小地區(qū)控制測(cè)量全解PPT課件

1、第五章 小地區(qū)控制測(cè)量 控制測(cè)量概述 計(jì)算坐標(biāo)和坐標(biāo)方位角的方法 導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作 導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作 交會(huì)定點(diǎn) GPS衛(wèi)星定位測(cè)量 高程控制測(cè)量 第1頁(yè)/共93頁(yè)第一節(jié) 控制測(cè)量概述測(cè)量工作原則：從整體到局部 由高級(jí)到低級(jí) 先控制后碎部 第2頁(yè)/共93頁(yè)控制測(cè)量分類控制測(cè)量平面控制測(cè)量高程控制測(cè)量導(dǎo)線測(cè)量GPS測(cè)量三角測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量GPS高程目的：測(cè)定控制點(diǎn)的平面位置(x，y) 目的：測(cè)定控制點(diǎn)的 高程(H)第3頁(yè)/共93頁(yè)平面控制測(cè)量傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法： 三角測(cè)量：是把地面控制點(diǎn)按三角形的形式連接起來，測(cè)定三角形的所有內(nèi)角，根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)、已知坐標(biāo)方位角和觀測(cè)的水平角進(jìn)行計(jì)算并

2、確定控制點(diǎn)的平面位置。 導(dǎo)線測(cè)量：把控制點(diǎn)連成一系列折線，或構(gòu)成相連接的多邊形，測(cè)定各邊的邊長(zhǎng)和相鄰邊的水平夾角，根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)、已知坐標(biāo)方位角和觀測(cè)值計(jì)算出未知點(diǎn)的平面位置。 第4頁(yè)/共93頁(yè)三角測(cè)量布網(wǎng)形式：三角網(wǎng)按等級(jí)不同分為國(guó)家一等、二等、三等、四等及小三角網(wǎng)（5、10）如圖所示：第5頁(yè)/共93頁(yè)導(dǎo)線測(cè)量布設(shè)形式： 導(dǎo)線測(cè)量布設(shè)形式有：導(dǎo)線網(wǎng)、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線、單一導(dǎo)線形式（附合、閉合和支導(dǎo)線）如下圖所示：導(dǎo)線網(wǎng)結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線第6頁(yè)/共93頁(yè)單一導(dǎo)線形式：附合導(dǎo)線閉合導(dǎo)線支導(dǎo)線第7頁(yè)/共93頁(yè)小地區(qū)控制測(cè)量概念 在小地區(qū)(測(cè)區(qū)面積在10 km2以下)范圍內(nèi)建立的控制網(wǎng)，稱為小地區(qū)控制網(wǎng)。小地區(qū)控制測(cè)

3、量應(yīng)視測(cè)區(qū)的大小建立“首級(jí)控制”和“圖根控制”。首級(jí)控制是加密圖根點(diǎn)的依據(jù)，圖根控制點(diǎn)是直接供測(cè)圖使用的控制點(diǎn)。圖根點(diǎn)的密度應(yīng)根據(jù)測(cè)圖比例尺和測(cè)區(qū)的地形條件而定 。第8頁(yè)/共93頁(yè)控制測(cè)量的主要技術(shù)指標(biāo)第9頁(yè)/共93頁(yè)第二節(jié) 計(jì)算坐標(biāo)和坐標(biāo)方位角的方法 坐標(biāo)正算 ：已知一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)及該點(diǎn)至未知點(diǎn)的距離和坐標(biāo)方位角，計(jì)算未知點(diǎn)坐標(biāo)，稱為坐標(biāo)正算。已知A（xA、yA）、SAB、AB，求B（xB、yB）。 計(jì)算公式： ABABABAByyyxxxABABABABABABDyDxsincosABABABAByyyxxx第10頁(yè)/共93頁(yè)坐標(biāo)反算 已知兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，反求兩點(diǎn)之間的距離和坐標(biāo)方位角，稱為坐

4、標(biāo)反算。 計(jì)算公式：ABABABABABAByxDyxarctg22 注意：求坐標(biāo)方位角時(shí)，需根據(jù)坐標(biāo)增量的正負(fù)號(hào)判斷坐標(biāo)方位角所處的象限。第11頁(yè)/共93頁(yè)坐標(biāo)方位角的推算右21223180 右32334180右43445180右、iii1801i第12頁(yè)/共93頁(yè)坐標(biāo)方位角的推算規(guī)律 1求直線的反坐標(biāo)方位角時(shí)，將其正坐標(biāo)方位角180，就得其反坐標(biāo)方位角。當(dāng)正方位角是第、象限時(shí)，正坐標(biāo)方位角加180得其反坐標(biāo)方位角；當(dāng)正方位角在第、象限時(shí)，正方位角減去180得其反坐標(biāo)方位角。 2后一條直線的坐標(biāo)方位角等于相鄰的前一條直線的坐標(biāo)方位角180后再加左折角或減右折角。第13頁(yè)/共93頁(yè)第三節(jié) 導(dǎo)線

