《工程控制測(cè)量》PPT課件.ppt

1、第七章 工程控制測(cè)量 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 控制測(cè)量概述（掌握） 導(dǎo)線測(cè)量（掌握） 交會(huì)定點(diǎn)的計(jì)算 GPS控制測(cè)量,7-1 控制測(cè)量概述,一.目的和作用 為測(cè)圖或工程建設(shè)提供統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)（horizontal control network）和高程控制網(wǎng)(Vertical control network)。 控制誤差的積累 作為各種細(xì)部測(cè)量的基準(zhǔn),二.基本術(shù)語 測(cè)量工作的基本原則之一“先控制，后碎部”。 先建立控制網(wǎng)，然后根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行碎部（又稱細(xì)部）測(cè)量或測(cè)設(shè)。 無論是測(cè)繪還是測(cè)設(shè)，都需以測(cè)區(qū)內(nèi)部或附近的具有控制意義的基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)。,小區(qū)域（Block region）：不必考慮地球曲率對(duì)水平角和水平

2、距離影響的范圍。 控制點(diǎn)（Control piont）：有著準(zhǔn)確可靠的平面坐標(biāo)和高程值、具有控制意義的基準(zhǔn)點(diǎn)。 控制網(wǎng)（Control network）：由若干個(gè)彼此有聯(lián)系的控制點(diǎn)組成的網(wǎng)狀圖形 控制測(cè)量（Contrl survey）：建立和測(cè)定控制點(diǎn)并獲得其坐標(biāo)參數(shù)的工作過程。 控制測(cè)量分為平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。 平面控制測(cè)量：測(cè)定控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x,y ）的工作過程。 高程控制測(cè)量：測(cè)定控制點(diǎn)高程（H ）的工作過程。 平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量可以分開進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行。,三. 控制測(cè)量的類型 按照內(nèi)容分為： 平面控制測(cè)量：測(cè)量控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x,y） 高程控制測(cè)量：測(cè)量控制點(diǎn)

3、的高程H 按照精度分為：一等、二等、三等、四等、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí) 按照測(cè)量方法：天文測(cè)量、常規(guī)測(cè)量（三角網(wǎng)、導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量）、GPS測(cè)量 按照測(cè)量區(qū)域分為：國家控制測(cè)量、城市控制測(cè)量、工程控制測(cè)量,四.國家控制網(wǎng) 在全國范圍內(nèi)布設(shè)建立的控制網(wǎng)。由國家測(cè)繪局測(cè)繪大隊(duì)用精密測(cè)量?jī)x器和嚴(yán)密方法布建的，等級(jí)分為一、二、三、四等。 測(cè)量工作的原則之一是“精度上從高級(jí)到低級(jí)”。國家網(wǎng)從一等到四等逐級(jí)進(jìn)行控制，精度逐級(jí)降低，邊長(zhǎng)逐級(jí)縮短，密度逐級(jí)增大。 國家一、二等控制網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)。 我國天文大地網(wǎng)于1951年開始布設(shè)，1961年基本完成，1975年修補(bǔ)測(cè)工作全部結(jié)束，全網(wǎng)有4萬8千多個(gè)大地

4、控制點(diǎn)。,一等控制網(wǎng)采用“三角鎖”的形式。大致沿經(jīng)線和緯線布設(shè)成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長(zhǎng)200250km，構(gòu)成許多鎖環(huán)。鎖內(nèi)由近于等邊的三角形組成，邊長(zhǎng)為2030km。 二等控制網(wǎng)有兩種布網(wǎng)形式。一種是由縱橫交叉的兩條二等基本鎖將一等鎖環(huán)劃分成4個(gè)大致相等的部分，這4個(gè)空白部分用二等補(bǔ)充網(wǎng)填充，稱縱橫鎖系布網(wǎng)方案；另一種是在一等鎖環(huán)內(nèi)布設(shè)全面二等三角網(wǎng)，稱全面布網(wǎng)方案。二等基本鎖的邊長(zhǎng)為2025km，二等網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)為13km。 三、四等三角網(wǎng)在二等三角網(wǎng)內(nèi)進(jìn)一步加密，平均邊長(zhǎng)為45km和23km。,三、四等三角網(wǎng) 加密控制網(wǎng)，滿足測(cè)圖和工程建設(shè)的需要，采用插網(wǎng)或插點(diǎn)方法布設(shè)，也可以越級(jí)布網(wǎng)。

