Gps測(cè)量基礎(chǔ)-PPT課件

1、GPS測(cè)量基礎(chǔ)陳曉巖南方測(cè)繪GPS和常規(guī)測(cè)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(biāo)系、投影、我國(guó)常用 的坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換高程定位的區(qū)別 高程基準(zhǔn)、高程異常、我國(guó)常用的高程 基準(zhǔn)平面投影基準(zhǔn)參考橢球體空間點(diǎn)位的數(shù)學(xué)描述參考橢球體 地球自然體 大地水準(zhǔn)面 旋轉(zhuǎn)橢球體參數(shù)參考橢球 的 形狀 與 大小： 長(zhǎng)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(zhǔn)1、坐標(biāo)與坐標(biāo)系統(tǒng)大地基準(zhǔn)基準(zhǔn)的概念地球的運(yùn)動(dòng)目前我國(guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)常用坐標(biāo)系間的坐標(biāo)換算國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況 大地基準(zhǔn) 基準(zhǔn)的概念坐標(biāo)：一組有序?qū)崝?shù)，表示n維歐氏空間中的

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

3、），長(zhǎng)半軸 a=6378140m; 扁率 =1/298.257，原點(diǎn)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(tái)平均子午面； 3.橢球面與似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)密合得最佳。 1980西安坐標(biāo)系 大地基準(zhǔn) 目前我國(guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 1954年北京坐標(biāo)系 50年代從前蘇聯(lián)引入（1942年普爾科夫坐標(biāo)系），未進(jìn)行整體平差，屬參心坐標(biāo)系, 克拉索夫斯基橢球體，長(zhǎng)半軸 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原點(diǎn)在普爾科夫天文臺(tái)。 主要缺點(diǎn)： 1.長(zhǎng)半軸約大了108m ； 2.橢球定位西高東低，東部高程異常達(dá)6

4、7m； 3.不同區(qū)域接邊處大地點(diǎn)坐標(biāo)差達(dá)12m。 WGS-84大地坐標(biāo)系 美國(guó)國(guó)防部研制確定的大地坐標(biāo)系，Z軸指向BIH（國(guó)際時(shí)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(diǎn)，Y軸與X、 Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 長(zhǎng)半軸 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。屬地心坐標(biāo)系，原點(diǎn)在地球質(zhì)心。新1954年北京坐標(biāo)系（新54系）屬于參心大地坐標(biāo)系橢球的幾何參數(shù)同“54系” a=6378245m； =1/ 298.3大地原點(diǎn)及橢球軸向同“80系”高程基準(zhǔn)面為1956年黃海平均高程面點(diǎn)的坐標(biāo)與“54系”接近，精度同“80系” 獨(dú)立坐標(biāo)系（地方坐標(biāo)

5、系） 為了減少投影變形或滿足保密需要，也可使用獨(dú)立（地方）坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)一般在測(cè)區(qū)或城區(qū)中部，投影面多為當(dāng)?shù)仄骄叱堂?。目前我?guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系大地坐標(biāo)大地緯度B過P點(diǎn)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(fù)。大地經(jīng)度L在P點(diǎn)的子午面上， P點(diǎn)的法線PKP與赤道面的夾角。由赤道起算，北正南負(fù)。大地坐標(biāo)系：緯度、經(jīng)度、大地高（橢球高） 大地坐標(biāo)系緯度經(jīng)度橢球高平面直角坐標(biāo)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(biāo)系帶區(qū)投影直角坐標(biāo)：Ni 、 Ei標(biāo)準(zhǔn)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(hào)） 中央子午線尺度比 原點(diǎn)緯度 原點(diǎn)北移值 原點(diǎn)西移值按投影參數(shù)的選定： 有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)系（假定平面直角坐標(biāo)系）點(diǎn)的地平坐標(biāo)描述 ： xi 、yi適用于地面假定平面直角坐標(biāo)系（建筑坐標(biāo)系、工程坐標(biāo)系） O xy O大地基準(zhǔn) 目前我國(guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)高斯平面直角坐標(biāo) 經(jīng)高斯克呂格正形投影，將橢球面上的點(diǎn)轉(zhuǎn)換到平面上， 用直角坐標(biāo)（x,y）表示。 中央子午線投影到平面上是一直線，作為縱坐標(biāo)軸；赤道投影到平面上也是一直線，作為橫坐標(biāo)軸；中央子午線和赤道交點(diǎn)的投影像是坐標(biāo)原點(diǎn)。xy0XYP（x,y） 高斯

7、直角坐標(biāo)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(biāo)軸。 中央子午線投影尺度比為 1。 中央子午線外存在長(zhǎng)度變形， 距中央子午線越遠(yuǎn)變形越大。 長(zhǎng)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(biāo)系間的坐標(biāo)換算嚴(yán)密平差法（用本網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，另網(wǎng)的起算點(diǎn)）公式嚴(yán)密換算法（80系新54系）轉(zhuǎn)換模型法（七參數(shù)法） 大地基準(zhǔn) 國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況一等三角鎖的布設(shè)國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況二等三角網(wǎng)的布設(shè)國(guó)家平面控制

