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1、第五章 现代测量仪器与技术,5.3 3S技术与4D产品简介,5.1 全站仪测量原理及使用,5.2 GPS定位原理及应用,内容简介：,5.1 全站仪测量原理及使用,一、何谓全站仪 是指能完成一个测站上的全部测量工作的测量仪器。,二、全站仪的组成,电子经纬仪 光电测距仪 微型计算机,三、全站仪的发展,半站仪图片,四、常见品牌全站仪简介：,五、全站仪构造简介：,六、全站仪的功能特点,自动化、数字化程度高，控制面板具有人机对话功能。,全站测量，功能全面，测量快效率高。,自动进行气象和地球曲率改正以及轴系误差改正，精度高、稳定可靠。,电子记录、自动存储。,有的全站仪能自动跟踪目标。,能够与计算机进行数据
2、通讯。,内置常用固化软件，或根据需要自编程序。,七、全站仪的常用功能,1.基本功能,角度测量距离测量高差测量坐标测量,2.专用功能,点位放样对边测量悬高测量后方交会面积测量,八、全站仪的使用操作,1.测前准备工作,检查、充电、安装电池（内部电池、外部电池）设置仪器有关参数：如棱镜常数、气象改正、数据单位等 设计测量作业模式,2.测站操作要点（坐标测量为例）,安置仪器，进行对中和整平 瞄准后视方向输入坐标方位角，或后视点坐标（N，E）输入仪器高、棱镜高 输入测站三维坐标（N0、E0、H0）选择测距模式（标准、精密、快速、跟踪测距）测量（瞄准测点、测距）,九、全站仪三维坐标测量原理,式中：SOB的
3、斜距；竖直角；i、l 仪器高、棱镜高。,十、内置软件测量范例,1.极坐标法放样,系根据水平角和水平距离来放样点的平面位置的一种方法。该方法具有操作简单、方便、灵活以及受地形变化限制小、不受图形条件约束，特别适用于全站仪的应用。,放样方法：,2.悬高测量,为了得到不能放置棱镜的目标点高度，只须将棱镜架设于目标点所在铅垂线上的任一点，进行悬高测量。,原理：,h=h2h1h3=Scos1 tg2 Ssin1 h3,3.对边测量,测量两个目标点之间水平距离和高差的一种方法。,原理：,对边测量的两种作业模式 1、MOD-1（A-B，A-C）：测量A-B，A-C，A-D 2、MOD-2（A-B，B-C）：
4、测量A-B，B-C，C-D,23.56,37.89,35.43,36.38,37.67,测量仪器的发展也象奥运精神一样走向：精度更高、速度更快、功能更强。,原理：c2=a2+b2-2ab cos,更高,更快,更强,奥林匹克运动,5.2 GPS定位原理及应用,一、GPS的概念及历史发展,全球定位系统GPS（Global Positioning System）,是利用卫星发射的无线电信号,向全球用户提供连续、实时、高精度的三维导航、定位以及测速和授时服务的系统。,美国从1973年开始筹建全球定位系统，经历20年，耗资300亿美元，于1994年投入使用。是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞
5、大空间计划。,GPS的出现对古老的测绘科学带来了革命性的变革，并在众多领域得到广泛的应用，极大地推动了现代测绘科学技术的发展。,世界各国建设的卫星定位系统：,美国建立的“GPS”；俄罗斯建立的“GLONASS”；欧盟正在实施的“伽利略”计划；中国正在建立的“北斗”导航系统（COMPASS）。,二、GPS的优点,全球覆盖、全天候作业；,测站之间不需要通视；,定位精度高；,观测速度快；,自动化程度高；,经济效益显著。,三、GPS的组成,GPS定位系统由空间卫星部分、地面监控部分和用户设备部分三部分组成。,1.空间星座部分,卫星布设方案：,由24棵卫星（21棵工作卫星和3棵备用卫星）组成；6个不同的
6、轨道面，55轨道倾角，每个轨道分布着4棵卫星；20200km轨道高度；卫星运行周期为11h58min。,GPS卫星图片,这样的布网方案将保证地球上任何地点、任何时间都能同时观测到最少4棵卫星，最多达11棵卫星。,GPS 卫星信号,卫星信号结构：,每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率）两种载波（L1和L2）两种码信号（C/A码和P码）一组导航电文（信息码，D码）,卫星导航电文：是用户用来导航和定位的数据基础，它包含该卫星的星历、工作作态、时钟改正、电离层时延改正、对流层时延改正、以及由C/A码捕获P码的信息，以二进制码形式发送，故导航电文又叫数据码，或称之为D码。,GPS卫星发射的信号是将导
7、航电文D（t）经过两级调制后的信号。第一级是将D（t）调制为C/A码和P码；然后将它们的组合码再分别调制到两个载波L1和L2上。,2.地面监控部分,一个主控站：科罗拉多斯必灵司(Colorado springs)三个注入站：阿松森(Ascencion)迭哥伽西亚(Diego Garcia)卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii),Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,Colorado springs,3.用户接收部分,GPS接收机的分类：,GPS接收机的组成：,天线：天线单元和前置放大器。主机：变频器、信