5、 三等網(wǎng)平均邊長(zhǎng)：8km 四等網(wǎng)平均邊長(zhǎng)：2-6km,2. 城市（廠礦）控制網(wǎng) 國家控制網(wǎng)的密度較稀，難以滿足城市或廠礦建設(shè)的需要，所以，在縣級(jí)以上的城市和大、中型廠礦，一般需建立自己的平面控制網(wǎng)，稱作城市平面控制網(wǎng)或（廠）礦區(qū)平面控制網(wǎng)。 城市（廠礦）控制網(wǎng)通常須與國家控制網(wǎng)聯(lián)結(jié)（或相聯(lián)系），即以兩個(gè)或兩個(gè)以上的國家控制點(diǎn)作為起始點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)城市規(guī)模、（廠）礦區(qū)大小以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)工程對(duì)測(cè)量精度的要求，合理布設(shè)相應(yīng)等級(jí)的平面控制網(wǎng)。 城市（廠礦）平面控制網(wǎng)的等級(jí)最高為二等（省府以上的大城市或特大型礦山），一般為三等或四等，四等以下還可根據(jù)需要布設(shè)一級(jí)和二級(jí)小三角網(wǎng)。,3. 工程控制網(wǎng)：直

6、接為某項(xiàng)建設(shè)工程（如水電站、公路、鐵路、新建城鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)以及較大規(guī)模的廠區(qū)等）專門布設(shè)的測(cè)量控制網(wǎng)。 工程控制網(wǎng)應(yīng)盡可能與國家網(wǎng)或城市網(wǎng)聯(lián)結(jié)，連接確有困難時(shí)，也可建立獨(dú)立的控制網(wǎng)。工程控制網(wǎng)的等級(jí)最高為三等，一般為四等或一、二、三級(jí)。 在廠區(qū)或小城鎮(zhèn)，還可布設(shè)“建筑方格網(wǎng)”。,建筑方格網(wǎng),五. 平面控制網(wǎng)的形式與施測(cè)方法 平面控制網(wǎng)的形式有許多種。不同形式的控制網(wǎng)有不同的施測(cè)方法。 1. 三角網(wǎng)與三角測(cè)量 所有的控制點(diǎn)構(gòu)成彼此相連的三角形網(wǎng)狀，如下圖。 用經(jīng)緯儀測(cè)量出網(wǎng)中所有三角形的內(nèi)角。當(dāng)已知兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，或已知一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和一條邊的長(zhǎng)度（用測(cè)距儀或鋼尺測(cè)距）與方位角（用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定），便

7、可求算網(wǎng)中所有控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)（由正弦定理傳遞邊長(zhǎng)）。 構(gòu)建、測(cè)定三角網(wǎng)點(diǎn)的工作叫三角測(cè)量。,三角測(cè)量在過去（20世紀(jì)80年代以前）是平面控制測(cè)量的主要方法。過去已經(jīng)建成、目前仍在使用的國家一、二、三、四等平面控制點(diǎn)基本上都是采用三角測(cè)量方法獲得的。當(dāng)時(shí)，高精度測(cè)邊很難實(shí)現(xiàn)。 三角測(cè)量的觀測(cè)量主要是水平角，邊長(zhǎng)觀測(cè)很少，距離傳遞誤差較大；此外，三角網(wǎng)對(duì)相鄰控制點(diǎn)之間的通視條件要求很高（多邊形的中點(diǎn)須與多點(diǎn)通視），實(shí)地選點(diǎn)難度較大，一般只能位于高處（如山頭或房頂），使用也不方便。因此，在光電測(cè)距儀和全站儀已普遍應(yīng)用的現(xiàn)代，城市控制測(cè)量和工程控制測(cè)量基本上不采用三角網(wǎng)。 除了測(cè)角三角網(wǎng)之外，還有在

