GPS原理及应用原理及应用 GPS GPS原理及应用原理及应用1 GPS原理及应用原理及应用 11.1 GPS 11.1 GPS概述概述1 11.2 GPS 11.2 GPS系统组成系统组成2 11.3 GPS 11.3 GPS定位技术定位技术344 11.4 RTK 11.4 RTK的应用的应用 562 2 GPS原理及应用原理及应用几种卫星系统简介几种卫星系统简介- GLONASS- GLONASS系统系统( (俄罗斯）俄罗斯）vv1982198219821982年开始研制年开始研制年开始研制年开始研制, , , ,计划发射计划发射计划发射计划发射24242424颗卫星颗卫星颗卫星颗卫星, , , ,均匀分布在三个轨均匀分布在三个轨均匀分布在三个轨均匀分布在三个轨 道上道上道上道上. . . .vv轨道平面倾角轨道平面倾角轨道平面倾角轨道平面倾角:64.5:64.5:64.5:64.5vv卫星飞行高卫星飞行高卫星飞行高卫星飞行高:19 100km:19 100km:19 100km:19 100kmvv卫星运行周期卫星运行周期卫星运行周期卫星运行周期:11h58min:11h58min:11h58min:11h58minvv信号频率信号频率信号频率信号频率:1600MHz;1200MHz:1600MHz;1200MHz:1600MHz;1200MHz:1600MHz;1200MHzvv水平水平水平水平16161616米，垂直米，垂直米，垂直米，垂直25252525米米米米vv2010201020102010年年年年2 2 2 2月有月有月有月有18181818颗在轨，恢复正常颗在轨，恢复正常颗在轨，恢复正常颗在轨，恢复正常GLONASSGLONASS系统的组成：系统的组成：3 3 GPS原理及应用原理及应用几种卫星系统简介几种卫星系统简介- Galileo- Galileo系统系统( (欧洲欧洲) )vGalileoGalileo系统是一种开放式的系统是一种开放式的以民用为主的卫星系统。以民用为主的卫星系统。vGalileoGalileo系统在技术构态上将系统在技术构态上将以分布在以分布在3 3个轨道平面上的个轨道平面上的3030颗颗MEOMEO卫星为核心星座，其空卫星为核心星座，其空间信号等效于间信号等效于GPS Block-II GPS Block-II F F卫星上的信号，具有在卫星上的信号，具有在L L频频段上和段上和GPSGPS兼容的多频体制，兼容的多频体制，在无增强下可以达到在无增强下可以达到1010米精米精度。度。GalileoGalileo系统的构成：系统的构成：卫星星座图卫星星座图4 4 GPS原理及应用原理及应用几种卫星系统简介几种卫星系统简介 北斗卫星系统（我国）北斗卫星系统（我国） 2000 2000年年1010月月3131日日0 0时时0202分，我国自行研制的第一颗导航定位卫星分，我国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射；在西昌卫星发射中心发射； 2000 2000年年1212月月2121日日0 0时时2020分，第二颗分，第二颗“北斗导航试验卫星北斗导航试验卫星”在西昌卫星发在西昌卫星发射中心用射中心用“长征三号甲长征三号甲”火箭发射升空，并准确入轨；这标志着我国将火箭发射升空，并准确入轨；这标志着我国将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。20122012年年1212月月2727日日 正式向亚太地区提供定位、导航、授时正式向亚太地区提供定位、导航、授时服务服务20202020年左右实现全球覆盖。年左右实现全球覆盖。5 5颗静止轨道卫星颗静止轨道卫星+30+30颗非静止轨道卫星，采用颗非静止轨道卫星，采用20002000大地大地坐标系；定位精度：坐标系；定位精度：1010米。米。5 5 GPS原理及应用原理及应用 11.3 GPS 11.3 GPS系统的组成系统的组成 空间部分空间部分空间部分空间部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分用户部分用户部分用户部分用户部分6 6 GPS原理及应用原理及应用 11.3 GPS 11.3 GPS系统的组成系统的组成 vv空间部分空间部分空间部分空间部分: : : :n n 11. 11. 11. 11. 21212121颗工作卫星，颗工作卫星，颗工作卫星，颗工作卫星，3 3 3 3颗备用卫星，均匀分布在颗备用卫星，均匀分布在颗备用卫星，均匀分布在颗备用卫星，均匀分布在6 6 6 6个轨道上个轨道上个轨道上个轨道上n n 2. 2. 2. 2. 轨道倾角轨道倾角轨道倾角轨道倾角55555555n n 3. 3. 3. 3. 轨道高度轨道高度轨道高度轨道高度: : : : 远地点远地点远地点远地点: 26560km : 26560km : 26560km : 26560km 近地点近地点近地点近地点: 20200km: 20200km: 20200km: 20200kmn n 4. 4. 4. 4. 运行周期：运行周期：运行周期：运行周期：1 1 1 11 1 1 1小时小时小时小时58585858分分分分( ( ( (恒星时恒星时恒星时恒星时) ) ) ) 保证在地球上任何地点保证在地球上任何地点保证在地球上任何地点保证在地球上任何地点, , , ,任何时间都能同时看到任何时间都能同时看到任何时间都能同时看到任何时间都能同时看到4 4 4 48 8 8 8颗颗颗颗GPSGPSGPSGPS卫星卫星卫星卫星 n提供星历和时间信息提供星历和时间信息n发射伪距和载波信号发射伪距和载波信号n提供其它辅助信息提供其它辅助信息7 7 GPS原理及应用原理及应用 11.3 GPS 11.3 GPS系统的组成系统的组成 GPSGPS卫星星座空间图卫星星座空间图 GPSGPS卫星星座平面图卫星星座平面图8 8 GPS原理及应用原理及应用 11.3 GPS 11.3 GPS系统的组成系统的组成 vv 地面监控部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分: : : : n n组成：组成：组成：组成： 主控站（主控站（主控站（主控站（1 1 1 1个）个）个）个）, , , , 注入站（注入站（注入站（注入站（3 3 3 3个）个）个）个）, , , , 监测站（监测站（监测站（监测站（5 5 5 5个）个）个）个）n n 作用：作用：作用：作用： 监测和控制卫星监测和控制卫星监测和控制卫星监测和控制卫星 运行，编算卫星星历运行，编算卫星星历运行，编算卫星星历运行，编算卫星星历 （导航电文），保持（导航电文），保持（导航电文），保持（导航电文），保持 系统时间。系统时间。系统时间。系统时间。9 9 GPS原理及应用原理及应用GPS地面监控站的分布示意图地面监控站的分布示意图Ascension Island:阿松森群岛阿松森群岛 注入站、监控站注入站、监控站Diego Garcia: 迭哥伽西亚迭哥伽西亚 注入站、监控站注入站、监控站Kwajalein: 卡瓦兰卡瓦兰 注入站、监控站注入站、监控站Colorado : 科罗拉多科罗拉多 主控站主控站、监控站、监控站Hawaii： 夏威夷夏威夷 监控站监控站监控站监控站 主控站主控站 注入站注入站 夏威夷夏威夷 科罗拉多科罗拉多科罗拉多科罗拉多 阿松森阿松森 迭哥加西亚迭哥加西亚 卡瓦加兰卡瓦加兰 1010 GPS原理及应用原理及应用 11.3 GPS11.3 GPS系统的组成系统的组成 vv 用户部分用户部分用户部分用户部分GPSGPSGPSGPS信号接收系统信号接收系统信号接收系统信号接收系统n导航型接收机导航型接收机: : 手持式、车载、机载手持式、车载、机载n测量型接收机测量型接收机: : 单频机、双频机单频机、双频机n接收并观测卫星信接收并观测卫星信 号记录和处理数据号记录和处理数据n提供导航定位信息提供导航定位信息单频机单频机( L1 )双频机双频机( L1/L2 )1111 GPS原理及应用原理及应用v 我国我国GPSGPS定位技术的应用和发展概况定位技术的应用和发展概况 11.4 GPS11.4 GPS技术的应用技术的应用 从从19701970年年4 4月把第一颗人造卫星送入轨道以来，我国已成功地发射了月把第一颗人造卫星送入轨道以来，我国已成功地发射了三十多颗不同类型的人造卫星，为空间大地测量工作的开展创造了有利三十多颗不同类型的人造卫星，为空间大地测量工作的开展创造了有利条件。条件。 7070年代后期，有关单位在从事多年理论研究的同时，引进并试制成年代后期，有关单位在从事多年理论研究的同时，引进并试制成功了各种人造卫星观测仪器。其中有人造卫星摄影仪、卫星激光测距仪功了各种人造卫星观测仪器。其中有人造卫星摄影仪、卫星激光测距仪和多普勒接收机。根据多年的观测实践，完成了全国天文大地网的整体和多普勒接收机。根据多年的观测实践，完成了全国天文大地网的整体平差，建立了平差，建立了19801980年国家大地坐标系，进行了南海群岛的联测。年国家大地坐标系，进行了南海群岛的联测。 80 80年代初，我国一些院校和科研单位已开始研究年代初，我国一些院校和科研单位已开始研究GPSGPS技术。十多年技术。十多年来，我国的测绘工作者在来，我国的测绘工作者在GPSGPS定位基础理论研究和应用开发方面作了大定位基础理论研究和应用开发方面作了大量的工作。量的工作。1212 GPS原理及应用原理及应用v 我国我国GPSGPS定位技术的应用和发展概况定位技术的应用和发展概况 11.4 GPS11.4 GPS技术的应用技术的应用 在在大大地地测测量量方方面面，利利用用GPSGPS技技术术开开展展国国际际联联测测，建建立立全全球球性性大大地地控控制制网网，提提供供高高精精度度的的地地心心坐坐标标，测测定定和和精精化化大大地地水水准准面面，组组织织各各部部门门（1010多多个个单单位位，3030多多台台GPSGPS双双频频接接受受机机）参参加加19921992年年全全国国GPSGPS定定位位大大会会战。战。 经经过过数数据据处处理理，GPSGPS网网点点地地心心坐坐标标精精度度优优于于0.2m0.2m，点点间间位位置置精精度度优优于于 。在在我我国国建建立立了了平平均均边边长长约约100km100km的的GPS GPS A A级级网网，提提供供了了亚亚米米级级精精度度地地心心坐坐标标基基准准。次次后后，在在A A级级网网的的基基础础上上，我我国国又又布布设设了了边边长长为为30100km30100km的的B B级级网网，全全国国约约25002500个个点点。A A、B B级级GPSGPS网网点点都都联联测测了了几几何何水水准。准。 这这样样就就为为我我国国各各部部门门的的测测绘绘工工作作，建建立立各各级级测测量量控控制制网网，提提供供了了高高精精度度的的平平面面和和高高程程三三维维基基准准。我我国国已已完完成成西西沙沙、南南沙沙群群岛岛各各岛岛屿屿与与大地的大地的GPSGPS联测，使海岛与全国大地网联成一整体。联测，使海岛与全国大地网联成一整体。1313 GPS原理及应用原理及应用三、三、GPS定位方法分类定位方法分类 （1 1 1 1）绝对）绝对）绝对）绝对/ / / /单点定位单点定位单点定位单点定位确定观测点在确定观测点在确定观测点在确定观测点在WGS-84WGS-84WGS-84WGS-84系中的坐系中的坐系中的坐系中的坐标，即绝对位置。标，即绝对位置。标，即绝对位置。标，即绝对位置。1414 GPS原理及应用原理及应用（2 2）相对定位）相对定位确定观测点在国家或地确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐方独立坐标系中的坐标，即相对位置标，即相对位置。 基基基基 线线线线 向向向向 量量量量 B AA S1 S2 S4 S3 1515 GPS原理及应用原理及应用四、四、GPS的后处理测量方法的后处理测量方法 11.11.静态测量静态测量静态测量静态测量（1 1 1 1）方法：将几台）方法：将几台）方法：将几台）方法：将几台GPSGPSGPSGPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，接收机安置在基线端点上，保持固定不动，接收机安置在基线端点上，保持固定不动，接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测同步观测同步观测同步观测4 4 4 4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至分钟至分钟至分钟至1 1 1 1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。算得各点坐标。算得各点坐标。算得各点坐标。 （2 2）用途）用途）用途）用途 主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。 （3 3）精度）精度）精度）精度 精度最高的作业模式，精度最高的作业模式，精度最高的作业模式，精度最高的作业模式，可达到可达到可达到可达到（5mm+1ppm5mm+1ppm5mm+1ppm5mm+1ppm） 1616 GPS原理及应用原理及应用2动态测量动态测量（1）方法：）方法：先建立一个基准站，并在其上安置接先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1 1点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。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点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过过15km15km。 （2）用途：适用于精度要求不高的碎部测量。）用途：适用于精度要求不高的碎部测量。 （3）精度：可达到（）精度：可达到（1020mm+1ppm） 1717 GPS原理及应用原理及应用相对定位模式动态模拟图相对定位模式动态模拟图静态相对定位模式静态相对定位模式流动站流动站动态相对定位模式动态相对定位模式基准站基准站1818 GPS原理及应用原理及应用五、五、五、五、GPSGPS实时动态定位（实时动态定位（实时动态定位（实时动态定位（RTKRTK）方法）方法）方法）方法 11.RTK11.RTK工作原理及方法工作原理及方法工作原理及方法工作原理及方法 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。站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。 1919 GPS原理及应用原理及应用RTK定位图定位图2020 GPS原理及应用原理及应用2RTK用途：适用于精度要求不高的施工放用途：适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。样及碎部测量。3作业范围：目前一般为作业范围：目前一般为10km左右。左右。 4精度：可达到（精度：可达到（1020mm+1ppm） 2121RTK的操作和应用22一、一、RTKRTK可以做什么可以做什么? ?u控制测量控制测量u碎部测量碎部测量u点放样点放样u直线放样直线放样u线路放样线路放样u断面测量断面测量二、仪器的连接-基准站GDL电台电台主机二、仪器的连接-基准站u三声关机，四声动态，五声静态，六声恢复初始设置。三声关机，四声动态，五声静态，六声恢复初始设置。DL灯常亮，灯常亮，STA灯五秒钟闪一次，表示处在灯五秒钟闪一次，表示处在静态模式静态模式STA灯常亮，灯常亮，DL灯五秒钟快闪两次，表示处在灯五秒钟快闪两次，表示处在动态模式动态模式动态动态时时 静态/GPRS/GSM指示灯数据链灯卫星/蓝牙灯电源灯开关键三、注意事项三、注意事项-基准站架设基准站架设 基准站架设的好坏，将影响移动站工作的速度，并对移动站测量质量有着深远的影响，因此用户注意使观测站位置具有以下条件：u在10度截止高度角以上的空间部应没有障碍物；u邻近不应有强电磁辐射源，比如电视发射塔、雷达电视发射天线等，以免对RTK电信号造成干扰，离其距离不得小于200m；u基准站最好选在地势相对高的地方以利于电台的作用距离；u地面稳固，易于点的保存。u用户如果在树木等对电磁传播影响较大的物体下设站，当接收机工作时，接收的卫星信号将产生畸变，影响RTK的差分质量，使得移动站很难FIXED。四、仪器的连接-移动站u三声关机，四声动态，三声关机，四声动态，五声静态，六声恢复初五声静态，六声恢复初始设置。七声是基准站始设置。七声是基准站和移动站互换！和移动站互换！uDL灯常亮，灯常亮，STA灯五灯五秒钟闪一次，表示处在秒钟闪一次，表示处在静态模式静态模式。u动态模式动态模式时，时，DL灯一灯一秒钟闪一次。秒钟闪一次。 五、参数设置五、参数设置-新建工程新建工程 依次按要求填写或依次按要求填写或选取如下工程信息：工选取如下工程信息：工程名称、椭球系名称、程名称、椭球系名称、投影参数设置、四参数投影参数设置、四参数设置（未启用可以不填设置（未启用可以不填写）、七参数设置（未写）、七参数设置（未启用可以不填写）和高启用可以不填写）和高程拟合参数设置（未启程拟合参数设置（未启用可以不填写），最后用可以不填写），最后确定，工程新建完毕。确定，工程新建完毕。 五、参数设置五、参数设置-作业文件名作业文件名五五、参数设置、参数设置-椭球设置椭球设置五五、参数设置、参数设置-投影参数设置投影参数设置五五、参数设置、参数设置-四参数设置四参数设置五五、参数设置、参数设置-七参数设置七参数设置五五、参数设置、参数设置-高程拟合参数设置高程拟合参数设置六、求转换参数六、求转换参数-控制点坐标库控制点坐标库六、求转换参数六、求转换参数-输入已知坐标输入已知坐标六六、求转换参数、求转换参数-增加原始点坐标增加原始点坐标六六、求转换参数、求转换参数-保存及查看参数保存及查看参数七、碎部点测量七、碎部点测量-手动采集手动采集七、碎部点测量七、碎部点测量-自动采集自动采集八、点放样八、点放样八、点放样八、点放样-增加放样点增加放样点八、点放样八、点放样-确定放样点位确定放样点位九、直线放样九、直线放样-增加放样直线增加放样直线九、直线放样九、直线放样-确定直线位置确定直线位置十、线路放样十、线路放样-线路设置线路设置 根据线路设计所需要的设计要素按照软件菜单提示录入后，软件按要求计算出线路点坐标和图形。道路设计菜单包括两种道路设计模式：元素模式和交点模式 十、线路放样十、线路放样-元素模式元素模式u 元素模式”是道路设计里面惯用的一种模式，它是将道路线路拆分为各种道路基本元素（点、直线、缓曲线、圆曲线等），并按照一定规则把这些基本元素逐一添加组合成线路，从而达到设计整段道路的目的 十、线路放样十、线路放样-元素模式元素模式 “间隔”为生成线路点坐标的间隔；“整桩号”、“整桩距”是生成坐标的方式；“路名”为所需要设计的道路名称；“里程”为起始点里程。十、线路放样十、线路放样-元素模式元素模式 道路元素分为：点、直线、缓曲线、圆曲线。各种元素的组合要遵循道路设计规则。要根据界面提示添加相应的数据信息，如：点要素就只需要输入X坐标和Y坐标，直线元素只需要输入方位角和长度。十、线路放样十、线路放样-元素模式元素模式点击 “图形绘制”按钮，看到道路的计算后绘制的图形 十、线路放样十、线路放样-交点模式交点模式 交点模式是目前普遍使用的道路设计方式。用户只需输入线路曲线交点的坐标以及相应路线的缓曲长、半径、里程等信息，就可以得到要素点、加桩点、线路点的坐标，以及直观的图形显示，从而可以方便的进行线路的放样等测量工作。 十、线路放样十、线路放样-交点模式交点模式十、线路放样十、线路放样-交点模式交点模式十、线路放样十、线路放样-放样放样十、线路放样十、线路放样-放样放样 列表中显示设计文件中的所有的点（默认设置），用户也可以通过在列表下的标志、加桩、计算、断面前的对话框中打勾来选择是否在列表中显示这些点。选择要放样的点，如果要进行整个线路放样，就按“线路放样”按钮，进入线路放样模式进行放样；如果要对某个标志点或加桩点进行放样，就按“点放样”按钮，进入点放样模式。如果要对某个中桩的横断面放样，就按“断面放样” 十、线路放样十、线路放样-放样放样 在放线库中调入设计文件选择进行线路放样以后放样界面。 路放样实际上是点放样的线路表现形式既在点放样时以设计的线路图为底图，实时的显示当前点在线路上的映射点（当前点距线路上距离最近的点）的里程和前进方向的左或右偏距。在图中会显示整个线路和当前测量点，并实时计算当前点是否在线路范围内，如果在线路范围内，就计算出到该线路的最近距离和该点在线路上的映射点的里程；如果不在线路范围内，就给出提示。 十、线路放样十、线路放样-参数设置参数设置十、线路放样十、线路放样-参数设置参数设置u最小值，最大值：点放样下面的圆圈提示和报警提示，当离放样点的距离小于最大值并且选择了声音提示时，就给出声音提示。u北方向、线方向：线路放样和点放样两种方向指示模式的互相切换。u属性赋值里程：测量点时是否把里程作为属性。u显示所有放样路线：如果选择了就显示所有的放样路线。u显示标志点：如果选择了就在图中显示所有的标志点。u显示加桩点：如果选择了就在图中显示所有的加桩点。u显示测量点：如果选择了就在图中显示测量点，并且显示的测量点个数跟下面设置“显示测量点个数”一样，如果选择显示“全部”测量点，就把所有采集点都显示出来，如果选择显示“3”个点，就显示最近的3个采集点。u显示断面点：如果选择了就在图中显示所有的断面点。u显示加桩点：如果选择了就在图中显示所有的加桩点。u显示计算点：如果选择了就在图中显示所有的计算点。u范围设置：用来设置放样的起始里程和终点里程，当前点不在此范围内时，不会计算偏距和里程，会提示不在线路范围内。u设置属性：可以设置属性。u横断面法线延长线长度：设置横断面法线延长线的长度，默认值是30m。十一、断面测量十一、断面测量 首先点击线路放样主界面中的“断面文件”按钮,然后选择断面文件 当我们在设计线路的时候,软件会自动计算每一个中桩以及计算桩的切线方位角,并生成横断面文件,文件格式为*.tdm. 选择了文件之后,我们就可以选取某个中桩的横断面进行放样,如图,我们放样的是中桩为120的横断面.图中的直线段就是该横断面的法线延长线,这样我们就可以非常方便的放样这个横断面上的点.十一、断面测量十一、断面测量u在线路放样功能界面下,我们既可以放样,同时也可以进行纵横断面的测量,横断面的测量可以在断面放样中完成,纵断面测量只要保持在线路上测量就可以进行.当然纵横断面测量之后,需要进行格式转换才能得到我们常用的格式十一十一、断面测量、断面测量u然后点击上面的“测量文件”,选择测量文件,然后根据需要,选择纬地或者天正这两种格式,完成后点击下面的“转换”按钮u转换完成后会在相应的文件夹下生成*.hdm和*.dmx文件,即横断面文件和纵断面文件.十一十一、断面测量、断面测量谢 谢！