5、測(cè)量的外業(yè)工作 將相鄰控制點(diǎn)用直線連接而構(gòu)成的折線，稱為導(dǎo)線。構(gòu)成導(dǎo)線的控制點(diǎn)，稱為導(dǎo)線點(diǎn)。導(dǎo)線測(cè)量就是依次測(cè)定各導(dǎo)線邊的邊長(zhǎng)和各轉(zhuǎn)折角；根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標(biāo)方位角，從而求出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。 用經(jīng)緯儀測(cè)定各轉(zhuǎn)折角，用鋼尺測(cè)定其邊長(zhǎng)的導(dǎo)線，稱為經(jīng)緯儀導(dǎo)線，用光電測(cè)距儀測(cè)定邊長(zhǎng)的導(dǎo)線，則稱為光電測(cè)距導(dǎo)線。 導(dǎo)線測(cè)量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)的主要方法，特別適用了地物分布比較復(fù)雜的城市建筑區(qū)，通視較困難的隱蔽地區(qū)、帶狀地區(qū)以及地下工程等控制點(diǎn)的測(cè)量。 導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)包括踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志、量距、測(cè)角等工作 。第14頁(yè)/共93頁(yè)踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志 踏勘的目的是為了了解測(cè)區(qū)地形情況并尋找測(cè)區(qū)周圍的已

6、知控制點(diǎn)。選點(diǎn)是根據(jù)已知控制點(diǎn)的分布、測(cè)區(qū)地形條件和測(cè)圖及工程要求來布設(shè)測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)。第15頁(yè)/共93頁(yè)選點(diǎn)要求 1相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間應(yīng)通視良好，地面較平坦，便于測(cè)角和量距。 2導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、便于保存標(biāo)志和安置儀器的地方。 3導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選在視野開闊處，以便施測(cè)周圍地形。 4導(dǎo)線各邊的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能大致相等，其平均邊長(zhǎng)應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。 5導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)有足夠的密度，分布均勻合理，以便能夠控制整個(gè)測(cè)區(qū)。 第16頁(yè)/共93頁(yè)建立點(diǎn)標(biāo)志 選擇點(diǎn)標(biāo)志的類型：要視其精度等級(jí)、使用時(shí)間的長(zhǎng)短和地面的土質(zhì)情況而定。如下圖：第17頁(yè)/共93頁(yè)測(cè)量邊長(zhǎng) 導(dǎo)線邊長(zhǎng)可以用光電測(cè)距儀測(cè)定，也可以用檢定過的鋼尺按精密量距的方法進(jìn)

7、行丈量。對(duì)于圖根導(dǎo)線應(yīng)往返丈量一次。當(dāng)尺長(zhǎng)改正數(shù)小于尺長(zhǎng)的110000時(shí)，量距時(shí)的平均尺溫與檢定時(shí)溫度之差小于10、尺面傾斜小1.5時(shí)，可不進(jìn)行尺長(zhǎng)、溫度和傾斜改正。取其往返丈量的平均值作為結(jié)果，測(cè)量精度不得低于13000 。第18頁(yè)/共93頁(yè)水平角測(cè)量 導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角有左角和右角之分，位于前進(jìn)方向左側(cè)的水平角，稱為左角，反之則為右角。對(duì)于附合導(dǎo)線，通常觀測(cè)左角。對(duì)于閉合導(dǎo)線，應(yīng)觀測(cè)內(nèi)角，測(cè)角的要求應(yīng)按測(cè)量規(guī)范執(zhí)行。 為了使測(cè)區(qū)的導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)與國(guó)家或地區(qū)坐標(biāo)系相統(tǒng)一，取得坐標(biāo)方位角的起算數(shù)據(jù)，布設(shè)的導(dǎo)線應(yīng)與高級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行連測(cè)。第19頁(yè)/共93頁(yè)導(dǎo) 線 測(cè) 量第20頁(yè)/共93頁(yè)第四節(jié) 導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)

8、工作 導(dǎo)線測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)的目的就是根據(jù)已知的起始數(shù)據(jù)和外業(yè)的觀測(cè)成果計(jì)算出導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。進(jìn)行內(nèi)業(yè)工作以前，要仔細(xì)檢查所有外業(yè)成果有無遺漏、記錯(cuò)、算錯(cuò)，成果是否都符合精度要求，保證原始資料的準(zhǔn)確性。 第21頁(yè)/共93頁(yè)閉合導(dǎo)線的計(jì)算計(jì)算步驟： 整理已知和觀測(cè)數(shù)據(jù)并繪草圖。 計(jì)算導(dǎo)線閉合差。 推算坐標(biāo)方位角。 計(jì)算坐標(biāo)增量和坐標(biāo)閉合差。 計(jì)算坐標(biāo)改正數(shù)。 計(jì)算各未知點(diǎn)的坐標(biāo)。第22頁(yè)/共93頁(yè)閉合導(dǎo)線計(jì)算方法與步驟繪制草圖第23頁(yè)/共93頁(yè)角度閉合差的計(jì)算 角度閉合差為： 觀測(cè)角為內(nèi)角時(shí)：f=-(n-2)180 觀測(cè)角為外角時(shí)：f=-(n+2)180 附合限差要求后，按角度個(gè)數(shù)平均分配角度閉合差第24頁(yè)