8、此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、形狀與測(cè)角三角網(wǎng)相類似的測(cè)邊（三角）網(wǎng)和邊角組合網(wǎng)。與測(cè)角網(wǎng)一樣，測(cè)邊網(wǎng)和邊角網(wǎng)目前也很少采用。,2. 導(dǎo)線網(wǎng)與導(dǎo)線測(cè)量 導(dǎo)線：由若干條直線連成的折線。 布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，使點(diǎn)與點(diǎn)之間單線相連形成鏈狀折線，測(cè)量出邊長(zhǎng)和角度之后便可逐點(diǎn)傳遞平面坐標(biāo)。 導(dǎo)線中的每一條直線叫導(dǎo)線邊; 相鄰兩直線之間的水平角叫做轉(zhuǎn)折角; 折線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)叫導(dǎo)線點(diǎn)（控制點(diǎn)）。 選擇、測(cè)定導(dǎo)線點(diǎn)平面坐標(biāo)的工作叫導(dǎo)線測(cè)量。通過測(cè)量導(dǎo)線邊長(zhǎng)和轉(zhuǎn)折角，再根據(jù)起算點(diǎn)及附合點(diǎn)的已知數(shù)據(jù)，可推算各邊的坐標(biāo)方位角，最后求出所有導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。,導(dǎo)線的形式有附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、支導(dǎo)線和導(dǎo)線網(wǎng)等四種，類似于水準(zhǔn)路線。 上圖

9、中包括了前三種形式的導(dǎo)線。 導(dǎo)線網(wǎng)是由若干條附合導(dǎo)線和閉合導(dǎo)線構(gòu)成的網(wǎng)狀圖形。導(dǎo)線網(wǎng)包括：一個(gè)節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線網(wǎng)、兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線網(wǎng)和兩個(gè)以上閉合環(huán)所組成的導(dǎo)線網(wǎng)等，如下圖所示。,與水準(zhǔn)路線不同的是：導(dǎo)線所傳遞的是平面坐標(biāo)x、y（有時(shí)也與高程一起傳遞）；觀測(cè)量為水平角和邊長(zhǎng)；起始點(diǎn)或附合點(diǎn)一般都是各由兩個(gè)已知點(diǎn)所構(gòu)成。 跟三角網(wǎng)比較，導(dǎo)線網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)間通視條件容易滿足，布設(shè)靈活、方便。在林區(qū)和城市建成區(qū)，導(dǎo)線的優(yōu)勢(shì)尤為明顯。導(dǎo)線測(cè)量是現(xiàn)代控制測(cè)量的主要形式。 運(yùn)用導(dǎo)線測(cè)量形式的前提條件是必須有光電測(cè)距儀或全站儀。,3. GPS控制網(wǎng) 利用GPS定位技術(shù)建立的測(cè)量控制網(wǎng)。 GPS測(cè)量的特點(diǎn)是速度

10、快、精度高、全天候，無需考慮點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視情況。但在建筑物內(nèi)、地下、樹下及狹窄的城區(qū)街道內(nèi)不能使用。 4. 其它形式 除了三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、 GPS測(cè)量等主要控制測(cè)量方法之外，在某些場(chǎng)合下（如待測(cè)點(diǎn)數(shù)目較少時(shí)），還有一些其它方法可以運(yùn)用，如：小三角鎖、大地四邊形、前方交會(huì)、后方交會(huì)等，詳見教材73。, 7-2 導(dǎo)線測(cè)量,一.導(dǎo)線的布設(shè)形式 二.導(dǎo)線測(cè)量外業(yè) 三.導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算,一.導(dǎo)線的布置形式,1.閉合導(dǎo)線,已知數(shù)據(jù)：AB，XB，YB,A、B為已知點(diǎn)， 1、2、3、4、5為 新建導(dǎo)線點(diǎn)。,觀測(cè)數(shù)據(jù)：連接角B； 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角0 ，1 ，5； 導(dǎo)線各邊長(zhǎng)DB1，D12，D51。,已知數(shù)據(jù)：AB,

11、XB,YB；CD,XC,YC。,AB、CD為已知邊，點(diǎn)1、2、3、4為新建導(dǎo)線點(diǎn)。,觀測(cè)數(shù)據(jù)：連接角B 、C ； 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角1, 2, 3 ,4 ； 導(dǎo)線各邊長(zhǎng)DB1，D12，D4C。,2.附合導(dǎo)線,3.支導(dǎo)線,已知數(shù)據(jù)：AB,XB,YB,A、B為已知邊，點(diǎn)1、2為新建支導(dǎo)線點(diǎn)。,觀測(cè)數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)折角B, 1 邊長(zhǎng)DB1，D12,二.導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè),3.圖根導(dǎo)線的技術(shù)要求,常規(guī)平面控制測(cè)量的主要技術(shù)要求,三.導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算,目的：計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。 要求：評(píng)定導(dǎo)線測(cè)量的精度， 合理分配測(cè)量誤差。,（一）閉合導(dǎo)線的計(jì)算,1角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整：,1：右角,2：左角,坐標(biāo)方位角的推算, BC=

