GNSS坐标系统的应用及转换
测绘技术中的GNSS定位原理与方法
测绘技术中的GNSS定位原理与方法近年来，随着全球定位系统（GNSS）在测绘技术中的广泛应用，测绘行业发生了翻天覆地的变化。
GNSS定位技术以其高精度、高效率的特点，成为测绘领域的重要工具。
本文将从定位原理、定位方法以及应用领域三个方面，介绍GNSS在测绘技术中的应用。
一、定位原理GNSS定位是利用卫星与地面接收机之间的信号传输进行测量和计算，以确定地面测量点的空间坐标。
在GNSS系统中，由美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统以及中国的北斗系统组成。
GNSS定位原理主要基于卫星发射的时钟信号和接收机接收到的信号之间的时间差。
当接收机接收到至少四颗卫星发射的信号后，就可以通过计算时间差来确定接收机与卫星之间的距离。
通过三角定位的原理，结合更多卫星的信号，可以计算出接收机的三维坐标。
二、定位方法在测绘技术中，常用的GNSS定位方法有单点定位方法、差分定位方法以及RTK定位方法。
1. 单点定位方法:单点定位方法是最简单的定位方法，只需一颗接收卫星的信号即可进行定位。
这种方法在定位精度方面较差，通常只能达到数米级别的精度。
但由于简单易用，常用于地理信息系统（GIS）等对定位精度要求不高的应用中。
2. 差分定位方法:差分定位方法通过将一个已知位置的基准站与待测测站进行比较，利用两个位置之间的差异来进行定位修正。
在这种方法中，基准站接收到的信号被认为是准确的，通过计算修正量，对待测测站进行位置修正。
差分定位方法可以提高定位精度，通常可以达到亚米级别的精度。
3. RTK定位方法:RTK（Real-Time Kinematic）定位方法是GNSS定位技术中最高级别的方法之一。
与差分定位相比，RTK定位更加精确和实时。
在RTK定位中，待测测站和一个已知位置的参考站之间建立实时通信链路，通过实时传输测站接收到的信号，参考站对测站的位置进行快速准确计算，并实时传输修正量给测站。
RTK定位可以达到厘米级别的定位精度，广泛应用于高精度测绘和测量等领域。
gnss测量原理及应用(1)
GNSS测量原理及应用一、GNSS测量原理（以GPS为代表）（一）、GPS基本原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。
而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。
GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y）码。
C/A 码频率，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率，重复周期天，码间距微秒，相当于30m。
而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。
导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。
它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。
导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。
前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。
后两帧共15000b。
导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。
当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。
然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。
所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。
GNSS-RTK坐标转换参数与转换精度分析
GNSS-RTK!"8換参+分析郭凯（自然资源部第四地形测量队,黑龙江哈尔滨150025）摘要由于GNSS-RTK测量得到的坐标为WGS-84地心坐标系下的大地坐标（B,L,H）,而我国工程建设使用的坐标为CGCS2000坐标系下的平面坐标或区域独立平面直角坐标，这就需要通过一定的方法实现两个坐标系间的转换;将WGS-84椭球下的坐标转为CGCS2000坐标系下的坐标一般采用“布尔莎七参数模型”或“莫洛登斯基三参数模型”;椭球之间或一个椭球下的两种不同平面坐标的转换通常采用“二维四参数模型”;GNSS测量得到的大地高转换为1985国家高程（正常高）一般使用“高程拟合法”完成。
文章阐述了坐标转换的相关理论并结合工程实际对GNSS-RTK坐标转换精度进行分析。
关键词GNSS-RTK；七参数；四参数；高程拟合;精度分析中图分类号P24文献标识码B文章编号2095-6319（2020）02-0025-030■引言GNSS-RTK测量方式采用载波相位差分实时动态相对定位技术，能够全天候快速地获取地球表面点的空间坐标，其定位精度能够达到厘米级。
相对传统的全站仪等测量仪器,GNSS-RTK作业方法测站间不需要通视，可以全天候作业，单人作业极大地提高了工作效率。