9、/共93頁(yè)坐標(biāo)方位角的推算右、iii1801i使用下面公式依次推算出各邊的坐標(biāo)方位角第25頁(yè)/共93頁(yè)坐標(biāo)增量及坐標(biāo)閉合差的計(jì)算 坐標(biāo)增量的計(jì)算公式： 坐標(biāo)閉合差的計(jì)算公式：ABABABABABABDyDxsincos測(cè)測(cè)yfxfyx22yxDfffDDfDDfK1第26頁(yè)/共93頁(yè)坐標(biāo)增量改正數(shù)的計(jì)算坐標(biāo)增量改正數(shù)計(jì)算公式：iiyyiixxiDDfDDfyyixxiff檢核條件：第27頁(yè)/共93頁(yè)各未知點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算計(jì)算公式為：改后前改后前yyyxxx第28頁(yè)/共93頁(yè)附合導(dǎo)線的坐標(biāo)計(jì)算 附合導(dǎo)線的坐標(biāo)計(jì)算方法和閉合導(dǎo)線基本相同，但由于二者布設(shè)形式不同，使得角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差的計(jì)算稍有

10、不同，下面僅介紹這兩項(xiàng)的計(jì)算方法。第29頁(yè)/共93頁(yè)附合導(dǎo)線角度閉合差的計(jì)算計(jì)算公式為：180n始終終終f第30頁(yè)/共93頁(yè)附合導(dǎo)線坐標(biāo)閉合差的計(jì)算計(jì)算公式為：）（）（始終測(cè)始終測(cè)yyfxxfyxyx第31頁(yè)/共93頁(yè)第五節(jié) 交會(huì)定點(diǎn)交會(huì)測(cè)量測(cè)角交會(huì)測(cè)邊交會(huì)其它交會(huì)前方交會(huì)側(cè)方交會(huì)后方交會(huì)第32頁(yè)/共93頁(yè)前方交會(huì) 在至少兩個(gè)已知點(diǎn)上設(shè)站，測(cè)量水平角，根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)和觀測(cè)的水平角計(jì)算出未知點(diǎn)的坐標(biāo)，這種測(cè)量方法叫做前方交會(huì)。如下圖所示： 前方交會(huì) 前方交會(huì)計(jì)算第33頁(yè)/共93頁(yè)前方交會(huì)計(jì)算計(jì)算公式（余切公式）：cotcotcotcotcotcotcotcotBABAPABBAPxxyyyyyx

11、xx使用余切公式應(yīng)注意：已知點(diǎn)A、B和待定點(diǎn)P 要按A、B、P 逆時(shí)針順序編號(hào)在A點(diǎn)觀測(cè)為角，在B點(diǎn)觀測(cè)為角，決不能對(duì)調(diào)或任意編號(hào) 。第34頁(yè)/共93頁(yè) 側(cè)方交會(huì)側(cè)方交會(huì) 在一個(gè)已知點(diǎn)和一個(gè)未知點(diǎn)上設(shè)站，觀測(cè)水平角，再根據(jù)已知點(diǎn)和觀測(cè)水平角計(jì)算出未知點(diǎn)的坐標(biāo)，這種交會(huì)測(cè)量叫側(cè)方交會(huì)。如下圖所示：第35頁(yè)/共93頁(yè)側(cè)方交會(huì)計(jì)算 側(cè)方交會(huì)計(jì)算時(shí)，通常先按 求出B點(diǎn)的水平角值，然后再根據(jù)A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)和、值，用前方交會(huì)方法計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)。 180第36頁(yè)/共93頁(yè)后方交會(huì) 只在未知點(diǎn)上設(shè)站，觀測(cè)至少三個(gè)已知點(diǎn)的水平角，從而根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出未知點(diǎn)的坐標(biāo)。如下圖所示： 后方交會(huì) 后方交會(huì)計(jì)算第37頁(yè)/

12、共93頁(yè)后方交會(huì)的計(jì)算 如圖上圖所示，設(shè) ，則有： 由正弦定律得： 由上兩式可得：，BCPBAPCBA360sinsinsinsinBCBPABBPDDDDcoscotsinsinsincoscossinsinsinsinsinsinsinBCABDD第38頁(yè)/共93頁(yè)后方交會(huì)計(jì)算（續(xù)前） 由上面運(yùn)算得：sinsinsincotcotBCABDDsinsinsincotcotBCABDDarcABAPABAPDDsin180sinAPAPAPAPAPAPDyyDxxsincos第39頁(yè)/共93頁(yè)后方交會(huì)的危險(xiǎn)問題 當(dāng)待定點(diǎn)P正好位于通過3個(gè)已知點(diǎn)A、B、C的圓周上時(shí)，則無解(或無窮多解)。因?yàn)?/p>

13、P點(diǎn)處在圓周的任何位置上，其和角均不變，此時(shí)后方交會(huì)就無法解算。因此，我們把通過3個(gè)已知點(diǎn)的圓稱為危險(xiǎn)圓。在進(jìn)行后方交會(huì)時(shí)，應(yīng)盡量避免待定點(diǎn)位于危險(xiǎn)圓上及其附近。 第40頁(yè)/共93頁(yè)測(cè)邊交會(huì) 如圖所示，A、B為已知點(diǎn)，P為待定點(diǎn)，測(cè)量AP及BP的邊長(zhǎng)D1及D2，從而可計(jì)算出P點(diǎn)的坐標(biāo)。這種觀測(cè)待定點(diǎn)至兩個(gè)已知點(diǎn)間的距離然后根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)及觀測(cè)邊長(zhǎng)，求出待定點(diǎn)的坐標(biāo)的方法稱為測(cè)邊交會(huì)。第41頁(yè)/共93頁(yè)測(cè)邊交會(huì)的計(jì)算 已知點(diǎn)坐標(biāo)反算。根據(jù)兩已知點(diǎn)的坐標(biāo)，按坐標(biāo)反算公式計(jì)算已知點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)DAB及AB。計(jì)算AP及BP的方位角，按余弦定理，得 ：2212222222122arccos2arccosD