12、 AB-1+180, BC= AB+2- 180,2坐標(biāo)方位角的計(jì)算,3坐標(biāo)增量初算值的計(jì)算,4坐標(biāo)增量閉合差的計(jì)算與調(diào)整,計(jì)算：,調(diào)整：,5坐標(biāo)的計(jì)算,1）坐標(biāo)正算：根據(jù)調(diào)整后的各個(gè)坐標(biāo)增量，從一個(gè)已知坐標(biāo)的導(dǎo)線點(diǎn)開始，可以依次推算出其余點(diǎn)的坐標(biāo)。,X2=X1+X12 Y2=Y1+Y12,2）坐標(biāo)反算：若已知兩點(diǎn)的坐標(biāo)，據(jù)此來求算兩點(diǎn)之間的距離或方位角。,閉合導(dǎo)線的計(jì)算步驟 (1)繪制計(jì)算草圖，在表內(nèi)填 寫已知數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)； (2)角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整； (3)各邊方向角的推算； (4)計(jì)算坐標(biāo)增量； (5)坐標(biāo)增量閉合差的 計(jì)算與調(diào)整； (6)推算各點(diǎn)坐標(biāo)。,閉合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算,（二）附

13、合導(dǎo)線的計(jì)算 與閉合導(dǎo)線計(jì)算的兩個(gè)區(qū)別點(diǎn),8,(1)繪制計(jì)算草圖,在表內(nèi)填寫 已知數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù),(3)各邊方向角的推算,(5)推算各點(diǎn)坐標(biāo),1119 01 12,附合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算,3.支導(dǎo)線計(jì)算,支導(dǎo)線的計(jì)算步驟,支導(dǎo)線的計(jì)算步驟,完,7-4 交會(huì)定點(diǎn)一、角度前方法,已知: A(Xa,Ya) , B(Xb,Yb) 觀測(cè)值：兩個(gè)已知點(diǎn)處的水平角和。 求:P點(diǎn)的坐標(biāo)XP , Yp , 方法一：先求距離D1，D2 然后再按極坐標(biāo)法計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)。,P,B,A,計(jì)算坐標(biāo)方位角 ： 計(jì)算坐標(biāo) 要注意： 和角是 順時(shí)針還是逆時(shí)針編號(hào)。,P,B,A,方法二：將D1， ap, 代入下式，整理后得：,P,B,

14、A,正切公式：,e1,e2,K2,K1,P,K3,K4,二、方向前方交會(huì)法,已知:K1,K2,K3,K4的坐標(biāo) 觀測(cè)值：兩個(gè)已知點(diǎn)處的水平角e1和e2。 求P的坐標(biāo) 先計(jì)算, 再按角度前方交會(huì)法計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo).,三、角度側(cè)方交會(huì)法,觀測(cè)值：一個(gè)已知點(diǎn)處的水平角e1和待定點(diǎn)處的水平角e2。 計(jì)算：先求第三角e3e3=180-e1-e2 然后再按前方交會(huì)法計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)。,四、距離交會(huì)法,已知: A(Xa,Ya) , B(Xb,Yb) 觀測(cè)值：兩個(gè)已知點(diǎn)到待定點(diǎn)P的距離a和b，計(jì)算待定點(diǎn)坐標(biāo)的方法如下： 方法一：先求角度 再按極坐標(biāo)法計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo),B,A,P,a,b,c,距離交會(huì)法,方法二：先求P

15、點(diǎn)在AB坐標(biāo)系中的坐標(biāo)e和f， 再利用a和b按直角坐標(biāo)法計(jì)算P點(diǎn)在XY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。,五、后方交會(huì)法,已知點(diǎn)：A，B，C 觀測(cè)值：方向觀測(cè)值Ra 、Rb、 Rc，后交角a，b 輔助量：c =360-a-b a=Rc-Rb ,b=Ra-Rc , c=Rb-Ra 求：XP，YP 物理重心公式,A,B,C,a,b,c,C,B,A,PC,PB,PA,求待定點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法后方交會(huì)法,第一步：計(jì)算A,B,C角 第二步：計(jì)算權(quán)系數(shù),A,B,C,a,b,c,C,B,A,后方交會(huì)法,第三步：計(jì)算待定點(diǎn)P的坐標(biāo) 證明見講義P175176 后方交會(huì)法有很多種解法 如果P點(diǎn)落在危險(xiǎn)圓上則無解,A,B,C,a,b,