GNSS-RTK观测的三维坐标（B,L,H）为基于WGS-84地心坐标下的大地坐标，需要将其转换为当地坐标供工程用，测量业采用的参考椭球为CGCS2000地心椭球，所以WGS-84坐标向CGCS2000坐标转换是不同基准之间的转换。
#■坐标转换数学模型两种不球坐标间的转换范围较大时一般采用,范围较时采用基三参两种不面坐标（x,y）转换采用,GNSS测大地高（H）高（h）转换采用“高程 。
1.1布尔莎七参数模型用于大范围的不同地球椭球基准下的大地坐标统间点位坐标转换叭两空间坐标动点三T x,Ty, T z,的两空间坐标系坐标不同，三转参数R X,R,R Z,为了使两坐标统一,需乘以D。
GNSS技术在测绘中的应用与优势
GNSS技术在测绘中的应用与优势导语：全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星技术的导航定位系统，被广泛用于测绘行业。
本文将介绍GNSS技术在测绘中的应用与优势，包括测绘定位、地理信息系统（GIS）数据采集、地形建模、大地测量等方面的应用。
一、测绘定位在传统的测绘中，使用全站仪等设备需要进行频繁的标志设置和观测，工作效率较低。
而GNSS技术能够提供全球覆盖的定位服务，可以快速获取位置信息。
通过GNSS接收机的精确定位，测绘人员可以快速获取目标点的经纬度坐标，并将其与现有地理坐标系统进行配准，实现高精度的定位。
二、GIS数据采集Geographic Information System（GIS）是一种集成地理数据采集、存储、管理、分析和展示的系统。
传统的GIS数据采集方式，如手绘地图、地面采集等，耗时耗力，数据质量较低。
而利用GNSS技术进行数据采集，可以实现大规模地理数据的快速采集。
比如，在城市规划中，使用GNSS设备进行街道、建筑物等地理特征的采集，可以快速获取大量的地理信息，为规划和决策提供有力支持。
三、地形建模地形建模是测绘中的一项重要任务，通过对地表特征的测量和分析，可以生成真实的地形模型。
传统的地形建模方法需要大量的地面测量和数据处理工作，耗时且费力。
而利用GNSS技术，可以实现对地形的三维建模。
通过GNSS接收机获取的高精度定位数据，结合激光雷达等传感器获取的地形信息，可以生成高精度、真实的地形模型，为城市规划、环境评估等领域提供可靠的数据支持。
四、大地测量大地测量是测绘中的一项基础任务，用于确定地球表面上两点之间的距离、方位和高程。
传统的大地测量方法需要大量的标志设置和测量工作，工作量大，周期长。
而利用GNSS技术进行大地测量，可以显著提高测量效率。
通过GNSS接收机获取的高精度位置信息，可以在短时间内完成复杂的大地测量任务，大大提高了工作效率。
综上所述，GNSS技术在测绘中的应用具有显著的优势。
GNSS原理及应用
一GNSS测量原理及应用（一）、GPS 基本原理GPS 导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。
而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距（PR）:当GPS 卫星正常工作时，会不断地用1 和0 二进制码元组成的伪随机码(简称伪码）发射导航电文。
GPS 系统使用的伪码一共有两种，码. 分别是民用的C/A 码和军用的PY）C/A码频率1。
023MHz，重复周期一毫秒,码间距1 微秒，相当于300m;P 码频率10.23MHz,重复周期266.4 天，码间距0.1 微秒，相当于30m.而Y 码是在P 码的基础上形成的,保密性能更佳。
导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息.它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s 调制在载频上发射的。
导航电文每个主帧中包含 5 个子帧每帧长6s。
前三帧各10 个字码；每三十秒重复一次,每小时更新一次。
后两帧共15000b。
导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3 数据块,其中最重要的则为星历数据。
当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置,用户在WGS-84 大地坐标系中的位置速度等信息便可得知. 可见GPS 导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。
然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z 外,还要引进一个Δt 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4 个方程将这4 个未知数解出来。
所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4 个卫星的信号。
GNSSRTK技术及应用
1、GNSS RTK测量技术
GNSS—RTK测量作业方式比较: 1、单基站RTK与网络RTK测量比较，有以下几点不 足： •单基站RTK的作业受距离制约， •定位精度不均匀、 •可靠性差。
2、GNSS RTK测量技术要求
2.1 GNSS RTK平面测量按精度应划分为一级、二级、三级、 图根和碎部。各等级的技术要求应符合下表的规定。
3、GNSS RTK测量设备
3.1 RTK测量接收设备应符合下列规定： 1 接收设备应包括双频接收机、天线和天线电缆、