14、DDDDBDDDDDAABABABABBABABPABAP第42頁(yè)/共93頁(yè)測(cè)邊交會(huì)的計(jì)算（續(xù)前） 待定點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算 或 APAPAPAPAPAPDyyDxxsincosBPBPBPBPBPBPDyyDxxsincos第43頁(yè)/共93頁(yè)第六節(jié) GPS衛(wèi)星定位測(cè)量 概述 GPS系統(tǒng)的組成 GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng) GPS衛(wèi)星信號(hào) GPS衛(wèi)星定位基本原理 GPS接收機(jī) GPS測(cè)量的作業(yè)模式 GPS測(cè)量的實(shí)施 GPS測(cè)量誤差 第44頁(yè)/共93頁(yè)概述 1973年12月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)它的陸?？杖娐?lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS，它是英文“Global Positioning System的縮寫詞。其意為“衛(wèi)

15、星測(cè)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。第45頁(yè)/共93頁(yè)GPS應(yīng)用 GPS精密定位技術(shù)已廣泛地滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，特別是在大地測(cè)量及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，如地球動(dòng)力學(xué)、海洋大地測(cè)量學(xué)、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、工程測(cè)量學(xué)等方面的廣泛應(yīng)用，充分地顯示了這一衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度和高效益 。第46頁(yè)/共93頁(yè)GPS的優(yōu)點(diǎn)1布網(wǎng)靈活。GPS點(diǎn)之間不要求相互通視，對(duì)GPS網(wǎng)的幾何圖形也沒有嚴(yán)格要

16、求，從而使GPS點(diǎn)位的選擇更為靈活，可以自由布設(shè)。2定位精度高。目前采用載波相位進(jìn)行相對(duì)定位，精度可達(dá)1 ppm。3觀測(cè)速度快。目前，利用靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為1-3h。如果采用快速靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)觀測(cè)時(shí)間可縮短至數(shù)分鐘。4功能齊全。GPS測(cè)量可同時(shí)測(cè)定測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程。采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量還可進(jìn)行施工放樣。5操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，作業(yè)員在觀測(cè)中只需安置和開啟、關(guān)閉儀器、量取天線高度、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)及采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其它如捕獲、跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星和記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)等系列測(cè)量工作均由儀器自動(dòng)完成。6全天候、全球性作業(yè)。由

17、于GPS衛(wèi)星有24顆且分布合理，在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻均可連續(xù)同步觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星，因此在任何地點(diǎn)任何時(shí)間均可進(jìn)行GPS測(cè)量。GPS測(cè)量一般不受天氣狀況的影響。 第47頁(yè)/共93頁(yè)GPS系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)空間星座部分 地面監(jiān)控部分 用戶設(shè)備部分 GPS系統(tǒng)空間部分是指GPS的工作衛(wèi)星星座。GPS工作衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成。其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星，均勻分布在6個(gè)軌道面上。 GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分目前由5個(gè)地面站組成，包括主控站、信息注入站和監(jiān)測(cè)站。主控站設(shè)在美國(guó)本土科羅拉多(Colorado Springs)的聯(lián)合空間執(zhí)行中心CSOC。 GPS用戶設(shè)備部分由GPS接收機(jī)硬

18、件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成。GPS接收機(jī)硬件功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)。GPS軟件作用是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工以便獲得精密定位結(jié)果。第48頁(yè)/共93頁(yè)GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng) WGS-84大地坐標(biāo)系 ：GPS衛(wèi)星定位測(cè)量所采用的坐標(biāo)系是WGS-84(World Geodetic System 1984)協(xié)議地球坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系是協(xié)議地球(心)坐標(biāo)系，是美國(guó)國(guó)防部研制建立的大地坐標(biāo)系。 國(guó)家大地坐標(biāo)系 ：我國(guó)目前采用的大地坐標(biāo)系為1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱C80)，亦稱西安坐標(biāo)系。在此之前的采用1954年北京坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱P54)。這兩個(gè)大地坐標(biāo)系均屬于參心坐標(biāo)系

19、，所謂參心，是指參考橢球的中心。由于參考橢球中心一般與地球質(zhì)心不致，故參心坐標(biāo)系又稱非地心坐標(biāo)系。 第49頁(yè)/共93頁(yè)GPS衛(wèi)星信號(hào) GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號(hào)包括載波信號(hào)、P碼、CA碼和數(shù)據(jù)碼(或稱D碼)等多種信號(hào)分量，而其中的P碼、CA碼統(tǒng)稱為測(cè)距碼。第50頁(yè)/共93頁(yè)GPS衛(wèi)星定位基本原理 GPS衛(wèi)星定位原理是空間距離交會(huì)法。根據(jù)測(cè)距原理，其定位方法主要有偽距法定位、載波相位測(cè)量定位和GPS差分定位。對(duì)于待定點(diǎn)位，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位是指用GPS測(cè)定相對(duì)于地球不運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)位。GPS接收機(jī)安置在該點(diǎn)上，接收數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)時(shí)間，以確定其三維坐標(biāo)，又稱為絕對(duì)定位。動(dòng)態(tài)定位

