工程測(cè)量課件：GNSS測(cè)量原理與方法

GNSS測(cè)

量原

理與方法

GNSS測(cè)量原理與方法GNSS測(cè)量原理與方法了解GNSS1認(rèn)識(shí)GNSS接收機(jī)及其使用2實(shí)施GNSS控制測(cè)量3GNSS碎部測(cè)量4目錄CONTENTGNSS放樣測(cè)量56.1了解GNSSGNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）泛指全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，從本質(zhì)上講，GNSS是一個(gè)全球性位置與時(shí)間的測(cè)定系統(tǒng)，包括諸多衛(wèi)星星座、接收機(jī)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。也就是說它是由多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位及其增強(qiáng)型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)。從功能上講，GNSS是以人造衛(wèi)星作為“航向標(biāo)”的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球陸、海、空、天的各類載體提供全天候、高精度的位置、速度和時(shí)間信息(Positioning,NavigationandTiming,PNT)，它又稱為天基定位、導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)。6.1.1GNSS定位原理與組成GNSS技術(shù)利用在空間飛行的衛(wèi)星不斷向地面廣播發(fā)送某種頻率（這些頻率加載了某些特殊定位信息的無線電信號(hào)）來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間點(diǎn)位的定位測(cè)量。GNSS一般都包含三個(gè)組成部分，空間運(yùn)行的衛(wèi)星星座、地面控制臺(tái)、用戶部分。衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息，即“定位”。（1）GNSS定位原理為實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)的定位，測(cè)定地面某點(diǎn)P在坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，需要獲取三個(gè)衛(wèi)星至測(cè)站（P點(diǎn)）的距離。衛(wèi)星到測(cè)站之間的距離，可以通過衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼獲得，常稱之為偽距觀測(cè)量；也可以通過加載測(cè)距碼和導(dǎo)航信息的載波的相位數(shù)測(cè)量獲得，常稱之為載波相位觀測(cè)量。（2）GNSS的組成GNSS系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分組成。6.1.2GNSS定位基本方法根據(jù)待定點(diǎn)位的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，GNSS定位方法可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位；根據(jù)定位模式的不同，可分為絕對(duì)定位、相對(duì)定位和差分定位。6.1.2GNSS定位基本方法1．靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位（1）靜態(tài)定位靜態(tài)定位是待定點(diǎn)相對(duì)于周圍固定點(diǎn)無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定位方法，認(rèn)為GNSS接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是保持不變的。通過大量的重復(fù)觀測(cè)，高精度測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間，根據(jù)已知衛(wèi)星的瞬間位置，確定接收機(jī)的三維坐標(biāo)。靜態(tài)定位多余觀測(cè)量大、可靠性強(qiáng)、定位精度高，是測(cè)量工程中精密定位的基本方法。（2）動(dòng)態(tài)定位在進(jìn)行GNSS定位時(shí)，動(dòng)態(tài)定位認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是變化的。動(dòng)態(tài)定位是待定點(diǎn)相對(duì)于周圍固定點(diǎn)顯著運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)）的定位方法，例如以車輛、艦船、飛機(jī)和航天器等為載體，實(shí)時(shí)測(cè)定GNSS信號(hào)接收機(jī)的瞬間位置。動(dòng)態(tài)定位發(fā)展速度最快，應(yīng)用較廣。6.1.2GNSS定位基本方法2．絕對(duì)定位和相對(duì)定位（1）絕對(duì)定位絕對(duì)定位也稱為單點(diǎn)定位，即在一個(gè)待定點(diǎn)上，使用一臺(tái)接收機(jī)獨(dú)立跟蹤系統(tǒng)衛(wèi)星，測(cè)定待定點(diǎn)（天線）的絕對(duì)坐標(biāo)。絕對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)方式簡單，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)。絕對(duì)定位采用偽距觀測(cè)量，一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用，如船舶、飛機(jī)、勘探、海洋作業(yè)等概略導(dǎo)航定位。（2）相對(duì)定位相對(duì)定位也稱為差分定位，采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的接收機(jī)，同步跟蹤相同的衛(wèi)星信號(hào)，確定接收機(jī)天線間的相對(duì)位置（三維坐標(biāo)或基線向量）。相對(duì)定位一般采用載波相位測(cè)量，相對(duì)精度達(dá)±5毫米，一般在大地測(cè)量、精密工程測(cè)量等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。6.1.2GNSS定位基本方法3.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（Real-TimeKinematic，RTK）定位是在已知坐標(biāo)點(diǎn)或任意未知點(diǎn)上安置1臺(tái)GNSS接收機(jī)（稱為基準(zhǔn)站），利用已知坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷計(jì)算出觀測(cè)值的校正值，并通過無線電通訊設(shè)備（稱數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運(yùn)動(dòng)中的GNSS接收機(jī)（稱為移動(dòng)站），移動(dòng)站應(yīng)用接收到的校正值對(duì)自身的觀測(cè)值進(jìn)行改正，以消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、大氣電離層和對(duì)流層折射誤差的影響。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位需要使用帶實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分功能的RTK接收機(jī)才能夠進(jìn)行，動(dòng)態(tài)差分實(shí)時(shí)定位方法主要有三種：（1）位置差分（2）偽距差分（3）載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分6.2 認(rèn)識(shí)GNSS接收機(jī)及其使用GNSS接收機(jī)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站兩大部分組成。以南方內(nèi)置電臺(tái)模式GPS接收機(jī)為例，其構(gòu)造如圖所示。其中，基準(zhǔn)站GNSS接收機(jī)包括GNSS接收機(jī)主機(jī)、三腳架、基座、天線、UHF發(fā)射天線、量高尺和測(cè)高片等各個(gè)部件；移動(dòng)站GNSS接收機(jī)包括GNSS接收機(jī)主機(jī)、對(duì)中桿、UHF接收天線、手薄等各個(gè)部件。6.3 實(shí)施GNSS控制測(cè)量1儀器架設(shè)GNSS控制點(diǎn)測(cè)量前，需各組同時(shí)到達(dá)各自相應(yīng)的測(cè)量控制點(diǎn)，架設(shè)儀器，對(duì)中，整平。2量取儀器高儀器高用卷尺量測(cè)標(biāo)志點(diǎn)到儀器測(cè)量基準(zhǔn)件的上邊處，共量測(cè)三次，取3次測(cè)量的平均值作為最終值，并記錄在手簿上測(cè)量基準(zhǔn)件6.3 實(shí)施GNSS控制測(cè)量3記錄點(diǎn)名、儀器號(hào)、儀器高以及開始觀測(cè)時(shí)間。4觀測(cè)按照規(guī)程要求，GNSS控制測(cè)量時(shí)，各測(cè)站應(yīng)滿足下列要求：觀測(cè)模式設(shè)為靜態(tài)觀測(cè)，衛(wèi)星截止高度角≥15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星顆數(shù)≥4，觀測(cè)時(shí)段長度≥60min，時(shí)段數(shù)≥1，數(shù)據(jù)采集間隔20s，天線安置對(duì)中誤差≤1mm，兩次丈量天線高之差≤3mm，PDOP≤8，任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥15min。

