测量学ppt课件(全站仪和GPS).ppt

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1、一、全站仪(total station)的发展,第十二章 测量新技术应用,12.1 全站仪(total station)功能介绍,二、全站仪（total station）构造简介,三、全站仪的功能介绍,A角度测量(angle observation)（1）功能：测水平角（horizontal angle）竖直角(vertical angle)（2）方法：与经纬仪相同。若要测出水平角AOB，则：,当精度要求不高时只需半测回：,瞄准A点置零（0SET）瞄准B点，记下水平度盘HR的大小。,当精度要求高时：可用测回法,步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，可以用“置盘”（H SET）,提问：测回法操作步骤？

2、,B距离测量(distance measuring),PSM、PPM设置测距、坐标、放样前。1）棱镜常数（PSM）的设置。一般：PRISM=0（原配棱镜），-30mm（国产棱镜）2）大气改正数（PPM）（乘常数）设置。输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。,（1）功能：可测量平距、高差和斜距（全站仪 镜点至棱镜镜点间高差及斜距）（2）方法：照准棱镜点，按MEAS。,S=ct/2,C坐标测量(coordinate measuring),（1）功能：测出目标点的(X,Y,H)（2）原理1)平面坐标（X，Y）测量原理,2）高程（Z）测量原理,（3）方法,后视点

3、,测站点,待测量点,1)输入测站X，Y，H，仪器高i，棱镜高t。2)瞄准后视点，将水平度盘读数设置为测站至后视点的坐标方位角。3)瞄准目标棱镜点，按MEAS（测量）键。,D、点位放样(Layout),（1）功能：根据设计的待放样点P及已知点的坐标，在实地标出P点的平面位置及填挖高度。,（2）原理,1）先在待放样点的大致位置立棱镜对其进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。,2）将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出其差值。距离差值dD和角度差dHR或纵向差值X和横向差值Y。,X,Y,后视点,测站点,当前棱镜位置,待放样点P,dD,dHR,3）根据显示的dD、dHR或X、Y，逐渐找到放样点的位置。,X

4、,Y,后视点,测站点,当前棱镜位置,待放样点P,dD,dHR,dHR=000000”dHD=0 m,E程序测量,（1）数据采集（2）坐标放样（3）对边测量、悬高测量、面积测量、导线测量、后方交会等。（4）数据存储管理。包括数据的传输、数据文件的操作（改名、删除、查阅）。,四、拓普康全站仪的使用,见“拓普康全站仪使用简介”讲义,附：TOPCON全站仪放样点位的方法,以下介绍的是少量零星点的坐标放样方法：1、按MENU进入主菜单测量模式。2、按LAYOUT进入放样程序，再按SKP略过选择文件。3、按OOC.PT（F1），再按NEZ，输入测站O点的坐标（x0,y0,H0）；并在INS.HT一栏，输入

5、仪器高。,4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，输入后视点A的坐标（xA,yA）；若不知A点坐标而已知坐标方位角，则可再按AZ，在HR项输入的值。瞄准A点，按YES。5、按LAYOUT（F3）：输入待放样点B的坐标（xB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLE（F1）。使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=0，即找到了OB方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于OB方向上。,6、按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动，若dHD为正，则向O点方向移动；反之若dHD为负，则向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为B点的平面位置。其所显示的

6、dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。7、按NEXT放样下一个点C。,1、角度模式（左、右角，没零方向，对度盘、水平角、竖直角等）,2、距离测量模式（1）常数设置，气象改正数设置（2）精测、粗测、距离跟踪方式的选择（3）施工放样值设定及测设（4）同时完成角度、距离、高差测量,3、坐标测量模式,4、特殊模式（菜单模式），又称为“仪器内部程序测量模式”,五、全站仪测量模式,悬高测量、对边测量、支导线测量等,1、全站仪与棱镜安置,2、开机（检查电池电量）,3、选择测角、测距模式,4、输入棱镜常数5、输入仪器加、乘常数6、输入气象改正参数-自动完成气象改正,7、输入仪器高与棱镜高-自动完成倾

7、斜改正,六、全站仪操作,1、全站仪每年按规定必须送仪器检定中心进行仪器检验,主要项目有,2、阳光下作业要打伞遮阳3、防止仪器淋雨、进水4、尽可能避开高压线、变电站等强电场干扰源,七、全站仪使用注意事项,5、搬站一定关机、装箱，不可以带脚架搬站6、运输和存储过程中应防震、防潮、防高温7、电池要注意及时充电，仪器不用时，将电,池分开存放。,一、GPS的定义及历史1定义 全球定位系统GPS（Global Positioning System）,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。,12.2 GPS定位原理及应用简介,2GPS