20、是確定運(yùn)動(dòng)物體的三維坐標(biāo)。若將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)分別安置在固定不變的待定點(diǎn)上，通過同步接收衛(wèi)星信號(hào)，確定待測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，稱為相對(duì)定位。 第51頁(yè)/共93頁(yè)偽距觀測(cè)值及偽距單位定點(diǎn) 偽距測(cè)量就是測(cè)定由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得的距離。 偽距法單點(diǎn)定位，就是利用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)定的四顆以上GPS衛(wèi)星偽距及從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中獲得的衛(wèi)星位置。采用距離交會(huì)法求定天線所在的三維坐標(biāo)。 由于大氣延遲、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差等誤差影響，偽距法單點(diǎn)定位精度不高。 第52頁(yè)/共93頁(yè)載波相位觀測(cè)值及觀測(cè)方程 載波相位觀測(cè)值第53頁(yè)/共93頁(yè)載波相位觀測(cè)值及觀測(cè)方程

21、 衛(wèi)星到接收機(jī)天線之間用載波相位表達(dá)的距離觀測(cè)值為： 220NSR載波相位測(cè)量觀測(cè)方程： 0tan1NffRcfstT0tanNccRstTI第54頁(yè)/共93頁(yè)載波相位測(cè)量相對(duì)定位 用載波相位測(cè)量進(jìn)行相對(duì)定位一般是用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，分別安置在測(cè)線兩端(該測(cè)線稱為基線)，固定不動(dòng)，同步接收GPS衛(wèi)星信號(hào)。利用相同衛(wèi)星的相位觀測(cè)值進(jìn)行解算，求定基線端點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的相對(duì)位置或基線向量。當(dāng)其中一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)己知，則可推算另一個(gè)待定點(diǎn)的坐標(biāo)。第55頁(yè)/共93頁(yè)載波相位相對(duì)定位方法 載波相位相對(duì)定位普遍采用將相位觀測(cè)值進(jìn)行線性組合的方法。其具體方法有三種，即單差法、雙差法和三差法。第56頁(yè)/共

22、93頁(yè)觀測(cè)方程1、單差觀測(cè)方程 iiTTIIiiiNNcfcffRRcft020121212tan1tan21122、雙差觀測(cè)方程 jijjiijiijNNRRRRcft12122121121212ijijijjjiiNRcfNRRRRcf12121221213、三差觀測(cè)方程 1111212121212tRtRcfttttijijijijij，第57頁(yè)/共93頁(yè)GPS實(shí)時(shí)差分定位 GPS差分定位的原理是在已有精確地心坐標(biāo)點(diǎn)安放GPS接收機(jī)(稱為基準(zhǔn)站)，利用已知地心坐標(biāo)和星歷計(jì)算GPS觀測(cè)值的校正值，并通過無線電通訊設(shè)備(稱為數(shù)據(jù)鏈)將校正值發(fā)送給運(yùn)動(dòng)中的GPS接收機(jī)(稱為流動(dòng)臺(tái))。流動(dòng)臺(tái)利用

23、校正值對(duì)自己的GPS觀測(cè)值進(jìn)行修正，從而提高實(shí)時(shí)定位精度。 第58頁(yè)/共93頁(yè)GPS差分定位系統(tǒng) GPS差分定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)臺(tái)、流動(dòng)臺(tái)和無線電通訊鏈三部分組成。 GPS差分定位第59頁(yè)/共93頁(yè)GPS動(dòng)態(tài)差分方法1位置差分：是將基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)偽距單點(diǎn)定位得到的坐標(biāo)值與已知坐標(biāo)作差分，無線電傳送的是坐標(biāo)修正值，流動(dòng)站用坐標(biāo)修正值對(duì)其坐標(biāo)進(jìn)行修正。 2偽距差分(RTD)：利用基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷求衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的幾何距離，作為距離精確值。將此值與基準(zhǔn)站所測(cè)偽距值求差，作為差分修正值，通過數(shù)據(jù)鏈傳給流動(dòng)臺(tái)。流動(dòng)臺(tái)接收差分信號(hào)后，對(duì)所接收的每顆衛(wèi)星偽距觀測(cè)值進(jìn)行修正，然后再進(jìn)行單點(diǎn)定位。 第60頁(yè)

