GPS系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)

1、xxx,成都市國(guó)土規(guī)劃地籍事務(wù)中心,城鎮(zhèn)土地調(diào)查和GPS基礎(chǔ)知識(shí),1、GPS的形成與發(fā)展,一、GPS概述,“子午儀“(TRANSIT)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),GPS系統(tǒng)的研制,全球定位系統(tǒng)（GPS）,2、GPS的特點(diǎn)和應(yīng)用,一、GPS概述,特點(diǎn),全球、全天候工作,定位精度高,功能多，應(yīng)用廣,軍事和民用方面應(yīng)用非常廣泛。尤其在軍事指揮方面，GPs系統(tǒng)由于提供了統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、空間坐標(biāo)以及實(shí)時(shí)位置，因而對(duì)協(xié)同作戰(zhàn)具有重要意義。它能給各級(jí)指揮系統(tǒng)提供各種目標(biāo)和事件所發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。有了統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，就能實(shí)現(xiàn)快速通信同步，進(jìn)行有效的電子戰(zhàn)和反干擾。,地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步 跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定

2、軌,用戶部分： 接收并測(cè)衛(wèi)星信號(hào) 記錄處理數(shù)據(jù) 提供導(dǎo)航定位信息,二、GPS的系統(tǒng)組成,空間部分： 提供星歷和時(shí)間信息 發(fā)射偽距和載表信號(hào) 提供其它輔助信息,空間部分,24顆衛(wèi)星（21+3） 6個(gè)軌道平面 55軌道傾角 20200km軌道高度（地面高度） 12小時(shí)（恒星時(shí)）軌道周期 5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）,地面控制部分,一個(gè)主控站：科羅拉多斯必靈司 三個(gè)注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥伽西亞(Diego Garcia) 卡瓦加蘭(kwajalein) 五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷（Hawaii),Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,

3、kwajalein,用戶部分,通用接收機(jī)（定位型）：,導(dǎo)航型接收機(jī)一般情況下無(wú)數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲(chǔ)設(shè)備,距 離 測(cè) 定 原 理,三、GPS定位的基本原理,距 離 測(cè) 定 原 理,距 離 測(cè) 定 原 理,距離 = 傳播時(shí)間 x 光速,距 離 測(cè) 定 原 理,我 們 必 定 在 以 R1 為 半 徑 的 球 面 的 某 個(gè) 點(diǎn) 上,R1,點(diǎn) 位 測(cè) 定 原 理,2 個(gè) 球 面 相 交 成 一 個(gè) 圓 弧 點(diǎn) 位 被 限 制 在 一 曲 線 上,R1,R2,點(diǎn) 位 測(cè) 定 原 理,3 個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn) 3 個(gè)距離段可以確定緯度、經(jīng)度和高程 點(diǎn) 的 空 間 位 置 被 確 定,R1,R2,R3,點(diǎn) 位

4、 測(cè) 定 原 理,衛(wèi) 星 可 被 看 作 是 在 固 定 的 軌 道 上 運(yùn) 動(dòng) 空 中 觀 測(cè) 目 標(biāo) 每 顆 衛(wèi) 星 播 發(fā) 獨(dú) 立 的 時(shí) 間 碼 進(jìn) 行 距 離 測(cè) 量 常 規(guī) GPS 接 收 儀 內(nèi) 置 較 為 廉 價(jià) 的 鐘，這 些 鐘 的 計(jì) 時(shí) 精度 比 衛(wèi) 星 上 內(nèi) 置 鐘 的 精 度 低 得 多 無(wú) 線 電 電 波 以 光 速 傳 播 ( 距 離 = 光 速 x 時(shí) 間) 設(shè) 想 一 下 接 收 儀 上 鐘 的 誤 差 對(duì) 距 離 測(cè) 定 的 影 響 1/10 秒 的 測(cè) 時(shí) 誤 差 將 引 起 30,000 Km 的 距 離 誤 差 1/1,000,000 秒 的 測(cè)

5、時(shí) 誤 差 將 引 起 300 m 的 距 離 誤 差,點(diǎn) 位 測(cè) 定 原 理,4 段 距 離 解 決 了 緯 度，經(jīng) 度，高 程 和 時(shí) 間 四 個(gè) 未 知 數(shù) 這 就 類 似 于 測(cè) 邊 交 會(huì) 問 題 的 解 決 原 理,點(diǎn) 位 確 定,三、GPS定位的基本原理,誤差,與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差,與傳播途徑有關(guān)的誤差,與GPS 接收機(jī)有關(guān)的誤差,衛(wèi)星星歷誤差,衛(wèi)星鐘差,SA干擾誤差,電離層折射,對(duì)流層折射,多路徑效應(yīng),接收機(jī)鐘差,接收機(jī)的位置誤差,接收機(jī)天線相位中心偏差,多路徑效應(yīng)示意圖：,四、GPS接收機(jī)的分類,按照原理、用途、功能來(lái)分類,用途,載波頻率,工作原理,導(dǎo)航型接收機(jī),測(cè)地型接收

