GPS第十章GPS應(yīng)用課件

第十章GPS應(yīng)用全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用10.1GPS在大地控制測量中的應(yīng)用

10.1.1概述GPS定位技術(shù)以其精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測量中。時至今日，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了常規(guī)測角、測距手段建立大地控制網(wǎng)。我們一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng)。歸納起來大致可以將GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)，這類GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離在數(shù)千公里至上萬公里，其中主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架，為全球性地球動力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)，或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動或地殼形變規(guī)律等問題。另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市或礦區(qū)GPS網(wǎng)，GPS工程網(wǎng)等，這這類網(wǎng)中的相鄰點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。GPS測量外業(yè)觀測10.1.2全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)1、GPSA級網(wǎng)的建立作為大地測量的科研任務(wù)是研究地球的形狀及其隨時間的變化，因此建立全球覆蓋的坐標(biāo)系統(tǒng)之一的高精度大地控制網(wǎng)是大地測量工作者多年來一直夢寐以求的。直到空間技術(shù)和射電天文技術(shù)高度發(fā)達(dá)，才得以建立跨洲際的全球大地網(wǎng)，但由于VLBI、SLR技術(shù)的設(shè)備昂貴且非常笨重，因此在全球也只有少數(shù)高精度大地點(diǎn)，直到GPS技術(shù)逐步完善的今天才使全球覆蓋的高精度GPS網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)，從而建立起了高精度的（在1~2cm）全球統(tǒng)一的動態(tài)坐標(biāo)框架，為大地測量的科學(xué)研究及相關(guān)地學(xué)研究打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。1991在全球范圍內(nèi)建立一個IGS（國際GPS地球動力學(xué)服務(wù)）觀測網(wǎng)，并于1992年6-9月間實(shí)施了第一期會戰(zhàn)聯(lián)測，我國多家單位合作，在全國范圍內(nèi)組織了一次盛況空前“中國’92GPS會戰(zhàn)”，目的是在全國范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo)，建立起我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；以優(yōu)于10-8量級的相對精度確定站間基線向量，布設(shè)成國家A級網(wǎng)，作為國家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運(yùn)動及地球動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。建成后的國家A級網(wǎng)共由28個點(diǎn)組成，經(jīng)過精細(xì)的數(shù)據(jù)處理，平差后在ITRF91地心參考框架中的點(diǎn)位精度優(yōu)于0.1m，邊長相對精度一般優(yōu)于1×10-8,隨后在1993年和1995年又兩次對A級網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行了GPS復(fù)測，其點(diǎn)位精度已提高到厘米級，邊長相對精度達(dá)3×10-9.2、GPSB級網(wǎng)的建立做為我國高精度坐標(biāo)框架的補(bǔ)充以及為滿足國家建設(shè)的需要，在國家A級網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了國家B級網(wǎng)（又稱國家高精度GPS網(wǎng)）。布測工作從1991年開始，經(jīng)過5年努力完成外業(yè)工作，內(nèi)業(yè)計算已基本完成，不日將公布使用。全網(wǎng)基本均勻布點(diǎn)，覆蓋全國，共布測818個點(diǎn)左右，總獨(dú)立基線數(shù)2200多條，平均邊長在我國東部地區(qū)為50km，中部地區(qū)為100km，西部地區(qū)為150km，經(jīng)整體平差后，點(diǎn)位地心坐標(biāo)精度達(dá)±0.1m，GPS基線邊長相對中誤差可達(dá)2.0×10-8,高程分量相對中誤差為3.0×10-8。新布成的國家A、B級網(wǎng)已成為我國現(xiàn)代大地測量和基礎(chǔ)測繪的基本框架，將在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。國家A、B級網(wǎng)以其特有的高精度把我國傳統(tǒng)天文大地網(wǎng)進(jìn)行了全面改善和加強(qiáng)，從而克服了傳統(tǒng)天文大地網(wǎng)的精度不均勻，系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測量手段不可避免的缺點(diǎn)。通過求定A、B級GPS網(wǎng)與天文大地網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立起了地心參考框架和我國國家坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而使國家大地點(diǎn)的服務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域更寬廣。利用A、B級GPS網(wǎng)的高精度三維大地坐標(biāo)，并結(jié)合高精度水準(zhǔn)聯(lián)測，從而大大提高了確定我國大地水準(zhǔn)面的精度，特別是克服我國西部大地水準(zhǔn)面存在較大系統(tǒng)誤差的缺陷。3.對老網(wǎng)進(jìn)行加密

對于已有的地面控制網(wǎng)，除了本身點(diǎn)位密度不夠以外，人為的破壞也相當(dāng)嚴(yán)重，為了滿足基本建設(shè)的急需，采用GPS技術(shù)對重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行控制點(diǎn)加密是一種行之有效的手段。布設(shè)加密網(wǎng)時要盡量和本區(qū)域的高等級控制點(diǎn)重合，以便較好地把新網(wǎng)同老網(wǎng)匹配好，從而避免控制點(diǎn)誤差的傳遞。4.擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面GPS技術(shù)用于建立大地控制網(wǎng)，在確定平面位置的同時，能夠以很高的精度確定控制點(diǎn)間的相對大地高差，如何充分利用這種高差信息是近幾年許多學(xué)者熱烈討論的一個話題。由于地形圖測繪和工程建設(shè)者依據(jù)水準(zhǔn)高程，因此必須把GPS測得的大地高差以某種方式轉(zhuǎn)化成水準(zhǔn)高差，才便于工程建設(shè)使用。通常的方法是：采用一定密度及合理分布的GPS水準(zhǔn)高聯(lián)測點(diǎn)（即GPS點(diǎn)上聯(lián)測水準(zhǔn)高程），用數(shù)學(xué)手段擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面。利用區(qū)域地球重力場模型來改化GPS大地高為水準(zhǔn)高。10.2GPS在精密工程測量及變形監(jiān)測中的應(yīng)用