8、的产生与发展由TRANSIT到GPS,1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。,二、GPS的组成,GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。,空间部分：24颗卫星等间距分布在A B C D E F六个轨道面上，轨道倾角55度，轨道近圆形，周期11小时58分，卫星重464千克，主体呈圆形，直径1.5米。,地面部分：四个监控站

9、一个上行注入站和一个主控站。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将数据传送到主控站；主控站收集各监控站对GPS卫星的全部数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟差改正值;,外推一天以上的卫星星历及钟差并按一定的格式转化成导航电文。上行注入站在每颗卫星运行到上空时把这类导航数据及主控站的指令注入卫星，每天进行一次。,用户接收机 接收卫星信号获得伪距和导航电文以及接收机本振产生的信号相位与卫星信号的相位之差。1973年始建至1994年结束，历经二十年耗资三百多亿美元，共发射39颗卫星（Block I 15颗，Block II 24颗）保证在世界任何地方至少同时看到4颗卫星。,1、空间部分

10、由21颗工作卫星和3颗备用卫星。,GPS卫星图片1,GPS卫星图片2,2、地面控制部分。,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、Diego Garcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。5个监控站：以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。,3、用户接收机部分,GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型和双频型。,图片：导航型GPS机,手持型GPS机,车载型GPS机,图片：

11、大地型GPS接收机,单频机,双频机,三、GPS定位方法分类,（1）绝对/单点定位(point positioning)确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。（2）相对定位(relative positioning)确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标，即相对位置。,四.GPS定位原理,(一).伪距导航与定位,s1,s2,s3,s4,本振信号,卫星信号,(二)、载波相位法精密定位,本振信号,卫星信号,1,OBS1=2*N1+1,2,本振信号,卫星信号,OBS2=2*N2+1,(X Y Z),基线矢量,D1(X1,Y1,Z1),D2(X2,Y2,Z2),+,=,VRS结构示意图,三个

12、站控制北京市区,一个70KM北京市区面积900多平方公里，最大跨度30KM。边长的三角形可控制2200多平方公里。3个站可控整个北京市区,10个站可控制整个北京,五、GPS的后处理测量方法,1静态测量(static surveying)（1）方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。,（2）用途 是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。（3）精度 可达到（5mm+1ppm）,2动态测量(kinematic surveying),（1）

13、方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过15km。（2）用途：适用于精度要求不高的碎部测量。（3）精度：可达到（1020mm+1ppm）,图形：相对定位模式,静态相对定位模式,动态相对定位模式,3、GPS实时动态定位（RTK）方法,(1)RTK(real-time kinematic)工作原理及方法与动态相对定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。,(2)RTK用途：适用于精

14、度要求不高的施工放样及碎部测量。,(3)作业范围：目前一般为10km左右。(4)精度：可达到（1020mm+1ppm）,GPS测量工作可分为外业作业和内业两大部分。外业工作主要包括，选点（即观测站址的选择）、建立测站标志、野外观测作业以及成果质量检核等工作,六 GPS测量的实施,内业工作主要包括，GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：网的优化设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。,GPS测量，是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，实施这项工作的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性等要求的情况下，尽可能地减少经

15、费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作，都要精心设计，精心组织和实施。,1.子午仪卫星导航系统 定位原理:多普勒效应“单星 低轨 测速”体制 1964年投入使用，系统由6颗卫星组成,轨道倾角90度，间隔1.5小时定位一次,观测8分钟,二维位置精度优于40米。应用:潜艇,船舶导航;大地测量,石油物探,地球监测,高精度授时等领域。2.GPS全球定位系统,七 其它定位系统,3.GLONASS全球定位系统 GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星

16、星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8。,4.“伽俐略”（GNSS）导航卫星定位系统 伽俐略计划是欧盟实施的一项大型综合性卫星导航定位计划，1994年欧盟开始对伽俐略（GNSS）系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽俐略系统的L频段的频率资源。2002年3月欧盟15国交通部长一致同意伽俐略系统的建设。该系统由欧盟各政府和私营企业共同投资36亿欧元。5.“北斗”卫星导航定位系统

17、全球定位系统“北斗一号”的覆盖范围是北纬5一55，东经70一140之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35左右。其定位精度为水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。,GPS+GLONASS系统对纯GPS系统的改进 1)可见卫星数增加一倍 2)缩短解载波相位整周模糊度求解时间,提高生产效率 3)提高观测结果的可靠性 4)提高观测结果的精度,八.美国定位系统的政策,1.SPS和PPS的定义及其政策 标准定位服务SPS 包括定位服务和定时服务,这一服务是全天候,全球性的。对一切用户开放，不直接向用户收

