平均邊長800km，基線水平分量精度為25cm, 相對精度1 3 10-8 ; 垂直分量精度為10cm，相對精度為0.5 1 10-7，ITRF（國際地球參考框架）91框架。 2019年5月對A級網(wǎng)進行了復(fù)測。由30個主點和22個副點組成，基線水平分量精度優(yōu)于 4mm+3 10-9 ，相對精度為2 10-8；垂直分量精度優(yōu)于 8mm+4 10-9，相對精度為7 10-8 ，ITRF93框架。 大地基準 國家平面控

9、制網(wǎng)的布設(shè)概況國家GPS B級網(wǎng)國家GPS B級網(wǎng), 2019年國家測繪局完成布測與平差，共756點，其中重合 A級網(wǎng)27點、多普勒網(wǎng) 15點、天文大地網(wǎng)150點、水準網(wǎng)456點、驗潮站17點，基線水平分量精度優(yōu)于4 10-7; 垂直分量精度優(yōu)于8 10-7 ，平均邊長：東部 70100 km，西部：150200 km ，ITRF93框架。 高程基準目前，我國實際采用的高程系統(tǒng)為正常高，即地面點 A至似大地水準面的距離。大地高A正高正常高高程異常大地水準面差距自然表面大地水準面似大地水準面橢球表面大地高轉(zhuǎn)換為正常高高程異常大地水準面 地面 大地高地面點沿法線方 向到參考橢球面的間距（h） 正

10、高地面點重力方向 到大地水準面的間距（H） 正常高地面點重力方向 到似大地水準面的間距（H） 高程異常似大地水準面 到參考橢球面的間距（N）大地高、正常高、高程異常關(guān)系式 H= h - N參考橢球 GPS水準法高程擬合 似大地水準面 擬合面 參考橢球面 平面擬合示例( 3個 聯(lián)測點 6個 )聯(lián)測已知高程點建立回歸方程： 1= a x1 + b y1 + c 2= a x2 + b y2 + c 3= a x3 + b y3 + c .解算方程反求系數(shù) a、 b 、 c建立擬合面方程 = a x + b y + c內(nèi)插GPS點的高程異常值i i= a xi + b yi + c計算GPS點的正常

11、高 Hi=hi - i地球重力場模型大地水準面模型GPS 高 程 法Hi = hi - i Hik= hik + ikHk = Hi + Hik GPS高程法大地水準面模型高程基準1956年黃海高程系 水準原點設(shè)在觀象山，采用19501956年7年的驗潮結(jié)果計算的黃海平均海水面，推得水準原點高程為72.289m。1985國家高程基準 水準原點同 1956年黃海高程系，采用19521979年共28年的驗潮結(jié)果，并顧及了海平面18.6年的周期變化及重力異常改正，計算的黃海平均海水面，推得水準原點高程為72.260m。 高程基準 我國水準網(wǎng)的布測情況50年來，進行了三期高精度水準測量。第一期水準網(wǎng)（

12、19511969）：布測了一、二等水準網(wǎng)。一等線路36條，6個閉合環(huán)，2.9萬km，二等13萬km。第二期水準網(wǎng)（19771984）：一等線路 289條，186 個結(jié)點組成100個閉合環(huán)，93360 km，標石20190座；二等 1139條，總長度136,368 km，標石33238座。第二期水準復(fù)測網(wǎng)（19912019）：全部一等網(wǎng)和局部二等網(wǎng)。一等線路245條（設(shè)計273），77個閉合環(huán)（設(shè)計99）， 85,452 km（設(shè)計9.4萬），驗潮站45個。我國高程異常圖我國測繪基準存在的問題天文大地網(wǎng)不能滿足軍事上對地心坐標系的需求。精度與現(xiàn)代大地測量手段(GPS) 相比不匹配,導致使用GPS時的精度損耗。1954年北京坐標系及 1980西安坐標系與 ITRF（國際地球參考框架）或WGS-84無明確的對應(yīng)關(guān)系。我國測繪基準存在的問題GPS空間網(wǎng)密度不夠，使城市GPS控制網(wǎng)以及工礦獨立網(wǎng)難以連接到國家GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)。標石破壞嚴重，并且這種情況還在繼續(xù)。參心坐標系，分量與 ITRF有 100m以上的偏差，54坐標系采用克拉索夫斯基橢球，長半軸 a值也相