6、機(jī),平方型接收機(jī),混合型接收機(jī),干涉型接收機(jī),單頻接收機(jī),雙頻接收機(jī),通道種類,多通道接收機(jī),序貫通道接收機(jī),五、RTK測(cè)量技術(shù),常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real-time kinematic）方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK技術(shù)簡(jiǎn)單介紹,發(fā)射電臺(tái),GPS主機(jī),基準(zhǔn)站,移動(dòng)站,GPS主機(jī),RTK測(cè)量原理圖,采集器,接收電臺(tái),五、RTK測(cè)量技

7、術(shù),RTK技術(shù)簡(jiǎn)單介紹,天寶RTK系統(tǒng)組成,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成和作用,RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成,作用：求出GPS實(shí)時(shí)相位差分改正值，然后將改正值通過(guò)數(shù)傳電臺(tái) 及時(shí)傳遞給流動(dòng)站以精化其GPS觀測(cè)值，進(jìn)而得到更為精確的實(shí)時(shí)位 置信息。,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK流動(dòng)站的組成和作用,RTK系統(tǒng)流動(dòng)站的組成,作用：流動(dòng)站的UHF電臺(tái)接收基準(zhǔn)站的信號(hào)，同時(shí)也接收相同的衛(wèi) 星信號(hào)，用配備的TSC1控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)解算,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK定位測(cè)量的準(zhǔn)備工作,外業(yè)踏勘 收集資料 制訂觀測(cè)計(jì)劃 星歷預(yù)報(bào) 器材準(zhǔn)備 運(yùn)輸工具,經(jīng)檢定合格的GPS接收機(jī)基準(zhǔn)站+流動(dòng)站（含TSC1）一套;1

8、2V/60A電源（含充電器），數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)一套;手機(jī)或?qū)χv機(jī)（每臺(tái)GPS接收機(jī)上配一個(gè)）;每臺(tái)GPS接收機(jī)配觀測(cè)記錄手簿一本,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK的作業(yè)方法,架設(shè)基準(zhǔn)站 啟動(dòng)基準(zhǔn)站 啟動(dòng)流動(dòng)站 開始測(cè)量,用戶在距離基站5公里的范圍以內(nèi)設(shè)置作業(yè)區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)選定各個(gè)作業(yè)點(diǎn)，其中一個(gè)作業(yè)點(diǎn)可標(biāo)定為初始化點(diǎn)。用戶在初始點(diǎn)上完成了初始化后，就可以沿著作業(yè)軌跡在每個(gè)作業(yè)點(diǎn)上依次標(biāo)定，在這些作業(yè)點(diǎn)上，用戶只需停留一個(gè)歷元即可完成對(duì)該點(diǎn)坐標(biāo)的精確測(cè)定。,五、RTK測(cè)量技術(shù),RTK的應(yīng)用,RTK技術(shù)用于各種控制測(cè)量 RTK技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中的應(yīng)用,RTK技術(shù)用于各種控制測(cè)量 常規(guī)控制測(cè)量如三角測(cè)量、

9、導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且精度不均勻，外業(yè)中不知道測(cè)量成果的精度。GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量無(wú)需點(diǎn)間通視能夠高精度地進(jìn)行各種控制測(cè)量，但是需要時(shí)候進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測(cè)量。而用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度。這樣可以大大提高作業(yè)效率。應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位可以達(dá)到厘米級(jí)的精度，因此，除了高精度的控制測(cè)量仍采用GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)之外， RTK技術(shù)即可用于地形測(cè)圖中的控制測(cè)量，地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中的控制測(cè)量和界址點(diǎn)點(diǎn)位的測(cè)量。,RTK技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中的應(yīng)用： 地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中

10、應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)定每一宗土地的權(quán)屬界址點(diǎn)以及測(cè)繪地籍與房地產(chǎn)圖， 同上述測(cè)繪地形圖一樣，能實(shí)時(shí)測(cè)定有關(guān)界址點(diǎn)及一些地物點(diǎn)的位置并能達(dá)到要求的厘米級(jí)精度。 將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS系統(tǒng)，可及時(shí)地精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響 GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶，應(yīng)使用全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量工具，采用解析法或 圖解法進(jìn)行細(xì)部測(cè)量。 在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中，RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)地測(cè)定界樁位置，確定土地使用界限范圍、 計(jì)算用地面積。利用RTK技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)定界放樣是坐標(biāo)的直接放樣，建設(shè)用地勘測(cè)定界中 的面積量算，實(shí)際上由GPS軟件中的面積計(jì)算功能直接計(jì)算并進(jìn)性檢核。避免了常規(guī)的 解析法放