6.3 實(shí)施GNSS控制測(cè)量5觀測(cè)結(jié)束后，記錄關(guān)機(jī)時(shí)間。6技術(shù)要求①天線高量取讀數(shù)精度至1mm。②觀測(cè)前后兩次天線高，并且兩次量取結(jié)果之差不超過3mm。③GNSS接收機(jī)連續(xù)同步采集時(shí)段長度不少于45分鐘。7注意事項(xiàng)①網(wǎng)形布設(shè)時(shí)應(yīng)注意保證全網(wǎng)的連通性，且網(wǎng)內(nèi)控制點(diǎn)間至少留一個(gè)通視方向。②靜態(tài)觀測(cè)過程中，如發(fā)現(xiàn)儀器未嚴(yán)格對(duì)中，也不準(zhǔn)重新調(diào)儀器，觀測(cè)中不準(zhǔn)重新開機(jī)，開機(jī)關(guān)機(jī)聽從調(diào)配。③接收機(jī)周圍不使用干擾衛(wèi)星信號(hào)的通訊設(shè)備，以減弱誤差，接收機(jī)周圍應(yīng)當(dāng)視野開闊，削弱多路徑誤差。觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計(jì)算機(jī)上并備份。④每組靜態(tài)觀測(cè)之前要求保持儀器電量充足，并熟悉靜態(tài)觀測(cè)的操作。⑤充分利用符合要求的舊有控制點(diǎn)。

6.4 GNSS碎部測(cè)量1新建項(xiàng)目點(diǎn)擊“項(xiàng)目”，再點(diǎn)擊“項(xiàng)目信息”新建項(xiàng)目，建完單擊“確定”。2坐標(biāo)系設(shè)置以新建西安80坐標(biāo)系為例，新建工程文件后，點(diǎn)擊“項(xiàng)目信息”，在“系統(tǒng)”里面，進(jìn)行自定義坐標(biāo)系