16、c,C,B,A,后方交會(huì)的圖形編號(hào),后方交會(huì)的圖形編號(hào)(三種情況),、取負(fù)值,為了避免在計(jì)算P時(shí)遇特殊角“溢出”的問題，可改用下式 當(dāng)P和A，B，C四點(diǎn)共圓，無解。稱過ABC三點(diǎn)的圓為“危險(xiǎn)圓”。若P點(diǎn)落在危險(xiǎn)圓上則無解。,C,B,A,a1,b1,b2,a2,p2,P1,危險(xiǎn)圓分析,如圖：四點(diǎn)公圓 因?yàn)?a1=a2=A,b1=b2=B, c1=c2=360-a-b=180+C (C+a+b=180) 所以PA=,PB=,PC= XP , YP無解 四點(diǎn)接近圓時(shí)，精度較低,A,B,C,六、方向距離后方交會(huì)法（自由設(shè)站法）,已知點(diǎn)：A，B，C 觀測(cè)值：方向觀測(cè)值Ra 、Rb、 Rc，距離a、b、c

17、 a=Rc-Rb ,b=Ra-Rc , c=Rb-Ra 求：XP，YP,A,B,C,a,b,c,C,B,A,c,b,a,七、雙點(diǎn)交會(huì),已知點(diǎn)：A，B 觀測(cè)值： 求C、D的坐標(biāo),7-5 小三角測(cè)量,全圓測(cè)回法,全圓測(cè)回法記錄與計(jì)算,單三角鎖計(jì)算表（1）,單三角鎖計(jì)算表（2）,中點(diǎn)多邊形,中點(diǎn)多邊形計(jì)算,大地四邊形,大地四邊形計(jì)算,GPS（Global Positioning System）又稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是20世紀(jì)人類最偉大的科技成果之一。GPS系統(tǒng)集合了空間技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成就，是一項(xiàng)工程浩繁、耗資巨大的系統(tǒng)工程，被稱為繼阿波羅飛船登月、航天飛機(jī)之后的第三大空

18、間工程。,全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)簡(jiǎn)要,全球定位系統(tǒng)(GPS)的由來,全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。,GPS定位原理,通過在待定點(diǎn)接受高空GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)，從中獲取衛(wèi)星坐標(biāo)信息，同時(shí)測(cè)量待定點(diǎn)與衛(wèi)星間的距離，利用空間后方距離交會(huì)的原理，解算待定點(diǎn)三維空間坐標(biāo)，如圖3

19、-6所示。,圖 3-6,GPS定位原理,由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。,2、GPS定位原理(1)(2),GPS定位原理,(1)測(cè)邊后方交會(huì) 0-XYZ為空間三維坐標(biāo)系統(tǒng)； A(xa,ya,za)、 B(xb,yb,zb)為 待定點(diǎn)； S1，S2，S3，S4為空間已知點(diǎn) (衛(wèi)星)，坐標(biāo)分別為x1y1z1, x2

20、y2z2, x3y3z3 ， x4y4z4 。 如果測(cè)定了A、B點(diǎn)與各衛(wèi)星的 距離Di，就可以計(jì)算A、B點(diǎn)的 三維坐標(biāo)。,GPS定位原理(3),(3)通過與測(cè)區(qū)原有大地控制網(wǎng)的聯(lián)測(cè)，求得GPS坐標(biāo)與大地 坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而求得觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo),四、GPS技術(shù)簡(jiǎn)要,GPS圖示,空間衛(wèi)星座 24顆衛(wèi)星發(fā)射信號(hào) 衛(wèi)星軌道、時(shí)間數(shù)據(jù)及 輔助資料信息,用戶設(shè)備 接收設(shè)備 接收衛(wèi)星信號(hào),地面監(jiān)控 中央控制系統(tǒng) 時(shí)間同步 跟蹤衛(wèi)星定位,全球定位系統(tǒng)構(gòu)成,全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：(1)空間部分（GPS衛(wèi)星）， (2)地面控制部分，由主控站、信息注入站、監(jiān)測(cè)站及通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成； (3)用戶