8、網(wǎng)的布設(shè)概況二等補(bǔ)充網(wǎng)的布設(shè)國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況精密導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè) 國(guó)家平面控制網(wǎng)的布設(shè)概況國(guó)家GPS A級(jí)網(wǎng) 國(guó)家GPS A級(jí)網(wǎng), 1992年8月由國(guó)家測(cè)繪局布測(cè)完成，共 27點(diǎn)，平均邊長(zhǎng)800km，基線水平分量精度為25cm, 相對(duì)精度1 3 10-8 ; 垂直分量精度為10cm，相對(duì)精度為0.5 1 10-7，ITRF（國(guó)際地球參考框架）91框架。 2019年5月對(duì)A級(jí)網(wǎng)進(jìn)行了復(fù)測(cè)。由30個(gè)主點(diǎn)和22個(gè)副點(diǎn)組成，基線水平分量精度優(yōu)于 4mm+3 10-9 ，相對(duì)精度為2 10-8；垂直分量精度優(yōu)于 8mm+4 10-9，相對(duì)精度為7 10-8 ，ITRF93框架。 大地基準(zhǔn) 國(guó)家平面控

9、制網(wǎng)的布設(shè)概況國(guó)家GPS B級(jí)網(wǎng)國(guó)家GPS B級(jí)網(wǎng), 2019年國(guó)家測(cè)繪局完成布測(cè)與平差，共756點(diǎn)，其中重合 A級(jí)網(wǎng)27點(diǎn)、多普勒網(wǎng) 15點(diǎn)、天文大地網(wǎng)150點(diǎn)、水準(zhǔn)網(wǎng)456點(diǎn)、驗(yàn)潮站17點(diǎn)，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(zhǎng)：東部 70100 km，西部：150200 km ，ITRF93框架。 高程基準(zhǔn)目前，我國(guó)實(shí)際采用的高程系統(tǒng)為正常高，即地面點(diǎn) A至似大地水準(zhǔn)面的距離。大地高A正高正常高高程異常大地水準(zhǔn)面差距自然表面大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面橢球表面大地高轉(zhuǎn)換為正常高高程異常大地水準(zhǔn)面 地面 大地高地面點(diǎn)沿法線方 向到參考橢球面的間距（h） 正

10、高地面點(diǎn)重力方向 到大地水準(zhǔn)面的間距（H） 正常高地面點(diǎn)重力方向 到似大地水準(zhǔn)面的間距（H） 高程異常似大地水準(zhǔn)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(zhǔn)法高程擬合 似大地水準(zhǔn)面 擬合面 參考橢球面 平面擬合示例( 3個(gè) 聯(lián)測(cè)點(diǎn) 6個(gè) )聯(lián)測(cè)已知高程點(diǎn)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(diǎn)的高程異常值i i= a xi + b yi + c計(jì)算GPS點(diǎn)的正常

11、高 Hi=hi - i地球重力場(chǎng)模型大地水準(zhǔn)面模型GPS 高 程 法Hi = hi - i Hik= hik + ikHk = Hi + Hik GPS高程法大地水準(zhǔn)面模型高程基準(zhǔn)1956年黃海高程系 水準(zhǔn)原點(diǎn)設(shè)在觀象山，采用19501956年7年的驗(yàn)潮結(jié)果計(jì)算的黃海平均海水面，推得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m。1985國(guó)家高程基準(zhǔn) 水準(zhǔn)原點(diǎn)同 1956年黃海高程系，采用19521979年共28年的驗(yàn)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(jì)算的黃海平均海水面，推得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。 高程基準(zhǔn) 我國(guó)水準(zhǔn)網(wǎng)的布測(cè)情況50年來，進(jìn)行了三期高精度水準(zhǔn)測(cè)量。第一期水準(zhǔn)網(wǎng)（

12、19511969）：布測(cè)了一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)。一等線路36條，6個(gè)閉合環(huán)，2.9萬km，二等13萬km。第二期水準(zhǔn)網(wǎng)（19771984）：一等線路 289條，186 個(gè)結(jié)點(diǎn)組成100個(gè)閉合環(huán)，93360 km，標(biāo)石20190座；二等 1139條，總長(zhǎng)度136,368 km，標(biāo)石33238座。第二期水準(zhǔn)復(fù)測(cè)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(jì)273），77個(gè)閉合環(huán)（設(shè)計(jì)99）， 85,452 km（設(shè)計(jì)9.4萬），驗(yàn)潮站45個(gè)。我國(guó)高程異常圖我國(guó)測(cè)繪基準(zhǔn)存在的問題天文大地網(wǎng)不能滿足軍事上對(duì)地心坐標(biāo)系的需求。精度與現(xiàn)代大地測(cè)量手段(GPS) 相比不匹配,導(dǎo)致使用GPS時(shí)的精度損耗。1954年北京坐標(biāo)系及 1980西安坐標(biāo)系與 ITRF（國(guó)際地球參考框架）或WGS-84無明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我國(guó)測(cè)繪基準(zhǔn)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(dú)立網(wǎng)難以連接到國(guó)家GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)。標(biāo)石破壞嚴(yán)重，并且這種情況還在繼續(xù)。參心坐標(biāo)系，分量與 ITRF有 100m以上的偏差，54坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球，長(zhǎng)半軸 a值也相