18、费。水平定位精度（实施SA技术）为100米（95置信度）或300米（99置信度）。高程精度为140米（95%置信度）；定时精度为340ns（99置信度）。和平时期SPS的终止,将提前48小时由DOD通知美国海岸警卫队(GPSIC),恢复由GPSIC通告民用用户。高精度定位服务PPS由DOD控制，连续在全球范围内提供定位 定时和测速服务，服务对象限于美军以及DOD有专门协定的盟军。未经批准的民用部门不得使用，对美国批准的用,户可以获得三维分量上约8米的精度。2.SA AS技术 SA技术:GPS设计 预计C/A码的定位精度为400米,但实测的定位精度达1540米,测速精度高达每秒零点几米,美DOD

19、认为这样的精度提供给用户危及到美国的安全,不能接受,决定使用所谓的选择使用性(SA)措施来拒绝未经批准的用户使用高的定位精度。(卫星基准频率 技术,导航电文技术)(克服措施：GPS测轨，DGPS技术，GLONASS卫星）AS(Anti-Spoofing)抗窃密技术或电子欺骗技术,在P码上采用编码技术,防止敌方播发假的P码信号干扰,将P码变成Y码。在精密测量中，P码的作用很重要，如码的平滑 数据的联合处理，实时模糊度解算等。,九、GPS定位测量特点及前景,(一)、GPS特点：1、定位精度高 应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000K

20、M可达10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面 位置误差小于1mm。2、观测时间短 随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20 分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观 测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。3、测站间无须通视 4、可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。,5、操作简便 随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度

21、；接收机的体积 越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。6、全天候作业 目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行,不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。7、功能多、应用广 GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达0。1M/S，测时 的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。,(二)、应用前景 1、GPS系统用途广泛 2、多元化空间资源环境的出现（GPS/GLONASS/GNSS）3、发展GPS产业 4、GPS 的应用将进入人们的日常生活 有人说过，只有我们想不到的，没有GPS做不到的。GPS 信号接收

22、机在人们生活中的应用，是一个难以用数字预测的广阔天地，手表式的GPS 接收机，将成为旅游者的忠实导游。尽管目前大多数人还不知道什麽是GPS，但有人预言，GPS将改变我们的生活方式。今后，所有运载器，都将依赖于GPS。GPS就象移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样，人们日常生活将离不开它。,十、GPS技术应用,1、GPS在大地控制测量中的应用 GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可以将G

23、PS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是做为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的 GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至 几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务,2、GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用 用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和

24、 图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。特别是应用RTK新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。应用RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（如伪距或相位观测值）及已知数据（如基准站点坐标）实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到 四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比GPS

25、静态、快速静态定位 需要事后进行处理来说，其定位效率会大大提高。故RTK技术一出现，其在测量中的 应用立刻受到人们的重视和青睐。,3、GPS在海洋测绘中的应用,海洋测绘主要包括海上定位、海洋大地测量和水下地形测量。海上定位通常指在海上确定船位的工作。主要用于舰船导航，同时又是海洋大地测量不可缺少的工作。海洋大地测量主要包括在海洋 范围内布设大地控制网，进行海洋重力测量。在此基础上进行水下地形测量，测绘水下地形图，测定海洋大地水准面。此外海洋测绘的工作还包括海洋划界、航道测量以及海洋资源勘探 与开采（如海洋渔业、海上石油工业、大陆架以及专属经济区的开发）、海底管道的敷设、近海工程（如海港工程等）

26、、打捞、疏浚等海洋工程测量、平均海面测量、海面地形测量以外，还有海流、海面变化、板快运动以及海啸等测量。,4、GPS在航海航空导航中的应用 1).GPS航海导航应用 若按照航路类型划分、GPS航海导航可以分为五大类：远洋导航；海岸导航；港口导航；内河导航；湖泊导航。2).GPS航空导航应用 洋区空域航路 内陆空域航路 终端区导引 进场/着陆 机场场面监视和管理 特殊区域导航，如农业、林业等。,5、GPS在航空摄影测量中的应用 近年来，GPS动态定位技术的飞速发展导致了GPS辅助航空摄影测量技术的出现和发展。从根本上解决常规方法“第一年航空摄影，第二年野外控制联测，第三年航测成图”的作业周期长，

27、成本高的缺点目前该技术已进入实用阶段，在国际和国内已用于大规模的航空摄影测量生产。实际表明 该技术可以极大地减少地面控制点得数目，缩短成图周期，降低成本。,6、GPS在公安、交通系统中的应用 1)、车辆GPS定位与无线通信系统相结合的指挥 管理系统；2)、应用GPS差分技术的指挥管理系统。,7、GPS在军事领域的应用手持机在军队领域的应用 GPS在基地的应用 导弹跟踪测量 中、低轨卫星的轨道测量 航天器的轨道测量及返回控制 航天器的交会对接 靶场多目标测量 大地精确位置确定 测量设备的精度鉴定 高精度的时频基准 高精度测量数据的电离数据的电离误差校正 常规武器和电子靶场,8、GPS在其他领域中的应用 农业领域中的应用 林业管理方面的应用 旅游及野外考察中的应用,