8、号通道、微处理器、存储器和显示器。电源：内接电源和外接电源。,图片：导航型GPS机,手持型GPS机,车载型GPS机,图片：测地型GPS接收机,单频机,双频机,四、GPS坐标系统,1.WGS-84坐标系（World Geodetic System）,GPS 所采用的坐标系统，GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0 的起始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。,2.GPS坐标转换,在实际测量工作中，往往需要将GPS测量成果WGS-84 坐标换算到用户
9、所采用的区域性坐标系统。,基准转换模型：,基准转换参数：,3个平移参数（X0、Y0、Z0）；3个旋转参数（X、Y、Z）；1个尺度因子M。,必须至少在三个已知参心坐标点上进行GPS测量，获得WGS-84坐标，再由上式平差解出7个基准转换参数。,五、GPS定位原理,1.绝对定位原理,用一台接收机将捕获到的卫星信号加以解算，以直接求得接收机天线WGS-84坐标的一种定位方法。,GPS绝对定位，实质上是空间距离的后方交会，在一个测站点，原则上只需三个独立的距离观测值，以3棵卫星为球心，相应距离为半径的球面交点，即为测站位置。,式中：xi、yi、zi第 i 棵卫星坐标；X、Y、Z待测点坐标；i伪距，i=
10、C t；C 光速，3108m/s；,I电离层延迟改正；t对流层延迟改正；it 卫星钟差改正；tan接收机钟差改正。,2.相对定位原理,GPS相对定位，也叫差分GPS定位，是目前GPS定位精度最高的一种方法。,相对定位是用两台或多台用户接收机安置在一条或多条基线的端点上，同步观测GPS卫星信号，解算基线向量（X、Y、Z）。,在两个或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等，对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同线性组合，进行相对定位，可有效消除或减弱上述误差的影响，从而大大提高相对定位的精度。,图形：相对定位模式,静
11、态相对定位模式,动态相对定位模式,3.GPS实时动态定位（RTK）,RTK(real-time kinematic)工作原理,RTK用途：工程放样、地形测图、各种控制测量，外业效率高。,精度：可达到（1020mm+1ppm）。,RTK特点：常规GPS测量，不论是静态还是动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度；而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用的是载波相位动态实时差分技术，是GPS应用发展的重大里程碑。,作业范围：目前一般为10km左右。,GPS定位原理小结,绝对定位和相对定位；,静态定位和动态定位；,伪距测量法定位和载波相位测量法定位；,数据实时处理和测后处理
12、。,一、3S技术简介,GPS（Global Positioning System）全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。,5.3 3S技术与4D产品简介,RS(Remote System)
13、即遥感系统，其主要应用于卫星遥感和航空摄影方面。卫星遥感应用包括土地分类、环境监测、灾害评估、态势图等；航空摄影应用主要是制作各类真彩色或伪彩色的正射影像图及基于影像图基础上的各类专题图。,在1998年黑龙江省松花江、嫩江抗洪期间，利用同期的卫星遥感影像数据，采用RS技术进行水情分析和灾害评估。,数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是在某一投影平面（如高斯投影平面）上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完整反映地表形态，还可增加离散高程点数据
14、。,二、4D产品简介,数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写DLG）是现有地形图要素的矢量数据集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标。,数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写DRG）是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容更新和数据压缩处理，彩色地形图还应经色彩校正，使每幅图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。,数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。,数字高程模型DEM,数字线划地图DLG,数字栅格地图DRG,DOM数字正射影象图,