数据链设备、数据采集器等； 2 基准站设备应能发送RTCM标准格式差分数据； 3 流动站设备应能接收并处理标准差分数据； 4 宜选用固定误差不超过10mm、比例误差系数不超
过2mm/kห้องสมุดไป่ตู้的RTK接收机。
和参心坐标成果的控制点； • 三是事先只收集到足够数量的具有参心坐标成果的
控制点，其地心坐标需要实地采集获取。从使用方 便和精度考虑，应按上述三种方式顺序选择。
4、GNSS RTK测量要求
✓ 一般来讲，在城市测量中由于收集到的控制点来源、精 度不一定统一。所以他们相互间的符合性很难一致。坐 标系统转换参数是通过一定的数学模型利用重合点来拟 合计算的。参与拟合控制点的分布对于参数计算、测量 成果的精度都有很大影响。
✓ 流动站设备的选用是根据国内外主要仪器生产厂家 的精度指标制定的，一般均可满足RTK定位测量的 要求。
3、GNSS RTK测量设备
3.2 接收设备的检验： 1 GNSS接收设备应按现行行业标准《全球定位系统
（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范》 JJF 1118的要求定期进行检定，检定周期宜为一 年； 2 新购置的或经过维修的GNSS接收设备应进行检验， 内容包括一般检验、常规检验、通电检验和实测 检验。 3 基准站与流动站的数据链连通检验； 4 数据采集器与接收机的通信连通检验。
使用GNSS测绘仪进行地理坐标测量的方法与技巧
使用GNSS测绘仪进行地理坐标测量的方法与技巧GNSS（全球导航卫星系统）测绘仪是现代地理测量中不可或缺的工具。
它利用卫星信号进行测量，能够提供高精度的地理坐标数据。
本文将介绍使用GNSS测绘仪进行地理坐标测量的方法与技巧。
一、概述使用GNSS测绘仪进行地理坐标测量是一种快速、高精度的方法。
GNSS系统由一组卫星和地面测量设备组成，通过测量卫星信号的传播时间来确定接收器的位置。
这种测量方法广泛应用于地理测量、地图制作、土地测量、建筑工程等领域。
二、测量前的准备工作在进行地理坐标测量之前，需要进行一些准备工作。
1. 预测卫星轨道：预测卫星轨道有助于确定GNSS测绘仪接收到的卫星数量和位置。
可以使用专业软件或在线服务进行卫星轨道预测。
2. 设置基准站：在进行测量之前，需要设置一个基准站。
基准站的位置应远离高建筑物、电力线和其他可能干扰GNSS信号的障碍物。
3. 确定测站：根据测量需求确定合适的测站位置。
测站位置应尽量避开高建筑物、电力线和其他可能干扰GNSS信号的障碍物。
三、测量过程进行地理坐标测量时，需要按照以下步骤进行。
1. 打开GNSS测绘仪：确保GNSS测绘仪的电源充足，并按照说明书正确操作。
2. 设定参数：根据实际测量需求，设定正确的参数。
参数包括测量模式、坐标系统、测量精度等。
3. 搜索卫星：在测站位置打开GNSS测绘仪后，它会自动搜索可见卫星并建立连接。
等待一段时间，直到GNSS测绘仪显示已建立连接的卫星数量。
4. 进行测量：在GNSS测绘仪显示已建立连接的卫星数量后，可以开始进行测量。
通过在测站位置上连续观测卫星信号，GNSS测绘仪可以计算出测站的地理坐标。
5. 数据采集：在测量过程中，可以选择保存测量数据。
测量数据可以包括卫星观测值、测站坐标等。
四、测量注意事项在使用GNSS测绘仪进行地理坐标测量时，需要注意以下事项。
1. 避免干扰：GNSS测绘仪接收卫星信号的质量受到外界干扰的影响。
gnss定位测量平面坐标转换基本流程
gnss定位测量平面坐标转换基本流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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GNSS原理及应用
一GNSS测量原理及应用（一）、GPS 基本原理GPS 导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。
而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS 卫星正常工作时，会不断地用1 和0 二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。
GPS 系统使用的伪码一共有两种，码。
分别是民用的C/A 码和军用的PY）C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1 微秒，相当于300m；P 码频率10.23MHz，重复周期266.4 天，码间距0.1 微秒，相当于30m。
而Y 码是在P 码的基础上形成的，保密性能更佳。
导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。
它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s 调制在载频上发射的。
导航电文每个主帧中包含5 个子帧每帧长6s。
前三帧各10 个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。
后两帧共15000b。
导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3 数据块，其中最重要的则为星历数据。