21、裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。,圖 3-7,GPS衛(wèi)星,GPS衛(wèi)星設(shè)計(jì)由24顆衛(wèi)星構(gòu)成，其中 21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分在6個(gè)軌道面上，(如圖3-7所示），軌道面傾角為55，各軌道面之間相距60，軌道平均高度20 200 km，大約12 h繞地球一周。這樣的GPS衛(wèi)星空間配置，保證了地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻能同時(shí)觀測(cè)到4顆GPS以上的衛(wèi)星，以滿足精密導(dǎo)航與定位的需要。,GPS衛(wèi)星信號(hào),GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)由兩種調(diào)制波組成：一種調(diào)制波組合了衛(wèi)星導(dǎo)航電文、L1（波長(zhǎng)為19 cm）載波和兩種測(cè)距碼（C/A碼和P碼）；另一種調(diào)制波組合了衛(wèi)星導(dǎo)航電文、 L2 （波長(zhǎng)為2

22、4 cm）載波和一種測(cè)距碼（P碼）。 衛(wèi)星導(dǎo)航電文是用戶用來導(dǎo)航與定位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容包括：衛(wèi)星星歷、時(shí)間信息和時(shí)鐘改正、信號(hào)傳播延時(shí)改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)信息等。 C/A作為一種公開碼，測(cè)距精度較低，相應(yīng)的測(cè)距誤差范圍為幾米到幾十米。P碼測(cè)距精度高于C/A碼，測(cè)距誤差范圍在幾十厘米以內(nèi)，但是屬于保密碼，只提供給特許用戶使用,地面監(jiān)控系統(tǒng)部分,主要由分布在全球的9個(gè)地面站組成，包括5個(gè)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站、1個(gè)主控站和3個(gè)信息注入站。 監(jiān)測(cè)站的功能是在主控站的直接控制下，對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)和收集有關(guān)的氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步處理并儲(chǔ)存和傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的精密運(yùn)行軌道。 主控站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有地

23、面監(jiān)控系統(tǒng)的工作，推算各衛(wèi)星的星歷、鐘差和大氣延遲修正參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)和管理指令送至注入站。 注入站在主控站的控制下，將主控站傳來的數(shù)據(jù)和指令注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器，并監(jiān)測(cè)注入信息的正確性。,GPS用戶接收機(jī),衛(wèi)星和地面監(jiān)控系統(tǒng)是GPS定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但用戶實(shí)現(xiàn)定位是通過用戶設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。接收機(jī)分不同的類型，僅就實(shí)現(xiàn)的定位功能來說，可分為導(dǎo)航型和測(cè)地型兩類。 (1) 導(dǎo)航型。特點(diǎn)是使用C/A碼測(cè)距，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、定位精度低，定位方法屬于實(shí)時(shí)定位。 (2) 測(cè)地型。特點(diǎn)是測(cè)距不使用測(cè)距碼，而是采用與相位法測(cè)距儀測(cè)距相似的原理，利用L1或L2載波進(jìn)行測(cè)距。測(cè)地型接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

24、、價(jià)格高、定位精度高。測(cè)地型接收機(jī)既可用于實(shí)時(shí)定位也可用于事后定位，定位時(shí)只能利用L1載波進(jìn)行測(cè)距的接收機(jī)稱為單頻接收機(jī)，能同時(shí)使用兩種載波完成測(cè)距的接收機(jī)，稱為雙頻接收機(jī)。,3、GPS定位測(cè)量的特點(diǎn),3、GPS定位測(cè)量的特點(diǎn),相鄰測(cè)站之間不必通視，布網(wǎng)靈活； 定位精度高，差分距離相對(duì)誤差約為110ppm； 全天候觀測(cè)，不受天氣影響； 觀測(cè)、記錄、計(jì)算高度自動(dòng)化； 實(shí)時(shí)定位的優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。 室內(nèi)、地下及地面空間不夠開闊地帶，不能 接收到衛(wèi)星信號(hào)，觀測(cè)受到限制。,GPS定位方法 測(cè)量中地位,3. 1. 2. 2 GPS在測(cè)量工程中的應(yīng)用,GPS系統(tǒng)本身并非為測(cè)量工作而設(shè)計(jì)，其絕對(duì)誤

