GNSS在工程测量中的应用

1、GNSS在工程测量中应用一.GPS系统的特点二. 我国常用大地坐标系统三.GPS应用四. GPS动态测量五. CORS应用主要内容主要内容测量精度高选点灵活、不需要造标、费用低全天侯作业观测时间短观测、处理自动化可获得三维坐标一一.GPS系统的特点系统的特点（一）北京54坐标系(BJZ54)（二）西安80坐标系（三）2000国家大地坐标系（四）WGS84坐标系（五）自定义坐标系（六）坐标系间的转换二二. 我国常用大地坐标系统简介我国常用大地坐标系统简介（一）北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定 位，它是以克拉索夫斯基

2、椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。 1954年北京坐标系的历史： 新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。 北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；（二）西安80坐标系1980年国

3、家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG 75地球椭球体。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站19521979年 确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。 西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.25722101（三）2000国家大地坐标系2000国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、3个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本常数的定义。2000国家大地坐标系

4、的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心;2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向,该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算,定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转,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,Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下： 长半轴 a6378137m 扁率 f1/298.257222101 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2 自转角速度 7.292l1510-5rad s-1（四）WGS84坐标系WGS84坐

5、标系（World Geodetic System）是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目 前国际上统一采用的大地坐标系。GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。 WGS84坐标系，长轴6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。 自定义坐标系也称地方独立坐标系 最初在建立坐

6、标系时,由于技术条件的限制,定向、定位精度有限，导致最终所定义的坐标系与国家坐标系在坐标原点和坐标轴的指向上有所差异； 出于成果保密等原因，在按国家坐标系进行数据处理后，对所得的成果进行了一定的平移和旋转，得出独立坐标系； 为了减少投影变形，进行投影的中央子午线的变换； 为了满足工程的要求或工程施工方便而建立独立坐标系。（五）自定义坐标系统平面坐标系，投影面根据工程需要定义；坐标轴指向根据工程需要定义；坐标轴原点根据工程需要定义。地方独立坐标系特点（六）坐标系转换 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点线面。 而大地测量基准是指用以描述地球形状的地球椭球参数，包含描述地球椭球几何特征的长短半轴和

7、物理特征的有关参数、地球在空间的定位及定向以及描述这些位置所采用的单位长度的定义。 经典大地测量基准通常采用的是与区域大地水准面最佳拟合的参考椭球，其中心往往与地心不重合。由于地球表面的不规则性，适合于不同地区的参考椭球的大小、定位和定向都不一样，每个参考椭球都有各自的参数和参考系。参考椭球对于天文大地测量、大地点坐标的推算以及国家测图和区域绘图来说，是十分适宜的。1.大地测量基准的基本概念 坐标转换是测绘实践中经常遇到的重要问题之一。 坐标转换通常包含两层含义：坐标系变换和基准变换。 坐标系变换：就是在同一地球椭球下，空间点的不同坐标表示形式间进行变换。包括大地坐标系与空间直角坐标系的相互转

8、换、空间直角坐标系与站心坐标系的转换、以及大地坐标系与高斯平面坐标系的转换（即高斯投影正反算） 基准变换：是指空间点在不同的地球椭球见的坐标变换。可用空间的三参数或七参数实现不同椭球间空间直角坐标系或不同椭球见大地坐标系的转换。2.坐标转换的基本概念3.坐标系转换的模型1.大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换（1）大地坐标系转换为空间直角坐标系（）大地坐标系转换为空间直角坐标系（BLHXYZ） 在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公式为：式为： 3.坐标系转换的模型1.大地坐标系与空间直角坐标

9、系的相互转换大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换（2）空间直角坐标系转换为大地坐标系（）空间直角坐标系转换为大地坐标系（ XYZ BLH ） 在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公式为：式为： 利用该式计算有一个问题：利用该式计算有一个问题：后两式中有交叉变量，因此必须后两式中有交叉变量，因此必须采用迭代的方法。因此必须采用下面的办法处理采用迭代的方法。因此必须采用下面的办法处理3.坐标系转换的模型1.大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换（2）空间直角坐标系转换为大地坐标系（）空间直角坐标系转