精密工程測量和變形監(jiān)測，是以毫米級乃至亞毫米級精密為目的的工程測量工作。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件性能不斷改進(jìn)，目前GPS已可用于精密工程測量和工程變形監(jiān)測。10.2.1GPS用于建立精密工程控制網(wǎng)的可行性目前我國精密工程控制網(wǎng)，一般都用ME5000測距儀和T3精密光學(xué)經(jīng)緯儀來施測。為研究用GPS來建立精密工程控制網(wǎng)的可行性，武漢測繪科技大學(xué)在某山區(qū)水利工程布設(shè)了如圖10-1所示的精密工程控制網(wǎng)。該網(wǎng)由5個點(diǎn)組成，每點(diǎn)都建立水泥墩，設(shè)有強(qiáng)制對中裝置。試驗(yàn)網(wǎng)最長邊為1313.5m，最短邊長為359.5m，平均為701.3m。試驗(yàn)時先用ME5000測邊，用T3測角，然后用GPS施測。接收機(jī)采用TurboRogueSNR-8000，時段長為2小時，用GAMIT軟件、精密星歷解算，起算點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)通過與武漢測繪科技大學(xué)跟蹤站聯(lián)測求出。經(jīng)平差計算，求出全網(wǎng)各邊的長及點(diǎn)位坐標(biāo)，結(jié)果見表10-1和表10-2。由表10-1可看出，GPS測出的邊長與ME5000測出的同一條邊長較差中誤差為±0.34mm，其中較差ΔS有正有負(fù)，無系統(tǒng)性差異。從表10-2可看出，GPS測出20點(diǎn)位坐標(biāo)與用ME5000和T3求出的點(diǎn)位坐標(biāo)較差中誤差為±0.29mm,其中較差δ有正、有負(fù)，也無系統(tǒng)性差異，從而可認(rèn)為，完全可用GPS來建立精密工程控制網(wǎng)。表10-1GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)邊長比較表邊名SGPSSME5000ΔS2-3466244.1466244.3-0.22-4652860.9652861.4-0.54-5642664.7642664.3+0.42-5748678.5748678.8-0.31-51313474.21313470.5-0.31-41178112.51178112.4+0.13-5359343.8359344.0-0.21-2582651.0582650.7+0.33-4359894.2359893.7+0.510.2.2GPS用于工程變形監(jiān)測的可行性10.2.3隔河巖水庫大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖水庫位于湖北省長陽縣境內(nèi)，是清江中游的一個水利水電工程——隔河巖水電站。隔河巖水電站的大壩為三圓心變截面重力拱壩，壩長653m，壩高151m。隔河巖大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)于1998年3月投入運(yùn)行，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理三大部分組成。

隔河巖大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)德國的一個車輛導(dǎo)航系統(tǒng)用該車輛導(dǎo)航系統(tǒng)重新生成的道路圖GPS在地球動力學(xué)及地震研究中的應(yīng)用GPS在地球動力學(xué)中的應(yīng)用，主要是用GPS來監(jiān)測全球和區(qū)域板塊運(yùn)動，監(jiān)測區(qū)域和局部地殼運(yùn)動，從而進(jìn)行地球成因及動力機(jī)制的研究。武漢測繪科技大學(xué)，利用云南滇西兩期GPS監(jiān)測資料，反演紅河斷裂帶低下斷層活動模式，對1996年云南麗江地震作了較為準(zhǔn)確地中期預(yù)報，其位置誤差為27km，震源深度誤差為0～6km，震級完全準(zhǔn)確。揭示了用GPS監(jiān)測資料做中期地震預(yù)報可能性。GPS地殼形變觀測GPS地殼形變觀測太陽能電池GPS在氣象中的應(yīng)用GPS的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是氣象學(xué)研究。利用GPS理論和技術(shù)來遙測地球大氣，進(jìn)行氣象學(xué)的理論和方法研究，如測定大氣溫度及水汽含量，監(jiān)測氣候變化等，叫GPS氣象學(xué)（GPS/MET）。GPS氣象學(xué)的研究始于80年代后期，最先在美國起步，在美國取得理想的試驗(yàn)結(jié)果后，在其他國家如日本也逐步開始GPS在氣象中的應(yīng)用。GPS在氣象中的應(yīng)用根據(jù)GPS/MET觀測站的空間分布來分類，可以分為兩大類：※地基GPS氣象學(xué)※空基GPS氣象學(xué)GPS/MET探測數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣（全球）、高垂直分辨率、高精度和高長期穩(wěn)定的特點(diǎn)。對它的研究將給天氣預(yù)報、氣候和全球變化監(jiān)測等領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。GPS探風(fēng)系統(tǒng)GPS氣象觀測儀器GPS氣象觀測儀器GPS在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在軍事、精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)管理、旅游和野外考察中都有廣泛的應(yīng)用軍事上的應(yīng)用協(xié)同作戰(zhàn)方面GPS可為各級指揮系統(tǒng)提供