当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84 大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS 导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。
然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z 外，还要引进一个Δt 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4 个方程将这4 个未知数解出来。
所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到 4 个卫星的信号。
gnss坐标系和坐标原理
gnss坐标系和坐标原理GNSS, or Global Navigation Satellite System, is a satellite-based navigation system that provides location and time information in all weather conditions, anywhere on or near the Earth. It is a vital tool for various applications such as mobile and transportation, surveying and mapping, precision agriculture, and timing and synchronization. The GNSS coordinates system is used to define the position of objects on the Earth's surface, providing accurate location information for a wide range of purposes.GNSS坐标系一般采用地球椭球面作为基准面，使用经纬度来描述位置，可以通过全球卫星导航系统准确地确定地球上任何位置的坐标。
GNSS坐标系统的原理是通过接收来自卫星的定位信号，计算卫星与接收器之间的距离，并将这些数据转换为地理坐标。
这些坐标可以被用来导航汽车和飞机，绘制地图，定位农业用地，实现时间同步等。
One of the key concepts in the GNSS coordinate system is the use of geodetic coordinates, which take into account the actual shape of the Earth. This is important because the Earth is not a perfect sphere but rather an oblate spheroid, so using geodetic coordinates allowsfor more accurate positioning. Despite the complexity of the Earth's shape, GNSS technology is able to precisely determine locations on the Earth's surface by taking these variations into account.GNSS坐标系统的另一个重要原理是卫星信号的接收和处理。
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图
二维七参数转换模型示意
① 旋转 平移 ②
③ 缩放
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二维七参数转换模型
sin L cos L " " L N cos B N cos B B sin B cos L sin B sin L " " M M tgB cos L sin L tgB sin L cos L X Y cos B " Z M 0
转换模型
多项式回归 模型
全国 及省级 省级以下 省级以下 相对独立的平 面坐标系统与 CGCS2000的 联系
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椭球转换
七参数法： 标准的七参数方法，使用X，Y，Z平移，X，Y，Z旋转，K尺度 作用范围较大和距离较远 多应用于WGS84坐标与北京54，国家80，当地坐标之间的转换 已知点要三个以上，要求较高 当已知点精度不高时，不推荐使用七参数 四参数+高程拟合： 使用X,Y平移，a旋转，k尺度还有高程拟合参数 是RTK常用的一种作业模式 通过四参数完成WGS84平面到当地平面的转换 利用高程拟合完成WGS84椭球高到当地水准的拟合
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地坐标系
地心空间直角坐标系和地心大
地心空间直角坐标系和地心大地坐标系是GNSS常用的坐标系。
地心空间直角坐标系：
原点O与地球质心重合
Z轴指向地球北极 X轴指向经度原点E Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系 空间点P的坐标可表示为P(X，Y，Z) 地心大地坐标系： 地球椭球中心与地球质心重合 椭球短轴与自转轴重合 起始大地子午面与起始天文子午面重合 v