10、换为大地坐标系（ XYZ BLH ） 首先用下式求出首先用下式求出B的初值的初值 然后，利用然后，利用B的初值求出的初值求出H、N的初值，再次求定的初值，再次求定B的值。的值。3.坐标系转换的模型1.大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换（2）空间直角坐标系转换为大地坐标系（）空间直角坐标系转换为大地坐标系（ XYZ BLH ） 也可以采用如下的直接算法。公式为：也可以采用如下的直接算法。公式为： 3.坐标系转换的模型1.大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换（2）空间直角坐标系转换为大地坐标系（）空间直角坐标系转换为大地坐标

11、系（ XYZ BLH ） 其中：其中： 3.坐标系转换的模型2.高斯投影坐标正反算高斯投影坐标正反算空间大地坐标系与平面直角坐标系的转换采用数学投影的方法，空间大地坐标系与平面直角坐标系的转换采用数学投影的方法，我国采用的是高斯投影。我国采用的是高斯投影。（1）高斯投影正算公式（）高斯投影正算公式（BL xy ）公式为：公式为： 3.坐标系转换的模型2.高斯投影坐标正反算高斯投影坐标正反算（1）高斯投影正算公式（）高斯投影正算公式（BL xy ）3.坐标系转换的模型2.高斯投影坐标正反算高斯投影坐标正反算（1）高斯投影正算公式（）高斯投影正算公式（BL xy ）3.坐标系转换的模型2.高斯投影

12、坐高斯投影坐标正反算标正反算空间大地坐标空间大地坐标系与平面直角系与平面直角坐标系的转换坐标系的转换采用数学投影采用数学投影的方法，我国的方法，我国采用的是高斯采用的是高斯投影。投影。（2）高斯投）高斯投影 反 算 公 式影 反 算 公 式（ xy BL ）公式为：公式为： 3.坐标系转换的模型2.高斯投影高斯投影坐标正反算坐标正反算（ 2 ） 高 斯） 高 斯投影反算公投影反算公式（式（ xy BL ）4.基准转换的模型1.不同地球椭球坐标系的空间三参数或七参数转换不同地球椭球坐标系的空间三参数或七参数转换 不同地球椭球之间的坐标系转换实际上是不同基准之间的不同地球椭球之间的坐标系转换实际上

13、是不同基准之间的转换。转换。 不同基准之间的转换方法很多，可以通过空间变换的方法不同基准之间的转换方法很多，可以通过空间变换的方法实现，亦可用平面变换方法进行。实现，亦可用平面变换方法进行。下面介绍七参数布尔莎模型下面介绍七参数布尔莎模型 设两不同地球椭球的对应的两个空间直角坐标系见有设两不同地球椭球的对应的两个空间直角坐标系见有7个转个转换参数：换参数： 3个平移参数（原点不重合产生）；个平移参数（原点不重合产生）； 3个旋转参数（坐标轴不平行产生）；个旋转参数（坐标轴不平行产生）； 1个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生）。个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生）。见下图见下图4.基准转

14、换的模型1.不同地球椭球坐标系的空间三参数或七参数转换不同地球椭球坐标系的空间三参数或七参数转换设设（XA，YA，ZA）为某点在）为某点在A空间直角坐标系中的三维坐标，空间直角坐标系中的三维坐标，（XB，YB，ZB）为某点在）为某点在B空间直角坐标系中的三维坐标，空间直角坐标系中的三维坐标，（X0， Y0， Z0）为某点从）为某点从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空空间直角坐标系中的三个平移参数，间直角坐标系中的三个平移参数，（ X， Y， Z ）为某点从）为某点从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空间直空间直角坐标系中的三个旋转参数，角坐标系中的三个旋转参数，m为某点从

15、为某点从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的三个空间直角坐标系中的三个尺度参数。尺度参数。则点从则点从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的模型为空间直角坐标系中的模型为4.基准转换的模型4.基准转换的模型2.不同地球椭球坐标系的平面相似转换不同地球椭球坐标系的平面相似转换 不同地球椭球坐标系间的平面相似转换是一种二维转换。不同地球椭球坐标系间的平面相似转换是一种二维转换。 一般而言，两平面坐标系间的转换需要一般而言，两平面坐标系间的转换需要4个转换参数个转换参数 2个平移参数（原点不重合产生）；个平移参数（原点不重合产生）； 1个旋转参数（坐