6.4 GNSS碎部測(cè)量3設(shè)備連接手簿開機(jī)后，在Hi-Survey中，點(diǎn)擊“設(shè)備”，進(jìn)入藍(lán)牙連接GPS主機(jī)界面，連接GPS主機(jī)。4移動(dòng)站設(shè)置主要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈設(shè)置，點(diǎn)擊“移動(dòng)站”，設(shè)置“數(shù)據(jù)鏈”

6.4 GNSS碎部測(cè)量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（1）采集已知控制點(diǎn)WGS84坐標(biāo)（2）添加控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)已知坐標(biāo)（3）求轉(zhuǎn)換參數(shù)

6.4 GNSS碎部測(cè)量6碎部點(diǎn)測(cè)量采集碎部點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)中整平之后，顯示固定解，即可測(cè)量

6.4 GNSS碎部測(cè)量7碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯和導(dǎo)出（1）碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)的瀏覽所采集的碎部點(diǎn)坐標(biāo)可以到“項(xiàng)目”→“坐標(biāo)數(shù)據(jù)”中查詢；“坐標(biāo)數(shù)據(jù)”中的“坐標(biāo)點(diǎn)”坐標(biāo)只能查看和顯示，以及編輯坐標(biāo)點(diǎn)的“描述”，不允許“添加”或“刪除”。（2）數(shù)據(jù)的導(dǎo)出點(diǎn)擊“項(xiàng)目”→“數(shù)據(jù)交換”→選擇導(dǎo)出的格式和導(dǎo)出文件名，導(dǎo)出數(shù)據(jù)時(shí)注意選擇格式，南方數(shù)據(jù)格式選擇“*.dat”。

6.5 GNSS放樣測(cè)量1新建項(xiàng)目點(diǎn)擊“項(xiàng)目”，再點(diǎn)擊“項(xiàng)目信息”新建項(xiàng)目，建完單擊“確定”項(xiàng)目名：測(cè)區(qū)+日期+測(cè)量員6.5 GNSS放樣測(cè)量2坐標(biāo)系設(shè)置（1）新建國家2000坐標(biāo)系新建工程文件后，點(diǎn)擊“項(xiàng)目設(shè)置”，在“系統(tǒng)”里面，進(jìn)行自定義坐標(biāo)系6.5 GNSS放樣測(cè)量（2）新建西安80坐標(biāo)系新建工程文件后，點(diǎn)擊“項(xiàng)目信息”，在“系統(tǒng)”里面，進(jìn)行自定義坐標(biāo)系6.5 GNSS放樣測(cè)量（3）選擇已有坐標(biāo)系如果之前已經(jīng)建立坐標(biāo)系，則可以直接先擇已有坐標(biāo)系6.5 GNSS放樣測(cè)量3設(shè)備連接手簿開機(jī)后，在Hi-Survey中，點(diǎn)擊“設(shè)備”，進(jìn)入藍(lán)牙連接GPS主機(jī)界面6.5 GNSS放樣測(cè)量4移動(dòng)站設(shè)置主要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈設(shè)置，點(diǎn)擊“移動(dòng)站”，設(shè)置“數(shù)據(jù)鏈”6.5 GNSS放樣測(cè)量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（1）采集已知控制點(diǎn)WGS84坐標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量→碎部測(cè)量→對(duì)中整平（固定解）→點(diǎn)擊屏幕上的平滑采集，之后修改點(diǎn)名目標(biāo)高，保存。保存時(shí)注意一定要修改模標(biāo)高（天線高）6.5 GNSS放樣測(cè)量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（2）添加控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)已知坐標(biāo)點(diǎn)擊“坐標(biāo)數(shù)據(jù)”添加兩個(gè)控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的已知坐標(biāo)6.5 GNSS放樣測(cè)量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（3）求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)擊“項(xiàng)目”→“參數(shù)計(jì)算”，“計(jì)算類型”選擇“四參數(shù)+高程擬合”→“添加”6.5 GNSS放樣測(cè)量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（4）轉(zhuǎn)換參數(shù)精度檢驗(yàn)點(diǎn)擊測(cè)量→碎部測(cè)量→對(duì)中整平（固定解）—點(diǎn)擊屏幕上的或者鍵盤上的，實(shí)測(cè)某一控制點(diǎn)或者坐標(biāo)核對(duì)一下所采集的坐標(biāo)是否符合要求（和已知點(diǎn)對(duì)比）6.5 GNSS放樣測(cè)量6界址點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入及放樣（1）界址點(diǎn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入首先將手簿與電腦連接，之后將電腦上需要放樣的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)文件復(fù)制到手簿“/可移動(dòng)磁盤/