第六章 GPS測量簡介

1、GPS測量定位技術(shù)精品課程第六章第六章 GPS GPS測量簡介測量簡介GPS測量定位技術(shù)精品課程第六章第六章 GPS GPS測量簡介測量簡介知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 了解：了解：GPSGPS系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)的組成，GPSGPS定位的特點(diǎn)。定位的特點(diǎn)。 GPS GPS定位中各種誤差的來源、性質(zhì)、大小及對定定位中各種誤差的來源、性質(zhì)、大小及對定位結(jié)果產(chǎn)生的影響，地球坐標(biāo)系的特點(diǎn)。位結(jié)果產(chǎn)生的影響，地球坐標(biāo)系的特點(diǎn)。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

2、作GPSGPSRTKRTK進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集及坐標(biāo)放樣。進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集及坐標(biāo)放樣。技能目標(biāo)：技能目標(biāo)： GPS測量定位技術(shù)精品課程GPS系統(tǒng)包括三大部分：系統(tǒng)包括三大部分：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(shè)備部分用戶設(shè)備部分GPS接收機(jī)及相應(yīng)用戶設(shè)備接收機(jī)及相應(yīng)用戶設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) GPS GPS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成GPS測量定位技術(shù)精品課程（一）空間衛(wèi)星部分（一）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

3、) ) 12 12小時(shí)小時(shí)( (恒星時(shí)恒星時(shí)) )軌道周期軌道周期 5 5個多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以個多小時(shí)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)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成GPS測量定位技術(shù)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(dǎo)航信息，接收并執(zhí)）接收和儲存地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)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(shè)有的微機(jī)處理機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處）借助于衛(wèi)星上設(shè)有的微機(jī)處理機(jī)進(jìn)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

4、銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；（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(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿）在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)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(shù)精品課程（二）地面監(jiān)控部分（二）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(shù)精品課程地面監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能

5、如下：地面監(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(shí)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)，提供全球定位系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)，調(diào)整衛(wèi)星運(yùn)行的姿態(tài)，啟用備用衛(wèi)星。間基準(zhǔn)，調(diào)整衛(wèi)星運(yùn)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(dǎo)航電文和其他控制指令等注入相星歷、鐘差，以及導(dǎo)航電文和其他控制指令等注入相應(yīng)的衛(wèi)星存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。應(yīng)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

6、站：對）監(jiān)測站：對GPSGPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，以采集數(shù)據(jù)和衛(wèi)星進(jìn)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(jīng)計(jì)算機(jī)初步處理后，將數(shù)據(jù)監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀況，經(jīng)計(jì)算機(jī)初步處理后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺卣?。傳輸?shù)街骺卣?。GPS測量定位技術(shù)精品課程（三）用戶設(shè)備部分（三）用戶設(shè)備部分 GPSGPS信號接收機(jī)信號接收機(jī) 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(shè)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(shè)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(dá)到導(dǎo)航和定位的目的。信號，以達(dá)到導(dǎo)航和定位的目的。GPS測量定位技術(shù)精品課程二、全球二、

7、全球GPSGPS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(shè)中）顆衛(wèi)星，建設(shè)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(shè)中）顆衛(wèi)星，建設(shè)中）6 6、印度的、印度的IRNSSIRNSS系統(tǒng)（系統(tǒng)（7 7顆衛(wèi)星，建設(shè)中）顆衛(wèi)星，建設(shè)中）GPS測量定位技術(shù)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(shù)

8、精品課程三、三、GPSGPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPSGPS在軍事中的應(yīng)用在軍事中的應(yīng)用GPS導(dǎo)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(shù)精品課程GPSGPS在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用車輛導(dǎo)航管理對航空器的定位及導(dǎo)航車輛導(dǎo)航配備 GPS 的巡警GPSGPS在測量中的應(yīng)用在測量中的應(yīng)用布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測量布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測量等等GPS測量定位技術(shù)精品課程GPSGPS在其他領(lǐng)域的應(yīng)用在其他領(lǐng)域的應(yīng)用GPS測量定位技術(shù)精品課程第二節(jié)第二節(jié) GPS GPS軌道的大地參考坐標(biāo)系軌道的大地參考坐標(biāo)系 GPS使用的坐標(biāo)系統(tǒng)