24、/共93頁(yè)GPS動(dòng)態(tài)差分方法3載波相位實(shí)時(shí)差分(RTK)：由于載波相位觀測(cè)值精度高，若通過數(shù)據(jù)鏈將基準(zhǔn)站載波相位觀測(cè)值傳送到流動(dòng)臺(tái)，在流動(dòng)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)載波相位數(shù)據(jù)處理，其定位精度可達(dá)到1-2 cm。RTK差分距離不可太遠(yuǎn)，目前最遠(yuǎn)可到30 km。此外，流動(dòng)臺(tái)是否能進(jìn)行RTK差分，取決于數(shù)據(jù)通訊的可靠性和流動(dòng)臺(tái)載波相位觀測(cè)值是否失鎖。目前在城市測(cè)量中因受周圍環(huán)境影響，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK還很難使用，但在空曠地區(qū)、海上應(yīng)用較多。4廣域差分：廣域差分是利用大范圍內(nèi)建立的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)。利用跟蹤網(wǎng)已知坐標(biāo)和原子鐘，求每顆衛(wèi)星的星歷改正值、衛(wèi)星鐘改正值及電離層改正參數(shù)，并通過無線電臺(tái)向用戶流動(dòng)臺(tái)發(fā)送。流

25、動(dòng)臺(tái)接收這些修正信息后對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正。差分修正后的精度可達(dá)到1-3m。差分范圍可達(dá)到1000 km。 第61頁(yè)/共93頁(yè)GPS接收機(jī) GPS接收機(jī)是用來接收、處理和測(cè)量GPS衛(wèi)星信號(hào)的專門設(shè)備。 第62頁(yè)/共93頁(yè)第63頁(yè)/共93頁(yè)GPS接收機(jī)的基本工作原理 GPS接收機(jī)原理圖第64頁(yè)/共93頁(yè)GPS接收機(jī)的分類 根據(jù)接收機(jī)的工作原理分：可分為碼相關(guān)型接收機(jī)、平方型接收機(jī)、碼相位型接收機(jī)和混合型接收機(jī)四種。 根據(jù)接收機(jī)信號(hào)通道的類型分 ：可分為貫序通道接收機(jī)、多路復(fù)用通道接收機(jī)和多通道接收機(jī) 。 根據(jù)接收的衛(wèi)星信號(hào)頻率分 ：可分為單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)兩種類型 。 根據(jù)接收機(jī)的用途分 ：可分

26、為導(dǎo)航型、測(cè)量型和按時(shí)型三種類型。 第65頁(yè)/共93頁(yè)GPS測(cè)量的作業(yè)模式 GPS測(cè)量的作業(yè)模式，是指利用GPS定位技術(shù)確定觀測(cè)站之間相對(duì)位置所采用的作業(yè)方式，它與GPS接收設(shè)備的硬件和軟件密切相關(guān)。不同的作業(yè)模式，其作業(yè)方法、觀測(cè)時(shí)間及應(yīng)用范圍亦不同。 近年來，由于GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的發(fā)展。目前已有多種作業(yè)模式可供選擇。作業(yè)模式主要有靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位及動(dòng)態(tài)定位等。第66頁(yè)/共93頁(yè)靜態(tài)定位模式 靜態(tài)定位模式是將GPS接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，觀測(cè)中保持固定不動(dòng)，以便能通過重復(fù)觀測(cè)取得足夠的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，以提高定位的精度。 這種作業(yè)模式般是采用兩套或兩套以上GPS接收設(shè)

27、備，分別安置在一條或數(shù)條基線的端點(diǎn)上，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星?？捎^測(cè)數(shù)個(gè)時(shí)段，每時(shí)段長(zhǎng)1-3 h。靜態(tài)定位一般采用載波相位觀測(cè)量。 第67頁(yè)/共93頁(yè)靜態(tài)定位模式特點(diǎn) 靜態(tài)定位模式所觀測(cè)的基線邊，應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形。這樣有利于觀測(cè)成果的檢核，增加網(wǎng)的強(qiáng)度，提高成果的可靠性及平差后的精度。 靜態(tài)定位測(cè)量一般需要有幾套接收設(shè)備進(jìn)行同步觀測(cè)，同步觀測(cè)所構(gòu)成的幾何圖形稱為同步環(huán)路。若有三套接收設(shè)備，同步環(huán)路可構(gòu)成三邊形；若有四套接收設(shè)備，則可構(gòu)成四邊形或中點(diǎn)三邊形。GPS網(wǎng)即由若干個(gè)同步環(huán)路構(gòu)成。 靜態(tài)定位測(cè)量是當(dāng)前GPS測(cè)量中精度最高的作業(yè)模式，基線測(cè)量的精度可達(dá)5mm+1PPmD，D為基線長(zhǎng)度。因此

28、，廣泛地應(yīng)用于大地測(cè)量、精密工程測(cè)量及其它精密測(cè)量。 第68頁(yè)/共93頁(yè)快速靜態(tài)定位模式 快速靜態(tài)定位模式是在測(cè)區(qū)的中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站。并安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，并且在每個(gè)流動(dòng)站上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，以快速解算法解算整周未知數(shù)。 這種作業(yè)模式要求在觀測(cè)中必須至少跟蹤4顆衛(wèi)星，而且流動(dòng)站距基準(zhǔn)站般不垃超過15 km。 這種作業(yè)模式觀測(cè)速度快，精度也較高，流動(dòng)站相對(duì)基準(zhǔn)站的基線中誤差可達(dá)(5-10)mm+1ppmD。但由于直接觀測(cè)邊不構(gòu)成閉合圖形，所以缺少檢核條件 。第69頁(yè)/共93頁(yè)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位模式 在測(cè)區(qū)選擇一基準(zhǔn)站，安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺(tái)