11、樣的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了建設(shè)用地勘測(cè)定界的工作程序。,六、VRS測(cè)量技術(shù),概述,GPS實(shí)時(shí)差分定位RTK技術(shù)的缺點(diǎn)： 用戶需要架設(shè)本地參考站 誤差隨距離的增加而增長(zhǎng) 誤差增長(zhǎng)使流動(dòng)站和參考站的距離受到限制，一般 小于15公里 精度為1cm+1ppm，可靠性隨距離增大而降低,六、VRS測(cè)量技術(shù),概述,虛擬參考站方案中VRS的特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 虛擬參考站方案中，VRS的實(shí)施將使一個(gè)地區(qū)的測(cè)繪工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，這改變了以往GPS作業(yè)“單打獨(dú)斗”的局面，同時(shí)它使GPS技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛，使其精度和可靠性得到進(jìn)一步提高，最重要的是建立GPS網(wǎng)絡(luò)的成本降低了很多。,我國(guó)深圳市第一個(gè)建成了VRS技術(shù)衛(wèi)星定位

12、服務(wù)系統(tǒng),六、VRS測(cè)量技術(shù),VRS系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理,控制中心,固定站,用戶部分,整個(gè)系統(tǒng)的核心,固定參考站是固定的GPS接收系統(tǒng)，分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)VRS網(wǎng)絡(luò)可包括無(wú)數(shù)個(gè)站,用戶部分就是用戶的接收機(jī)，加上無(wú)線通訊的調(diào)制解調(diào)器。,系統(tǒng)構(gòu)成,六、VRS測(cè)量技術(shù),VRS系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理,工作原理,與常規(guī)RTK不同，VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時(shí)，移動(dòng)用戶在工作前，先通過(guò)GSM的短信息功能向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心收到這個(gè)位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一組固定基準(zhǔn)站，根據(jù)這些站發(fā)

13、來(lái)的信息，整體的改正GPS的軌道誤差，電離層，對(duì)流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)給移動(dòng)站。這個(gè)差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在移動(dòng)站旁邊，生成一個(gè)虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。,六、VRS測(cè)量技術(shù),VRS的優(yōu)勢(shì),VRS覆蓋范圍： VRS網(wǎng)絡(luò)可以有多個(gè)站，但最少需要3個(gè),VRS的主要優(yōu)勢(shì),費(fèi)用將大幅度降低,相對(duì)傳統(tǒng)RTK，提高了精度，精度始終在12cm。,提高可靠性,六、VRS測(cè)量技術(shù),成都市的VRS現(xiàn)狀,成都VRS系統(tǒng)是我國(guó)目前結(jié)構(gòu)合理、功能完善、覆蓋范圍較大的實(shí)時(shí)型VRS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在接收機(jī)城域網(wǎng)上建立的現(xiàn)代化城市綜合定位服務(wù)系統(tǒng)，有衛(wèi)星跟蹤

14、基準(zhǔn)站、系統(tǒng)控制中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和用戶服務(wù)中心等組成，可全天候向成都及鄰區(qū)的用戶提供米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)實(shí)時(shí)快速定位和毫米級(jí)事后精密定位服務(wù)。,現(xiàn)在已經(jīng)開通的CDVRS系統(tǒng)的7個(gè)基準(zhǔn)站分布在成都、仁壽、郫縣、中江、簡(jiǎn)陽(yáng)、邛崍、雅安等，構(gòu)成了覆蓋成都市的VRS基準(zhǔn)網(wǎng)。,成都VRS系統(tǒng)是我國(guó)目前結(jié)構(gòu)合理、功能完善、覆蓋范圍較大的實(shí)時(shí)型VRS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在接收機(jī)城域網(wǎng)上建立的現(xiàn)代化城市綜合定位服務(wù)系統(tǒng)，有衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站、系統(tǒng)控制中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和用戶服務(wù)中心等組成，可全天候向成都及鄰區(qū)的用戶提供米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)實(shí)時(shí)快速定位和毫米級(jí)事后精密定位服務(wù)。,六、VRS測(cè)量技術(shù),VRS測(cè)量需要的設(shè)備