9、為使用的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84大地坐標(biāo)系統(tǒng)。大地坐標(biāo)系統(tǒng)。 我國國家坐標(biāo)系統(tǒng)為：我國國家坐標(biāo)系統(tǒng)為：1954年北京坐標(biāo)系、年北京坐標(biāo)系、1980年國家大地坐標(biāo)系和年國家大地坐標(biāo)系和2000國家大地坐標(biāo)系。國家大地坐標(biāo)系。WGS84大地坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系統(tǒng)國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系GPS使用時(shí)需進(jìn)行使用時(shí)需進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換GPS測量定位技術(shù)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(jī)天衛(wèi)星至用戶接收機(jī)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

10、測量，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，利用空間距離后方交會，確定用戶接收機(jī)天瞬時(shí)坐標(biāo)，利用空間距離后方交會，確定用戶接收機(jī)天線所對應(yīng)的觀測站的位置。線所對應(yīng)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(diǎn)定位的概念及特點(diǎn)二、二、GPSGPS定位的特點(diǎn)定位的特點(diǎn)1 1、定位精度高、定位精度高 2 2、觀測時(shí)間短、觀測時(shí)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(biāo)、可提供三維坐標(biāo) 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(yīng)用廣、功能多、應(yīng)用廣GPS測量定位技術(shù)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

11、靜態(tài)定位靜態(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(diǎn)定位）絕對定位（單點(diǎn)定位） 定義：定義：當(dāng)接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下，用以確定當(dāng)接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下，用以確定觀測站絕對坐標(biāo)的方法稱為靜態(tài)絕對定位。觀測站絕對坐標(biāo)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(biāo)，根據(jù)空間顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，根據(jù)空間距離后方交會原理，解算出觀測站的三維坐標(biāo)。此方法距離后方交會原理，解算出觀測站的三維坐標(biāo)。此方法精度較低，軍用可以達(dá)到分米級，民用達(dá)到米級

12、。一般精度較低，軍用可以達(dá)到分米級，民用達(dá)到米級。一般用于導(dǎo)航。用于導(dǎo)航。GPS測量定位技術(shù)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(jī)安置在不同的觀測站上，同步接收機(jī)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(biāo)系坐標(biāo)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(yīng)定位中精度最高的一種方法，廣泛應(yīng)用于大地測量、精密工程測量、地球動力學(xué)研究等。用于大地測量、精

13、密工程測量、地球動力學(xué)研究等。GPS測量定位技術(shù)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(diǎn)用途：多用于大范圍、高精度控制測量，精確測定待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)（的平面坐標(biāo)（X X、Y Y），精度達(dá)），精度達(dá)mmmm級。測定待定點(diǎn)的大地高，為級。測定待定點(diǎn)的大地高，為似大地水準(zhǔn)面精化提供數(shù)據(jù)。似大地水準(zhǔn)面精化提供數(shù)據(jù)。 題目：設(shè)題目：設(shè)A A、B B為已知點(diǎn)，為已知點(diǎn)，C C、D D、E E、F F為待定點(diǎn)，現(xiàn)有為待定點(diǎn)，現(xiàn)有3 3臺雙頻臺雙頻GPSGPS，請，請進(jìn)行進(jìn)行D D級靜態(tài)測量技術(shù)設(shè)計(jì)。級靜態(tài)測量技術(shù)設(shè)計(jì)。 1 2 3 4

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

15、態(tài)定位（動態(tài)定位（RTKRTK） 1 1、GPSGPSRTKRTK定位的概念定位的概念 基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等傳輸給運(yùn)動中的流動站，流動站接收基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站坐標(biāo)等傳輸給運(yùn)動中的流動站，流動站接收基準(zhǔn)站信息，進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站基線向量；基信息，進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站基線向量；基線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點(diǎn)線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點(diǎn)WGSWGS8484坐標(biāo)，坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到移動站的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這個過程稱為通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到移動站的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這個過程稱為RTKRTK定位過程

16、。定位過程。 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(zhǔn)動態(tài)模式、準(zhǔn)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(shù)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(jī)接收機(jī) 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(jī)，三星系接收機(jī)，三星系統(tǒng)，可以同時(shí)接收統(tǒng)，可以同時(shí)接收GPSGPS、GLONASSGLONASS、北斗，可以實(shí)時(shí)收、北斗，可以實(shí)時(shí)收到到2020顆以上的衛(wèi)星。顆以上的衛(wèi)星