29、接收機(jī)為流動(dòng)站的接收機(jī)，將其置于起始點(diǎn)1上，觀測(cè)數(shù)分鐘以便快速確定整周未知數(shù)。在保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤的情況下，流動(dòng)的接收機(jī)依次遷到測(cè)點(diǎn)2、3、上各觀測(cè)數(shù)秒鐘。 該作業(yè)模式在作業(yè)時(shí)必須至少有4顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)。在觀測(cè)過程中，流動(dòng)接收機(jī)對(duì)所測(cè)衛(wèi)星信號(hào)不能失鎖，如果發(fā)生失鎖現(xiàn)象。應(yīng)在失鎖后的流動(dòng)點(diǎn)上，將觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至數(shù)分鐘。流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)站距離不超過15 km。 這種作業(yè)模式工作效率高。在作業(yè)過程小，雖然偶爾會(huì)發(fā)生失鎖，只要在失鎖的流動(dòng)點(diǎn)上，延長(zhǎng)數(shù)分鐘觀測(cè)時(shí)間，即可向前繼續(xù)觀測(cè)。各流動(dòng)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的基線精度一般可達(dá)(10-20)mm+1ppmD。 第70頁(yè)/共93頁(yè)動(dòng)態(tài)定位模式 先建立一個(gè)基難站

30、，并在其上安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤觀測(cè)所有可見衛(wèi)星。另一臺(tái)接收機(jī)安裝在運(yùn)動(dòng)的載體上，在出發(fā)點(diǎn)靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，以便快速解算整周未知數(shù)。然后從出發(fā)點(diǎn)開始，載體按測(cè)量路線運(yùn)動(dòng)，其上的接收機(jī)就按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)。 該作業(yè)模式要求在作業(yè)過程中，必須至少能同時(shí)跟蹤觀測(cè)到4顆衛(wèi)星以上，運(yùn)動(dòng)路線與基準(zhǔn)站的距離不能超過15 km。 動(dòng)態(tài)定位的觀測(cè)速度快，并可實(shí)現(xiàn)載體的連續(xù)實(shí)時(shí)定位。運(yùn)動(dòng)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的基線精度一般可達(dá)(10- 20)mm+1ppmD。適用于測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡、路線中線測(cè)量、開闊地區(qū)的斷面測(cè)量及航道測(cè)量等。 第71頁(yè)/共93頁(yè) RTK觀測(cè)第72頁(yè)/共93頁(yè)RTK 野 外 測(cè) 量第73頁(yè)/共93頁(yè)

31、GPS測(cè)量的實(shí)施 GPS測(cè)量按其性質(zhì)可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分。外業(yè)工作主要包括選點(diǎn)、野外觀測(cè)工作以及成果質(zhì)量檢核等；內(nèi)業(yè)工作主要包括GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等。如果按照GPS測(cè)量實(shí)施的工作程序，則大體分為GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)與建立標(biāo)志、外業(yè)觀測(cè)及成果檢核與處理等幾個(gè)階段。第74頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)的確定 對(duì)GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途。精度指標(biāo)通常以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離誤差表示，其形式為：2020Dba 式中： 網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離誤差（mm）； a0 與GPS接收機(jī)有關(guān)的常量誤差（mm）； b0 比例誤差，( ppm或10-6) ； D 相鄰點(diǎn)間的距離（k

32、m）。 第75頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì) GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)，主要取決于網(wǎng)的用途，但是與經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和人力的消耗，以及接收設(shè)備的類型、數(shù)量和后勤保障等條件也有很大關(guān)系。對(duì)此應(yīng)充分加以考慮，以期在保證用途的條件下，盡可能減少消耗。第76頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)的一般原則 （1）GPS網(wǎng)一般應(yīng)布設(shè)成由獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成的閉合圖形，如三角形、多邊形或附合路線，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。（2）網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間基線向量的精度應(yīng)分布均勻。（3）GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡可能與原有地面控制網(wǎng)點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)一般不應(yīng)少于3個(gè)，不足時(shí)應(yīng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。而且重合點(diǎn)在網(wǎng)中的分布要均勻。這是為了可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐

33、標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。（4）GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與水淮點(diǎn)相重合，對(duì)于不能重合的點(diǎn)，可根據(jù)精度要求，用水準(zhǔn)測(cè)量方法或三角高程測(cè)量方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)，取得大地高與正常高的轉(zhuǎn)換參數(shù)(高程異常)。（5）為了便于GPS測(cè)量的實(shí)施和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方。（6）GPS測(cè)量不要求GPS網(wǎng)點(diǎn)之間相互通視，但是為了便于以后用傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)和擴(kuò)展，可在GPS網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)通視良好的方位點(diǎn)，以建立聯(lián)測(cè)方向。方位點(diǎn)與其網(wǎng)點(diǎn)之間的距離，一般應(yīng)不小于300m。第77頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)的基本圖形的選擇 根據(jù)GPS測(cè)量的不同用途，GPS網(wǎng)的獨(dú)立觀測(cè)邊應(yīng)構(gòu)成一定的幾何圖形。圖形的基本形式如下：（1）三角形網(wǎng)：