15、,GPS設(shè)備上網(wǎng)模塊,無(wú)線上網(wǎng)設(shè)備及上網(wǎng)賬號(hào),VRS的接入賬號(hào),常用術(shù)語(yǔ),七、導(dǎo)航GPS接收機(jī)的使用,坐標(biāo)(coordinate),有2維、3維兩種坐標(biāo)表示，當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，它能計(jì)算出本地的3微坐標(biāo)：經(jīng)度、緯度、高度，若只能收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)，它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：精度和緯度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無(wú)效的。,路標(biāo)(Landmark or Waypoint),GPS內(nèi)存中保存的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。在有GPS信號(hào)時(shí)，按一下MARK鍵，就會(huì)把當(dāng)前點(diǎn)記成一個(gè)路標(biāo)，它有個(gè)默認(rèn)的一般是象LMK04之類的名字，你可以修改成一個(gè)易認(rèn)的名字(字母用上下箭頭輸入)，還可以給它選

16、定一個(gè)圖標(biāo)。,常用術(shù)語(yǔ),七、導(dǎo)航GPS接收機(jī)的使用,路線(ROUTE),路線是GPS內(nèi)存中存儲(chǔ)的一組數(shù)據(jù)，包括一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)的坐標(biāo)，還可以包括若干中間點(diǎn)的坐標(biāo)，每?jī)蓚€(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的線段叫一條腿(leg)。常見GPS能存儲(chǔ)20條線路，每條線路30條腿。,前進(jìn)方向(Heading),GPS沒有指北針的功能，靜止不動(dòng)時(shí)它是不知道方向的。但是一旦動(dòng)了起來(lái)，它就能知道自己的運(yùn)動(dòng)方向。,常用術(shù)語(yǔ),七、導(dǎo)航GPS接收機(jī)的使用,導(dǎo)向(Bearing),以設(shè)定“走向”(GOTO)目標(biāo)?！白呦颉蹦繕?biāo)的設(shè)定可以按“GO TO”鍵，然后從列表中選擇一個(gè)路標(biāo)。以后“導(dǎo)向”功能將導(dǎo) 向此路標(biāo) 。 目前有活躍路線(Act

17、ivity route)?；钴S路線一般在設(shè)置-路線菜 單下設(shè)定。如果目前有活動(dòng)路線，那么導(dǎo)向的點(diǎn)是路線中第一 個(gè)路點(diǎn)，每到達(dá)一個(gè)路點(diǎn)后，自動(dòng)指到下一個(gè)路點(diǎn)。,常用術(shù)語(yǔ),七、導(dǎo)航GPS接收機(jī)的使用,日出日落時(shí)間(Sun set/raise time),GPS的時(shí)間是從衛(wèi)星信號(hào)得到的格林尼制時(shí)間，在設(shè)置(setup)菜單里可以設(shè)置本地的時(shí)間偏移，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)+8小時(shí)，此值只與時(shí)間的顯示有關(guān)。,GPS每秒更新一次坐標(biāo)信息，所以可以記載自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。一般GPS能記錄1024個(gè)以上足跡點(diǎn)，在一個(gè)專用頁(yè)面上，以可調(diào)比例尺顯示移動(dòng)軌跡。足跡點(diǎn)的采樣有自動(dòng)和定時(shí)兩種方式自動(dòng)采樣由GPS自動(dòng)決定足跡點(diǎn)的采

18、樣方式，一般是只記錄方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)，長(zhǎng)距離直線行走時(shí)不記點(diǎn)；定時(shí)采樣可以規(guī)定采樣時(shí)間間隔，比如30秒、一分鐘、5分鐘或其他時(shí)間，每隔這么長(zhǎng)時(shí)間記一個(gè)足跡點(diǎn)。在足跡線頁(yè)面上可以清楚地看到自己足跡的水平投影。,足跡線(Plot trail),使用方式,七、導(dǎo)航GPS接收機(jī)的使用,有地圖使用,GPS與詳細(xì)地圖配合使用時(shí)有最好的效果，但是國(guó)內(nèi)大比例尺地圖十分難得，GPS使用效果受到一定限制。 。,無(wú)圖使用這是更為常見的使用方式,使用路點(diǎn)定點(diǎn)：常用于確定巖壁坐標(biāo)、探洞時(shí)確定洞口坐標(biāo)或其 他象線路起點(diǎn)、轉(zhuǎn)折、宿營(yíng)點(diǎn)的坐標(biāo)。 使用路線輸入路線：若能找到以前去過(guò)的朋友記錄的路線信息， 把它們輸入GPS形成線路，或者(常見于原路返回)把以前記錄的路 標(biāo)編輯成一條線路。 回溯功能實(shí)際是輸入線路(route)的一種特殊方法，它在原路返回 時(shí)十分好使。,我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng),八、其他導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹,北斗系統(tǒng)主要有三大功能：快速定位，為服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶提供全天候、實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS相