水文测量ppt课件(卫星定位测量).ppt

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1、,水 文 测 量,水文水资源业务骨干培训,二一六年,第一讲 测量基本知识第二讲 水准测量第三讲 角度与距离测量第四讲 水文高程测量第五讲 水文地形测量 第六讲 水文断面测量专 题 卫星定位测量,专题 卫星定位测量,水文水资源业务骨干培训水文测量,目前基本建成的几种卫星定位系统,GPS全球定位系统,特色（优势）：成熟、应用广泛,BDS北斗定位系统,特色（优势）：互动、开放,GALIEO伽利略定位系统,特色（优势）：精准,GLONASS格洛纳斯定位系统,特色（优势）：抗干扰能力强,卫星定位测量技术,全球定位系统（GPS）测量,卫星定位测量技术,GPS的英文全称“Navigation Satelli

2、te Timing And Ranging/Global Positioning System”，缩写为：NAVSTAR/GPS，简称 GPS。中文意识是“卫星授时测距导航/全球定位系统”，简称全球定位系统。,一、GPS 的含义,全球定位系统（GPS）测量,Yangzhou Univ,1 GPS 概 述,二、GPS 的研发历程,1973年12月，美国国防部（USDepartment Of Defense）开始组织陆、海、空三军联合研制新一代卫星导航系统“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”。自197

3、3年美国军方批准成立联合计划局开始GPS的研究工作到1993年系统建成,历时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。从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，给导航和定位技术带来了巨大的变化。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,GPS的研发历程经历了三个阶段：,方案论证（19741978年）,系统论证（19791987年）,生产实验（19881993年）,Yangzhou Univ,方案论证和初步设计阶段，共发射了4颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网。全面研制和试验阶段（19791984年），陆续

4、发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。实用组网阶段，1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，分布在6个近似圆形的轨道上，每颗卫星覆盖地球38面积。之后根据计划更换失效的卫星。,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,三、GPS系统的组成,空间卫星部分（GPS卫星和卫星星座）,地面监控部分（1个主控站、3个注入站、5个监控站）,用户设备部分（GPS接收机、数据处理软件）,GPS系统,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,1、GPS卫星,G

5、PS卫星主体呈圆柱形，星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池板，为卫星不断提供电力；星体底部装有多波束定向天线，用于发射信号；星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面控制系统通讯。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,地球上任何地方至少同时可看到四颗卫星。,卫星平均高度：20200公里,运行周期：11小时58分,卫星分布在六条相隔60的轨道面上，轨道倾角为55,GPS卫星星座,每条轨道上分布四颗卫星，相临两轨道上的卫星相隔40,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,2、地面监控系统,地面监控系统由 1 个主控站、

6、3 个注入站、5 个监测站组成。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,时间：时间包含“时刻”和“时间间隔”两个概念。在卫星定位中，所获 数据对应的时刻称为“历元”。,Yangzhou Univ,地面监控系统的工作,几个基本概念,星历：描述卫星运动及其轨道的信息。根据卫星星历可以计算出任一 时刻卫星“位置”及其“速度”。,测距码：测距码分为“C/A码”和“P码”。C/A码测距精度较低，称为 粗码；P码测距精度较低，称为精码。,导航电文:包括卫星星历、时钟改正、电离层延迟改正、卫星工作状 态信息、由C/A码转换到捕获P码信息等，又称为“D码”。,全球定位系统

7、（GPS）测量,1 GPS 概 述,监测站 构成：GPS接收机、高精度原子钟、气象参数测试仪、计算机等。作用：数据自动采集 监测站的GPS信号接收机在主控站的遥控下，对可见卫星每6分钟进行一次观测，并采集气象要素等数据，计算机自动进行各项改正，每15分钟平滑一次观测数据，依此推算出每2分钟间隔的观测值，将数据发送给主控站。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,主控站 作用：协调和管理所有地面监控系统工作 根据观测数据，推算编制各卫星星历（描述卫星运动及其轨道的参数）、卫星钟差、大气层修正参数，数据传送到注入站；提供时间基准（测量各监测站的原子钟及各GPS

8、卫星原子钟与主控站原子钟的钟差，将钟差信息编入导航电文，）传送到注入站；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行；必要时启动备用卫星，以代替失效的工作卫星。,Yangzhou Univ,地面监控系统的工作,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,Yangzhou Univ,注入站 作用：向卫星注入信息 将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文以及其它控制指令注入卫星存储器。每天注入三次，每次注入14天的星历。此外，注入站自动向主控站发射信号，每分钟报告一次自己的工作状态。,地面监控系统的工作,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,地面监控系统的工作流程,Yangzhou

9、Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,3、用户设备（GPS接收机、数据处理软件）,GPS接收机 作用：捕获卫星信号 分类：导航型、测地型和授时型。,Yangzhou Univ,Trimble GPS接收机,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,Leica GPS接收机,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,中国南方公司GPS接收机,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,GPS接收机的工作原理 接收卫星信号并经过信号放大、变频、锁相处理，测定出信号从卫星到接收机天线间的传播时间（或相位差）、

10、解释导航电文、计算天线所在位置（三维坐标）及运行速度。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,数据处理软件 包括：机载软件和后处理软件 机载软件的任务和作用：处理接收到的信号，译出卫星广播的导航电文，实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间。后处理软件的作用：卫星信号分析、处理，基线解算、平差计算、坐标管理、坐标转换、生成报表等。,Yangzhou Univ,3、用户设备（GPS接收机、数据处理软件）,GPS测量数据处理软件,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,四、GPS测量的特点,定位精度高(High Precise)观测时间短(Observa

11、tion Time Short)测站间无需通视(Non-Sightness)可提供三维坐标(Three-Dimension)操作简便(Easy Operation)全天候作业(Round Time)应用广泛(Multi-Function),Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,1 GPS 概 述,一、GPS 测量（定位）的基本原理,GPS定位的基本原理是空间后方交会，GPS接收机在某一时刻同时接收三颗或三颗以上GPS卫星信号，利用卫星的已知空间位置，交会出地面未知点（用户接收机）的位置。,Yangzhou Univ,(X,Y，Z),全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位

12、（测量）原理,R1,定 位 原 理,接收机在以 R1为半径球面的某个点上,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,R1,R2,定 位 原 理,2个球面相交成一个圆弧，点位被限制在一曲线上,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,R1,R2,R3,定 位 原 理,3 个球面相交成一个点，确定出接收机的空间位置,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,1、伪距测量定位,伪距测量定位是通过测定卫星发射的测距码信号到达接收机天线（测站）的传播时间，解得卫星到接收机天

13、线的空间距离，从而由卫星位置确定出接收机的位置。,Yangzhou Univ,为什么叫伪距？卫星信号从2万公里高空向地面传输，空中经过电离层、对流层，会产生时延；卫星钟差和接收机钟差。,式中：I 电离层延迟改正 T 对流层延迟改正 st 卫星钟差改正 tg 接收机钟差改正,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,2、载波相位测量定位,载波相位测量定位是通过测定卫星载波信号在传播路程上的相位变化值，以确定信号传播的距离，从而由卫星位置确定出接收机的位置。,Yangzhou Univ,卫星到接收机天线之间用载波相位表达的观测值为：,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测

14、量）原理,观测时刻ti 接收卫星（Si）的信号，Si的三维坐标为（xi，yi，zi），则卫星（Si）接收机（P）的空间距离为：,接收机位置的解算,Yangzhou Univ,A,B,C,(xA,yA，zA),(xB,yB，zB),(xC,yC，zC),P(x,y，z),D,(xD,yD，zD),全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,观测A，B，C，D 四颗卫星，则观测方程为：,解方程组即可算出P点坐标（xP，yP，zP）,观测时刻ti 接收卫星（Si）的信号，Si的三维坐标为（xi，yi，zi），则卫星（Si）接收机（P）的空间距离为：,接收机位置的解算,Yangzhou

15、Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,WGS-84坐标系的几何定义：原点位于地球的质心 Z 轴指向国际时间局(BIH)1984.0定义的协议地球北极（CTP）方向 X 轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP相对应的赤道的交点 Y 轴垂直于ZOX平面且与Z、X轴构成右手坐标系,WGS-84坐标系,WGS的英文全称为“World Geodetic System”（世界大地坐标系），是美国国防部为进行GPS导航定位于1984年建立的地心坐标系，简称WGS-84坐标系。,国际时间局（Bureau International del Heure 简称BIH）设在法国巴黎

16、。其任务：搜集处理世界各国（地区）的测时和守时资料，为世界各个国家或地区的授时中心提供精确的时间服务数据。,二、坐标系及其间的转换,Yangzhou Univ,1、GPS 测量坐标系WGS-84坐标系,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,我国目前使用的国家坐标系有：1954北京坐标系、1980国家大地坐标系（也称1980西安坐标系）、2000国家大地坐标系。此外，许多城市、矿区基于实用，建立地方独立坐标系。,Yangzhou Univ,2、国家及地方坐标系,3、坐标系间的转换,设XD、YD、ZD为国家或地方坐标系的坐标，XG、YG、ZG为GPS测量的坐标，则转换模型为：,

17、全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,Yangzhou Univ,式中：x、y、z为平移转换参数；k 为尺度变化参数；x、y、z、为旋转转换参数。,由转换模型，利用重合点的两种坐标，采取平差的方法求得转换参数，再利用模型进行其它各点的坐标转换。,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,（1）进行坐标转换，正确与否，决定于坐标转换的转换模型。对于未知转换模型的现成软件，使用应谨慎，如果使用对转换结果要加以检核。（2）求解转换参数的精度，与公共点的数量有关。条件允许的情况，应使用多于3个具有两种坐标类型的公共点，求解七参数。（3）公共点的位置分布应均匀，且能够

18、覆盖整个区域。最好是有几个点分布在测区周边，有至少一个点位于测区中部。（4）对于较大的测区，地面网可能存在一定的系统误差，且在不同区域并非完全一样，可以采取分区求解转换参数、分区进行坐标转换。,Yangzhou Univ,4、坐标转换注意事项,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,三、GPS 测量（定位）方法,1、按定位模式不同分为：绝对定位与相对定位,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,2、按待定点的状态不同分为：静态定位与动态定位,静态定位,动态定位,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定

19、位（测量）原理,3、按获得定位结果的时间不同分为：实时定位与非实时定位,实时定位（现场可得）,非实时定位（数据后处理）,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,一、GPS静态测量作业方式,作业方法：采用两台(或两台以上)接收机，分别安置在一条或数条基线 的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长10分钟或更长。精 度：基线的相对定位精度可优于5mm+1ppmD，D为基线长度(km)。适用范围：建立大地控制网、工程控制网、地壳运动监测网等。注意事项：所有已观测基线应组成一系列封闭图形，以利于外业检核，提高 成果可靠度，并且可以通过平差，进一步提高定位

20、精度。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,二、GPS 静态测量技术设计,Yangzhou Univ,1、收集相关资料,各类图件，各类控制点成果、点之记等。,2、精度设计,式中：D相邻点间距离，km；a固定误差，mm;b比例误差系数。,精度指标通常是以相邻点之间距离中误差来表示:,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,工程GPS控制网精度指标,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,3、基准设计,GPS网的基准包括：位置基准、方位基准、尺度基准,全球定位系统（GP

21、S）测量,3 GPS 定位静态测量,位置基准一般都是由给定的起算点坐标确定。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，也可由GPS基线向量的距离确定。,三、GPS网图形构成的几个基本概念,1、观测基线 测站点（安置接收机）之间的连线（可以不通视）。,2、观测时段 测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。,3、同步观测 两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。,4、同步观测环 三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成 的闭合环，简称同步环。,Yan

22、gzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,四、GPS网特征条件及其计算,1、GPS网观测时段数的计算 设由 n 个点组成的GPS网，用N台接收机进行观测，平均每点的设站次数为m，则观测时段数为：C=nm/N,2、GPS网基线数的计算 总基线数：必要基线数：独立基线数：多余基线数：,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,例：某GPS网由18个点组成，用3台接收机进行观测，若 每点平均设站次数为 2，试计算该GPS网的总基线数、必要基线数、独立基线数和多余基线数。,Yangzhou Univ,解：依题意，n=18，N=3

23、，m=2，计算C=nm/N=182/3=12,则：总基线数：必要基线数：独立基线数：多余基线数：,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,五、GPS控制网的网形设计,1、点连式网形,相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接，图形几何强度很弱。,同步图形之间由一条公共基线连接，网的几何强度高，有较多的复测边，但观测时段数比点连式大大增加。,2、边连式网形,点连式,边连式,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,3、边点混合连接式,将同步图形布设为直伸状，形如导线，各独立边组成封闭状，形成非同步环，用以检核观测成果的可靠性。,4、导线网形连接（环

24、形网）,将点连式与边连式有机地结合，既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。,导线形连接,边点混合连接式,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,*实际布网设计时需要注意的几个原则：,GPS网的点与点间尽管不要求通视，但考虑到常规测量仪器如全 站仪）会利用GPS点，所以每点应有一个以上通视方向。为了顾及原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，应 尽量采用原有坐标系统，对凡符合GPS网点要求的旧点，应充分 利用其标石。GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附合路线。各级GPS网中每个

25、闭合环或附合路线中的边数应符合有关规范 的规定。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,六、GPS 测量的外业实施,1、选点点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的地方。点位目标要显著，视场周围15高度角以上不应有障碍物。点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等)。点位附近不应有大面积水域、玻璃幕墙等，以减弱多路径效应的影响。点位应选在交通方便，有利于其它观测手段扩展与联测的地方。点位的地面基础应稳定，易于点的保存。当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性进行检查。,Yangzhou Univ,2、观测前的准备,设备、器材筹备及人员组织 外业观测

26、计划的拟订 GPS接收机的检定（一般检验、通电检验、实测检验）,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,3、外业观测,（1）接收机天线的安置,接收机天线架在三脚架上，进行对中整平。架设天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架好后，量取天线高，记入测量手薄。,（2）开机观测,天线安置完成后，在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机，接通接收机与电源、天线、控制器的联接电缆，并经过预热和静置后启动接收机进行观测。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,*在外业现测工作中，操作人员应注意以下事项：,确认电源电缆及天线电缆等连接完全无误后，

27、方可接通电源启动接收机。接收机在开始记录数据后，注意查看有关观测卫星状况。一个时段观测过程中，不允许关闭又重新启动(发现故障除外）。在观测过程中，作业中观测人员不要远离接收机，要特别注意供电情况。仪器高一定要按规定量测，并及时输入仪器及记入测量手薄之中。接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机、手机。雷雨季节架设天线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成且记录，资料完整无 误后方可迁站。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标，

28、测量结果的误差来源于GPS卫星本身、卫星信号的传播、地面接收设备（设备本身及安置误差）。上述误差，按误差性质可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应和接收机的安置误差，系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。,七、GPS定位静态测量误差分析,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,（一）与卫星本身有关的误差,（1）卫星星历误差 星历误差：由星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差。误差来源：卫星在运行中受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站又难以充分可靠地测定这些作用力并掌握它们的作用规律，

29、因此在星历预报时会产生较大的误差。,（2）卫星钟的钟误差 卫星钟钟误差：卫星钟时间与理想的GPS时之间的误差。误差来源：卫星钟的绝对精度差、频偏和频漂产生的偏差或漂移。,（3）相对论效应 相对论效应：卫星钟和接收机钟之间的相对钟误差。误差来源：卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同引起的。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,（二）与卫星信号传播有关的误差,（1）电离层折射误差 电离层折射误差：GPS信号通过电离层时，信号的路径发生弯曲，传播速度也会发生变化，这种偏差叫电离层折射误差。误差来源：所谓电离层，指地球上空距地面高度在50-1

30、000km之间的大气层。电离层中的气体分子由于受到太阳等天体各种射线辐射，产生强烈的电离形成大量的自由电子和正离子，当GPS信号通过电离层时，自由电子和正离子对信号的传播产生影响。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,（2）对流层折射误差,对流层折射误差：GPS信号通过对流层时，传播路径发生弯曲。误差来源：对流层是高度为50km以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，温度随高度的上升而降低，从而产生对流层折射。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,何

31、为多路径误差：非直接来自卫星和直接来自卫星的信号产生干涉。误差来源：如果测站周围有反射物体，将微弱的卫星信号反射进入接收机，从而使观测值偏离真值。,这种由于多路径的信号传播所引起的干涉效应也叫作“多路径效应”。,（3）多路径误差（效应）,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,（三）与接收机有关的误差,（1）接收机钟误差 接收机钟误差：接收机钟与卫星钟的不同步误差。误差来源：接收机钟与卫星钟的精度差别。,（2）接收机的位置误差 接收机的位置误差包括：天线相位中心误差、天线的置平和对中误差、量取天线高误差。,Yangzhou Univ,天线相位中心误差：

32、GPS测量，观测值是以接收机天线的相位中心位置为准的，天线的相位中心与其几何中心在理论上应保持一致，否则即存在天线相位中心的位置偏差。,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,（3）几何图形强度 几何图形强度：精度因子GDOP。,Yangzhou Univ,几何图形强度即精度因子与所测卫星的几何分布图形有关，假设由观测站与观测卫星所构成的多面体体积为V，精度因子GDOP与该多面体体积V的倒数成正比。所测卫星在空间的分布范围越大，GDOP值就越小，几何图形强度好；反之，所测卫星的分布范围越小，GDOP值就越大，几何强度不好。,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,卫

33、星几何图形强度示意图,Good PDOP,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Poor PDOP,Yangzhou Univ,卫星几何图形强度示意图,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Poor PDOP,Yangzhou Univ,卫星几何图形强度示意图,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,八、GPS定位静态测量数据处理 GPS数据处理由原始的观测数据，通过软件解算，得到测站点（架设接收机的点）的位置。,Yangzhou Univ,数据处理,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou

34、 Univ,1、GPS测量的观测数据,伪距和相位观测值文件：卫星号、卫星高度角和方位角、伪距和相位观测值、观测值对应的历元时间、信号的信 噪比；星历参数文件：卫星轨道位置信息；电离层和时间文件：电离层参数和时间改正参数；测站信息文件：测站名、概略坐标、接收机号、天线高、观测的起止时间、记录的数据量、初步定位成果。,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,2、GPS测量数据处理软件,1、TGO（Trimble Geomatics Office）美国天宝（Trimble）公司研制,例：,2、LGO（Leica Geomatics Office）瑞士徕卡（T

35、rimble）公司研制,3、GPSADJ（GPS网平差软件）中国南方（SOUTH）测绘仪器公司研制,4、CosaGPS（科傻GPS网平差软件）中国武汉大学研制,5、TGPPS（同济GPS网平差软件）中国同济大学研制,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,GPS测量数据处理软件主界面（以TGO为例）,全球定位系统（GPS）测量,5 GPS 定位静态测量数据处理,Yangzhou Univ,3、GPS网计算处理后打印输出的成果,工程项目：项目名称、项目属性（项目区域，计算日期、坐标、高程 系统，坐标、高程单位）。基线处理报告：基

36、线的起点与终点、基线长度、解算类型、比率、参考变量、RMS环闭合差报告：闭合环数目、通过的闭合环数目、失败的闭合环数目、通过/失败指标、最佳闭合环情况、最差闭合环情况、平均情况、标准偏差、每个闭合环的细节（闭合环的 组成、基线解算类型、观测时间、闭合环长度、水平 及垂直闭合差、比率PPM）网平差报告：统计总结（网参考因子、方检验情况、自由度）、平 差网格坐标及精度、平差大地坐标及精度、平差后的观 测值及后验误差、点位误差椭圆、协方差项（组成、后 验误差、相对精度）,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,4、GPS静态测量案例,某GPS静态测量控制网，

37、K1、K2、K3为起算点（已知点），G1、G2、G3、G4为待定点。,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS 定位静态测量,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,3 GPS

38、 定位静态测量,3、动态定位模式,作业方法：建立一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星，流动 接收机从出发点开始连续运动，按指定的时间间隔自动测 定运动载体的实时位置。精 度:运动点相对于基准点的瞬时点位精度1-2cm。适用范围：精密测定运动目标轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。注意事项：需同步观测5颗卫星，其中至少4颗卫星要连续跟踪；流动 点与基准点相距不超过20km。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,2 GPS 定位（测量）原理,一、问题的提出 静态（包括快速静态）定位，其定位结果需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理，不仅无法实时地

39、给出观测站的定位结果，而且也无法对观测数据的质量进行实时检核。,数据处理,Yangzhou Univ,4 GPS RTK 与 GPS CORS,全球定位系统（GPS）测量,Yangzhou Univ,二、解决方法差分GPS GPS的误差源：卫星钟差、接收机钟差、卫星轨道误差、电离层和对流层折射误差、多路径效应、接收机综合误差等。以上各类误差中，除多路径效应外，均具有较强的空间相关性，从而定位结果也有一定的空间相关性。差分GPS的基本原理：在固定站（或基准站）测定具有空间相关性的误差，供流动站改正观测值或定位结果。,4 GPS RTK 与 GPS CORS,全球定位系统（GPS）测量,三、实时动

40、态定位测量（RTK）,1、RTK的基本思想,在固定点（称作基准站）上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站（称作移动站）。,Yangzhou Univ,在移动站上，接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示移动站的三维坐标及其精度。,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,2、RTK系统组成,RTK系统 由基准站和移动站组成。基准站由GPS接收机和天线、数传电台和天线及电源设备等组成。移动站由GPS接收机和天线、

41、数据链和天线、控制器、电源设备组成。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,2、RTK系统组成,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,RTK系统组成测量手簿,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,3、RTK测量作业模式,作业方法：选择一个基准点，安置接收机不动，其它接收机流动观测，流动 接收机分别在各点观测数秒钟。精 度:流动点相对基准点的中误差约为1-2cm。适用范围：开阔地区的加密控制测量、碎部测量、断面测量、航

42、道测量等。注意事项：应确保在观测时段上有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点 距离不超过20km。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,4、RTK测量实施,Yangzhou Univ,RTK实际作业的两种情况：有WGS-84坐标和实用测量坐标（如北京54）都具备的 控制点；只有实用测量坐标的控制点。,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,Yangzhou Univ,控制点具备WGS-84坐标和实用测量坐标的实施步骤：（1）新建项目，输入项目名称等；（2）在手簿的点校正界面输入控制点的WGS-84坐标和

43、实用 测量坐标，进行四参数或七参数计算；（3）基准站架设在选定的控制点上，设置基准站；（4）设置流动站（5）进行实际测量工作，如碎部测量、点放样等。,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,Yangzhou Univ,控制点只有实用测量坐标的实施步骤：（1）新建项目，输入项目名称等；（2）基准站架设在任意点（最好在测区中央开阔处)，设置 基准站；（3）设置流动站；（4）在点校正界面输入控制点（2个或2个以上）的坐标，然 后分别在控制点上测量WGS-84坐标并保存，进行四参 数或七参数计算；（5）进行实际测量工作，如碎部测量、点放样等。,全球定位系统（GPS）测量,

44、4 GPS RTK 与 GPS CORS,四、GPS连续运行参考站网络（CORS）,GPS连续运行参考站网络（Continously Operating Reference StationsCORS），为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用计算机、数据通信和互联网技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位，伪距）、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。,1、CORS 概念,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,CORS系统运行情况简介,CO

45、RS的信息发布平台为TCP/IP、GPRS或CDMA访问提供网络服务，基于虚拟参考站技术，为RTK实时定位提供多种格式实时差分数据（RTCM、RTCM 2.X、RTCM3.0、CMR）。安装Windows操作系统，操作简单方便；数据记录和数据输出灵活稳定，可监测数据质量，实时查看当前用户固定解情况；可以管理流动站用户，根据需要可设定用户登录密码、可使用时间；监控移动站的工作情况，加入地图，随时监察到移动站所在位置。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,2、CORS技术,CORS技术有Trimble的虚拟参考站（Virtual Ref

46、erence Station，简称VRS）技术和Leica的主辅站技术。,VRS技术：移动站先将接收机的位置信息发送到数据处理中心，数据处理中心会根据移动站的位置“虚拟”出一个参考站，然后将虚拟出的参考站改正数据信息播发给移动站。,（1）Trimble VRS技术,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,（2）Leica的主辅站技术,Leica主辅站技术：数据处理中心播发给移动站的数据由两个部分组成，一个是主参考站的位置信息及改正信息，另外一部分是辅参考站相对于主参考站的改正信息。一个参考站网中只有一个主站，剩下的都是辅站。,Yangz

47、hou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,（1）外业无需架设基站，工作更加轻松便捷；（2）降低了系统误差，改善了初始化速度；（3）解决了重复的参数求取；（4）增加了有效的作业范围；（5）提供了数据完整性监控。,3、CORS 特点或优势,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,4、单基站CORS系统,单基站CORS只有一个连续运行站，类似于一加一的RTK。基站也是一个服务器，可以实时查看卫星状态、存储静态数据、实时向Internet发送差分信息。还可以监控移动站作业情况。移动站通过GPRS或C

48、DMA网络通讯和基站服务器通讯。,Yangzhou Univ,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,5、扬州大学单基站CORS系统,扬州大学单基站CORS系统，于2008年11月建成，2009年2月调试使用。基使用南方CORS网络参考站主机。整个系统由接收天线、主机和监视器组成。,Yangzhou Univ,接收天线 主机和监视器,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,五、RTK测量注意事项,Yangzhou Univ,1、基准站注意事项（1）基准站尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信号。（2）基准站周围应视野开阔，截止高

49、度角应超过15，周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物、玻璃幕墙等），要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。（3）若使用外接电台及供电电瓶模式，要把主机、电台和电瓶连接起来，注意电源的正负极，确保所有的连接线都连接正确后方可打开电台电源开关。（4）基准站启动后，需等到差分信号正常发射方可离开。（5）RTK作业期间，基准站不能移动或关机又重新启动。,全球定位系统（GPS）测量,4 GPS RTK 与 GPS CORS,Yangzhou Univ,2、移动站注意事项（1）在进行RTK测量作业前，应首先检查仪器内存容量能否满足工作需要，并备足电源。（2）确保手簿与主机蓝牙已配置好端口。（3）在信号受

50、影响的点位，为提高效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定且差分解达到固定状态后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，一般可以初始化成功。（4）移动站一般采用默认值2m长对中杆作业，当高度改变时，应注意在手簿中修正杆高。,全球定位系统（GPS）测量,五、RTK测量注意事项,4 GPS RTK 与 GPS CORS,Yangzhou Univ,3、套用坐标系统或求解转换参数注意事项（1）套用预存坐标系统后，进行点校正控制点，应选择在测区中央。对于较大测区，宜分区测量，分区域建立项目，套用预存坐标系统后，选择区域里面的控制点进行点校正。（2）对于必须求解转换参数的测量项目，最好利用三个以上