34、這種圖形的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)，具有良好的自檢能力，能夠有效地發(fā)現(xiàn)觀測(cè)成果的粗差，以保障網(wǎng)的可靠性。同時(shí)，經(jīng)平差后精度分布均勻。但是，這種網(wǎng)形的觀測(cè)工作量大，通常只有當(dāng)網(wǎng)的精度和可靠性要求較高時(shí)，才單獨(dú)采用這種圖形。 （2）環(huán)形網(wǎng)：環(huán)形網(wǎng)是由若干含有多條獨(dú)立觀測(cè)邊的閉合環(huán)組成，環(huán)形網(wǎng)觀測(cè)工作量較三角形網(wǎng)小，也具有較好的自檢能力和可靠性，網(wǎng)中精度分布不夠均勻。（3）星型網(wǎng)：星型網(wǎng)的幾何圖形簡(jiǎn)單，但其直接觀測(cè)邊之間，一般不構(gòu)成閉合圖形，所以檢核能力差。第78頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)網(wǎng)型三角形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 星型網(wǎng)第79頁(yè)/共93頁(yè)GPS網(wǎng)選點(diǎn)應(yīng)遵守的原則 1觀測(cè)站(即接收天線安置點(diǎn))應(yīng)遠(yuǎn)離大功率的天線電發(fā)射臺(tái)和高壓

35、輸電線，以避免其周圍磁場(chǎng)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾。接收機(jī)天線與其距離般不得小于200 m。2觀測(cè)站附近不應(yīng)有大面積的水域或?qū)﹄姶挪ǚ瓷浠蛭諒?qiáng)烈的物體，以減弱多路徑效應(yīng)的影響。3觀測(cè)站應(yīng)設(shè)在易于安置接收設(shè)備的地方，并且視場(chǎng)要開闊。在視場(chǎng)內(nèi)周圍障礙物的高度角，根據(jù)情況一般應(yīng)小于10- 15。4觀測(cè)站應(yīng)選定交通方便的地方，并且便于用其它測(cè)量手段聯(lián)測(cè)和擴(kuò)展。5對(duì)于基線較長(zhǎng)的GPS網(wǎng),還應(yīng)考慮觀測(cè)站附近應(yīng)具有良好的通訊設(shè)施和電力供應(yīng)，以供觀測(cè)站之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電。第80頁(yè)/共93頁(yè)GPS測(cè)量的觀測(cè)工作 GPS測(cè)量的觀測(cè)工作主要包括天線安置、觀測(cè)作業(yè)、觀測(cè)記錄及觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量判定等。 第81頁(yè)/共93頁(yè)

36、天線安置的要求（1）靜態(tài)相對(duì)定位時(shí)，天線安置應(yīng)盡可能利用三腳架，并安置在標(biāo)志中心的上方直接對(duì)中觀測(cè)。在特殊情況下，方可進(jìn)行偏心觀測(cè)，但歸心元素應(yīng)精密測(cè)定。（2）天線底板上的圓水準(zhǔn)器氣泡必須嚴(yán)格居中。（3）天線的定向標(biāo)志線應(yīng)指向正北并顧及當(dāng)?shù)卮牌堑挠绊懀詼p弱相位中心偏差的影響。定向的誤差依定位的精度要求不同而異，一般不應(yīng)超過3- 5。（4）雷雨天氣安置天線時(shí)，應(yīng)注意將其底盤接地，以防止雷擊。 天線安置后，應(yīng)在各觀測(cè)時(shí)段的前后，各量取天線高一次 量測(cè)的方法按儀器的操作說明進(jìn)行。兩次量測(cè)結(jié)果之差不應(yīng)超過3 mm，并取其平均值。第82頁(yè)/共93頁(yè)外業(yè)觀測(cè)工作中注意事項(xiàng)： （1）當(dāng)確認(rèn)外接電源電纜及

37、天線等各項(xiàng)聯(lián)結(jié)無誤后，方可接通電源，啟動(dòng)接收機(jī)；（2）開機(jī)后接收機(jī)的有關(guān)指示和儀表數(shù)據(jù)顯示正常時(shí)，方可進(jìn)行自測(cè)試和輸入有關(guān)測(cè)站和時(shí)段控制信息；（3）接收機(jī)在開始記錄數(shù)據(jù)后，用戶應(yīng)注意查看有關(guān)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、衛(wèi)星號(hào)、相位測(cè)量殘差、實(shí)時(shí)定位結(jié)果及其變化、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄等情況。（4）在觀測(cè)過程中，接收機(jī)不得關(guān)閉并重新啟動(dòng)；不準(zhǔn)改變衛(wèi)星高度角的限值；不準(zhǔn)改變天線高。（5）每一觀測(cè)時(shí)段中，氣象資料應(yīng)在時(shí)段始末及中間各觀測(cè)記錄一次。當(dāng)時(shí)段較長(zhǎng)如超過60分鐘時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)。（6）觀測(cè)站的全部預(yù)定作業(yè)項(xiàng)月，經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成，且記錄與資料均完整無誤后，方可遷站。第83頁(yè)/共93頁(yè)觀測(cè)記錄 在外業(yè)觀測(cè)過程中，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)和資料均須完整記錄。記錄可通過以下兩種途徑