25、差達(dá)到數(shù)米乃至數(shù)十米的單點(diǎn)定位成果不能滿足大多數(shù)測(cè)量工作所需的定位精度。但是GPS系統(tǒng)推出后，測(cè)繪科技工作者研究發(fā)現(xiàn)，通過“同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星”的觀測(cè)方法，可以使定位誤差的絕大部分強(qiáng)烈相關(guān)，可通過求坐標(biāo)差來消除，從而獲得極高的相對(duì)定位精度。于是各種測(cè)地型GPS接收機(jī)被迅速研發(fā)出來，運(yùn)用于測(cè)量工程的諸多領(lǐng)域。,1控制測(cè)量,GPS定位具有不需站點(diǎn)之間相互通視，觀測(cè)全自動(dòng)、全天候，成果高精度，作業(yè)高效率，地面點(diǎn)之間的連接網(wǎng)型與精度關(guān)系不大等技術(shù)特點(diǎn)，顯示出了巨大的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)控制測(cè)量的技術(shù)方法產(chǎn)生了革命性的影響，在高等級(jí)控制測(cè)量領(lǐng)域，傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法已經(jīng)被GPS技術(shù)所取代。 近年來，隨著GP

26、S接收機(jī)價(jià)格的迅速下降，即使在低等級(jí)乃至圖根控制測(cè)量方面，GPS方法都成為了首選技術(shù)方法。,2地形測(cè)量,GPS技術(shù)為消除誤差，取得高精度的觀測(cè)成果，一般采用兩臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)、數(shù)據(jù)事后處理的作業(yè)方法。近幾年迅速興起的雙頻動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)（RTK），實(shí)現(xiàn)了高精度定位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，可在數(shù)分鐘甚至數(shù)十秒內(nèi)獲得厘米級(jí)的定位成果，使得GPS技術(shù)用于地形測(cè)量成為可能。,RTK的工作原理,RTK的工作原理如圖3-8所示，一臺(tái)接收機(jī)固定不動(dòng)，稱為基準(zhǔn)站R，另一臺(tái)流動(dòng)測(cè)點(diǎn)，稱為流動(dòng)站i，兩接收機(jī)之間通過電臺(tái)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。,圖 3-8,RTK的工作原理,開始作業(yè)時(shí)，流動(dòng)站首先依次在兩個(gè)以上已知點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)

27、量，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，和基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，得到與基準(zhǔn)站之間的高精度的GPS基線向量（三維空間坐標(biāo)差，可通過投影轉(zhuǎn)換為高斯平面的二維坐標(biāo)差）。同時(shí)，利用已知點(diǎn)上觀測(cè)數(shù)據(jù)及原坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求得GPS二維基線向量轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的二維基線向量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，及基準(zhǔn)點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這一工作稱為初始化。初始化完成后開始測(cè)量工作，流動(dòng)站到待定點(diǎn)上，通過與基準(zhǔn)站的差分，求得基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的高精度坐標(biāo)差。,RTK技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,RTK技術(shù)用于地形測(cè)量，相對(duì)于全站儀方法，單機(jī)作業(yè)，無需與測(cè)站通視。作業(yè)半徑取決于數(shù)據(jù)通訊距離，一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米到數(shù)十千米，作業(yè)靈活方便，效率很高。尤其在地形簡(jiǎn)單、天空開闊的地區(qū)，優(yōu)勢(shì)明顯。

28、除可用于地形測(cè)量外，最適合邊界測(cè)量、規(guī)劃道路定線測(cè)量、水下地形測(cè)量、運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量等領(lǐng)域。,RTK技術(shù)的應(yīng)用局限,目前存在的問題是，由于要求實(shí)時(shí)解算，RTK技術(shù)必須采用解算未知數(shù)速度快的雙頻接收機(jī)，加之?dāng)?shù)據(jù)處理極其復(fù)雜，因而RTK系統(tǒng)價(jià)格昂貴。此外，在建筑較多、林木稠密的地形條件下，GPS定位要求天空開闊的局限性使得其作業(yè)范圍受到很大限制，所以RTK技術(shù)在可以預(yù)見的將來，也不能完全取代傳統(tǒng)方法。,經(jīng)過20余年的實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)是一個(gè)高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時(shí)的多功能系統(tǒng)。 GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。,GPS全新的稱呼 GNSS,當(dāng)前，在這一領(lǐng)域最吸引人眼球的除了GPS 外，就是歐盟和我國合作的“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng),伽利略”計(jì)劃是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案?！百だ浴毙l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建立將于2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發(fā)射30顆衛(wèi)星，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補(bǔ)衛(wèi)星。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。該系統(tǒng)除了30顆中高度