17、。進(jìn)口品牌有：天寶、徠卡、拓普康、賓得、索佳等。進(jìn)口品牌有：天寶、徠卡、拓普康、賓得、索佳等。國產(chǎn)品牌有：中海達(dá)、南方、華測、蘇光等。國產(chǎn)品牌有：中海達(dá)、南方、華測、蘇光等。GPS測量定位技術(shù)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(zhǔn)站和移動臺之間完成通訊?；鶞?zhǔn)站發(fā)射通過電臺發(fā)射在基準(zhǔn)站和移動臺之間完成通訊?；鶞?zhǔn)站發(fā)射電臺一般為外置的獨(dú)立電臺，移動臺為內(nèi)置電臺。受到電臺功電臺一般為外置的獨(dú)立電臺，移動臺為內(nèi)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(nèi)。以內(nèi)。移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈 通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

18、，作業(yè)效率和作業(yè)半徑大大提高，通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(nèi)置測量軟件，與掌上電腦內(nèi)置測量軟件，與GPSGPS通過藍(lán)牙連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處通過藍(lán)牙連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。理。GPS測量定位技術(shù)精品課程3 3、RTKRTK的作業(yè)過程的作業(yè)過程（一）選擇基準(zhǔn)站點(diǎn)（一）選擇基準(zhǔn)站點(diǎn)基準(zhǔn)站上空盡可能開闊，基準(zhǔn)站天線的基準(zhǔn)站上空盡可能開闊，基準(zhǔn)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(zhǔn)站在基準(zhǔn)站200米的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無米的

19、范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設(shè)施，高壓輸電線等。線電發(fā)射設(shè)施，高壓輸電線等?；鶞?zhǔn)站應(yīng)遠(yuǎn)離高層建筑、大面積水域。基準(zhǔn)站應(yīng)遠(yuǎn)離高層建筑、大面積水域?；鶞?zhǔn)站應(yīng)選擇交通便利、易于保存，遠(yuǎn)離震動源的地方?；鶞?zhǔn)站應(yīng)選擇交通便利、易于保存，遠(yuǎn)離震動源的地方。（二）基準(zhǔn)站設(shè)置（二）基準(zhǔn)站設(shè)置建立項(xiàng)目：填寫項(xiàng)目名稱、選擇坐標(biāo)系統(tǒng)、參考橢球、投影方式、建立項(xiàng)目：填寫項(xiàng)目名稱、選擇坐標(biāo)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(zhǔn)站通訊設(shè)置：選擇網(wǎng)絡(luò)通訊或電臺模式，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)基準(zhǔn)站通訊設(shè)置：選擇網(wǎng)絡(luò)通訊或電臺模式，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。置。基準(zhǔn)站坐標(biāo)設(shè)置：基準(zhǔn)站可以架設(shè)在已知控制點(diǎn)上或任意架站?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)設(shè)置：基準(zhǔn)站可以架設(shè)在已知控制點(diǎn)上或任意架站。若架在已知控制點(diǎn)上則輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)；若架在未知點(diǎn)上，則輸若架在已知控制點(diǎn)上則輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)；若架在未知點(diǎn)上，則輸入該點(diǎn)的單點(diǎn)定位的入該點(diǎn)的單點(diǎn)定位的WGS84坐標(biāo)。坐標(biāo)。GPS測量定位技術(shù)精品課程（三）移動站設(shè)置（三）移動站設(shè)置建立項(xiàng)目：與基準(zhǔn)站一致。建立項(xiàng)目：與基準(zhǔn)站一致?；鶞?zhǔn)站通訊設(shè)置：與基準(zhǔn)站一致?；鶞?zhǔn)站通訊設(shè)置：與基準(zhǔn)站一致。數(shù)據(jù)采集：經(jīng)過上兩項(xiàng)的設(shè)置移動臺可以獲得固定解坐標(biāo)，即為數(shù)據(jù)采集：經(jīng)過上兩項(xiàng)的設(shè)置移動臺可以獲得固定解坐標(biāo)，即為設(shè)置成功，若得不到固定解則查找原因，重新設(shè)置。設(shè)置成