坐标系统与地球自转无关，对于描述卫星的运行位置和状态极为方便。
地球表面的测站点 与地球固连在一起随地球一起运动的坐标系 ——地球坐标系 空间位置随地球自转而变化 但是在地面的观测者看来，其位置是相对固定不动的 地球坐标系是与地球体相固联的坐标系统（地固坐标系）。 描述其位置，需要一个随地球自转而变化的坐标系统
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位置和状态是方便的。
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由于天球坐标系与地球自转无关，地球上任一固定点在天球坐
标系中的坐标将随地球的自转而变化，显然这在实用上很不方便。
为了描述地面观测站的位置，有必要建立与地球体相固联的坐标 系，即地球坐标系(有时称地固坐标系)。该系统也有两种形式。
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数的比较
CGCS2000与WGS84椭球参
CGCS2000坐标系与 WGS84坐标系椭球的比较
0 1/f 298.257222101 GM 3986004.418x108 ω 7292115x10-11
b 6356752.3141m 0.0001m
a
CGCS2000椭球 6378137m
WGS84 椭球 6378137m
298.257223563 3986004.418x108 7292115x10-11
6356752.3142m
差
-0.000001462 0 0
-
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坐标系统间的转换
坐标变换 —— 在不同坐标系表示形式之间进行变换 坐标转换 —— 在不同的参考基准间进行变换（基准的转换）
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坐标转换模型及适用范围
布尔沙模型
七参数
三维
四参数
三参数
四参 数
Made 转换模型及适用范围
范围与模型选择 范围与模型选 范围与模型选择 择
二维七参数转换 二维七参数 模型
转换模型
三维四参数转换 三维四参数 模型
转换模型
平面四参数转换 平面四参数 模型
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天球坐标系和地球坐标系
卫星的运动 -受到地球引力的惯性运动 以天球为参照而建立天球坐标系统 ——天球坐标系 -与地球的自转无关 应该引入一个不随地球自转变化的坐标系统 天球坐标系是空间固定的坐标系统（空固系）。
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WGS-84坐标系
WGS：World Geodetic System
是美国国防部制图局经过多年研究和完善 发展起来的一种新的世界大地坐标系
类型：协议地球坐标系，地心大地坐标系
几何定义：原点：地球质心
Z轴:Z轴指向BIH 1984.0定义的协定地球极（CTP）
X轴:指向BIH1984.0经度原点 Y轴:与Z、X轴构成右手坐标系
对于表达地面观测站的位置和处理GPS观测成果尤为方便。 在经典大地测量学(Geodesy)中，具有多种表达形式和极为广泛的应用。
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两种天球坐标系
Z
Pn
天球空间直角坐标系
原点位于地球质心M Z轴指向天球北极Pn X轴指向春分点 Y轴垂直于XMZ平面 三轴构成右手坐标系统,天体的坐标为(X，Y，Z)
X M
r
S
春分点
天球赤道
Y
在实践中，以上关于天球坐标系的两种表达形式，应用都很普遍。 天球球面坐标系 由于它们和地球的自转无关，所以对于描述天体或人造地球卫星的 原点位于地球质心 M
赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与过天体S的天球子午面之间的夹角 赤纬δ为原点M至天体S的连线与天球赤道面之间的夹角 向径长度r为原点M至天体S的距离 在天球球面坐标系中，天体的坐标为(α,δ,r)
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CGCS2000坐标系
China Geodetic Coordinate System 2000 经国务院批准，2008年7月1日起正式实施 类型：地心大地坐标系 几何定义： 原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向 X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点,该 历元的指向由国际时间局给定的历元1984.0推算得到 Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
G NS S 中 坐 标系 的 应 用 与 转 换
吴旭祥
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为什么要研究坐标系统及时间系统？
描述卫星运动
处理观测数据
表达观测站位置 了解GNSS测量中的—些常用坐标系统和时间系统,熟悉 它们各自间的转换关系，是极为重要的。