GPS培训讲座

二、 三项基本测量工作
1、常规测量之一（光、机式） 长度——距 离 丈 量——钢尺（机械比长） 角度——水平角测量——经纬仪（光学） 高差——水 准 测 量——水准仪（光学） 记录——手 工 方 式——记录手簿
2、常规测量之二（光、机、电式）——电子全站仪 长度——红外光电测距（光电） 角度——编码度盘（光电） 高差——测距三角高程（光电） 记录——电磁方式
• （建筑坐标系、工程坐标系）
O
y•
高程与高程系统
大地水准面与似大地水准面
——高程投影基准
大地水准面
大地水准面
• 不规则几何体 • 平均海水面 • 重力等位面 • 正高起算面
地球自然体
似大地水准面
• 与大地水准面接近 • 正常高 起算面 • 我国采用正常高系 • 1956黄海高程系统 • 1985国家高程基准
3、GPS测量（电子式） 接收——GPS信号——基线向量（弦长、方位角、
大地高差）
记录——自动
4、GPS 技术使测地工作发生重大变革
电子式（GPS） 光机电式（全站仪） 光机式（经纬仪） 机械式（钢尺）
三、 GPS测地定位原理
• 1、 空 间 距 离 后方交会 • 2、 GPS 的 测 距 信 号 • 3、 GPS 系 统 的 组 成 • 4、 GPS 的 原 子时系统 • 5、 精 确 测 时 精 确测距 • 6、 生产基线向量 的工艺 • 7、 GPS 测 量 的误差源
三维地球：
1909年美国W.赖特拍摄的第一张航空照片 1930年中国钱塘江首次航空摄影测量 1957年前苏联第一颗人造卫星上天 二十世纪70年代卫星遥感图象185km185km全球覆盖
数字地球——虚拟地球
虚拟地球:
1981年美国阿尔 . 戈尔提出“信息高速公路”概念 1993年美国将“信息高速公路”定名为“国家信息基础设 施” 1994年美国提出“全球信息基础设施” 1998年可获得分辨率 1m的卫星多波段遥感图象 计算计硬软件的发展、海量存储， Internet网络，Web 地理信息系统（GIS），GPS、RS（遥感）—— 3S技术 空间数据框架、多维信息空间——GIS与Web的结合
• 测量工作的成果是点的坐标
3、空间点位的数学描述
平面投影基准—参考椭球体
旋转椭球体
参数
参考椭球体
参考椭球 的 形状 与 大小：
长半径 a 偏率f
地球自然体
参考椭球与地球的相关性： 定位： X、Y、Z 定向： RX、RY、RZ
大地水准面
坐标与坐标系统
地心地固（ECEF）直角坐标系
格林威治子午线 赤道
地面点的高程
地面 大地水准面 参考椭球面
• 大地高 （h） ——地面点沿法线方向到参考椭球的间距 • 正 高 （H）——地面点沿重力方向到大地水准面的间距 • 正常高 （H）——地面点沿重力方向到似大地水准面的间距
二、三项基本测量工作
1、常规测量之一（光、机式） 2、常规测量之二（光、机、电式） 3、GPS测量（电子式） 4、GPS 技术使测地工作发生重大变革
• ECEF直角坐标系三轴：
• X、Y、Z
• 点位描写：
• Xi、Yi、Zi
大地坐标系
• 大地坐标系：纬度、经度、大地高（椭球高）
椭球高 纬度
经度
带区投影直角坐标系
N
Ei
I
Ni
O
500 km
中央子午线
• 带区投影直角坐标：Ni 、 Ei
• 标准分带：有3带、6 带之分，
•
规定中央子午线经度
• 带区投影参数：
1、空间距离后方交会
—— GPS单点定位原理
S3
S2
S4
4
3
2
S1
1
（X、Y、Z）
空间距离方程
1=—[(X1-X)2+(Y1-Y)2+(Z1-Z)2]
2 =—[(X2-X)2+(Y2-Y)2+(Z2-Z)2]
—
3= [(X3-
X)2+(Y3-Y)2+(Z3-Z)2]
……
X、Y 、Z ——测点点位坐标 Xi、Yi、Zi——卫星星历（坐标） 1、 1、 1 ——观测所得伪距
• 星座：29颗 GPS卫星。 • 分布： 6 轨道。 • 运行周期： 11 小时 58 分。 • 主要功能：播发 GPS信号。
•
L1载波——C/A码、P1码、D码
•
L2载波——P2码、D码
• 监控站
• …...
主控站
2、 GPS的 测 距 信 号
P 码 —— 军用精密导航定位测距码 （保密）
C/A码 —— 捕获 P 码的工具，用于民用导航定位 D 码 ——数据码 L1载波 —— 频率 1575 MHz，运载工具。 L2载波 —— 频率 1227 MHz，运载工具，
电离层延迟探测工具。
3、 GPS卫星系统组成
GPS培训讲座
GPS测地应用
武汉天宝
2007.6
GPS测地应用
• 一、测量定位的基本概念 • 二、三项 基 本 测 量工作 • 三、GPS 测 地定 位 原理 • 四、GPS 测 地 作 业模式 • 五、坐 标、高 程 转 换 • 六、GPS 测 量 网 施 测 • 七、GPS 的 局 限 性
一、测量定位的基本概念
• 1、地球与数字地球 • 2、测量工作的实质 • 3、点位的数学描述
1、 地球与数字地球
地球自然体
电离层
平流层 对流层
70km以上
地球自然体
岩石圈 水 圈 大气圈 生物圈
数字地球——虚拟地球
二维地球：
公元前27世纪苏美尔人的陶片地图 中国西晋裴秀的《禹贡地域图》、《地形方丈图》 18世纪法国卡西尼父子完成的1：56000地形图
•
中央子午线经度（带号）
E•
赤道
•
中央子午线尺度比 原点纬度
•
原点北移值
•
原点西移值
• 按投影参数的选定：
•
有标准带区
•
自定义带区
高斯投影与墨卡托投影
墨卡托投影
K=0. 9996
高斯投影
K=1. 0000
地平坐标系（假定平面直角坐标系）• 点的地平坐标描述 ： Nhomakorabea•
O
xi 、yi
x
• 适用于地面假定平面直角坐标系
中国数字地球：
空间数据框架：1：100万地形图，水系、道路、居民地等 16个层面
地理空间数据：大地测量控制、正射影像、地形高程、交 通水文境界地藉
GPS是建立数字地球的采数工具
2、测量工作的实质
• 测量学是定位科学 • 绝对定位和相对定位 • 绝对定位直接获得点位坐标 • 相对定位三要素:距离、水平角度、高差 • 点、线、面、体是三维空间的几何要素 • 点位是描写位置与几何关系的基本几何要素