16、标轴不平行产生）；个旋转参数（坐标轴不平行产生）； 1个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生）。个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生）。设（设（xA，yA）为某点在）为某点在A空间直角坐标系中的坐标，空间直角坐标系中的坐标，（xB，yB）为某点在）为某点在B空间直角坐标系中的坐标，空间直角坐标系中的坐标，（X0， Y0）为某点从）为某点从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空间直空间直角坐标系中的角坐标系中的2个平移参数，个平移参数，为从为从A空间直角坐标系转换到空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的空间直角坐标系中的1个旋转个旋转参数，参数，m为从为从A空间直角坐标系转换到空间直

17、角坐标系转换到B空间直角坐标系中的空间直角坐标系中的1个尺个尺度参数。度参数。则点从则点从A直角坐标系转换到直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的模型为空间直角坐标系中的模型为 （1）先旋转、再平移、最后统一尺度）先旋转、再平移、最后统一尺度（2）先平移、再旋转、最后统一尺度）先平移、再旋转、最后统一尺度AByxyxmyxcossinsincos)1 (AByxyxmyxcossinsincos)1 (GPS动态测量含义RTK测量特点RTK应用范围RTK测量方法分类GPS动态测量动态测量GPS动态测量含义GPS动态测量技术（Real Time Kinematic）RTK定位技术是基于载波相位观测

18、值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。RTK测量特点* 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。RTK测量标称精度可达到1cm+1ppm（平面），2cm+1ppm（高程）* RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大* 作业距离远、操作简便、效率高* 实时快速提供三维坐标R

19、TK应用范围* 控制测量* 碎部测量* 点放样* 直线放样* 线路放样* 断面测量RTK测量方法分类* 根据RTK发展历程我们可以将其划分为：* 传统RTK（按工作模式可分为电台模式和网络模式，此处就不再一一详细介绍）* 现在广泛应用的CORS系统模式 传统RTK技术有着一定局限性,使得其在应用中受到限制,主要表现为： 1. 用户需要架设本地的参考站； 2. 误差随距离增长； 3. 误差增长使流动站和参考站距离受到限制， 距离越远初始化时间越长； 4. 可靠性和可行性随距离降低传统传统RTK技术局限性技术局限性（一）CORS是什么？（二）CORS优缺点？（三）SDCORS简介（四） SDCOR

20、S的接入五. CORS应用 网络RTK技术实际上是一种多基站技术，它在处理上利用了多个参考站的联合数据。该系统不仅仅是GPS产品，而是集internet技术，无线通讯技术，计算机网络管理和GPS定位技术于一身的系统，包括，通讯控制中心，固定站，用户部分。 网络网络RTK技术技术 无需架设参考站，省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间，降低了作业成本，提高了生产效率； 传统“1+1”GNSS接收机真正等于2，生产效率双倍提高 ； 不需要在四处找控制点； 扩大了作业半径，网络覆盖范围内能够得到均等的精度； 在CORS覆盖区域内，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和多用途

21、处理；网络网络RTK技术优势技术优势 Continuous Operational Reference System字面意思：连续运行参考站系统CORS是什么？是什么？区别：参考站软件区别：参考站软件1、软件对参考站的数据不进行整网计算，仅还是依靠独立、软件对参考站的数据不进行整网计算，仅还是依靠独立某一个参考站与流动站做单基线解，这还是常规某一个参考站与流动站做单基线解，这还是常规RTK，不涉及算法问题。不涉及算法问题。2、网络、网络RTK，有以下几种算法，有以下几种算法 VRS（虚拟参考站技术）（虚拟参考站技术） FKP（区域改正数法）（区域改正数法） MAC（主辅站技术）（主辅站技术）C

22、ORS简单原理（以简单原理（以VRS为例）为例）、各个参考站向数据控制中心传输观测数据；、各个参考站向数据控制中心传输观测数据；、控制中心实时在线解算各基准站网内的载波、控制中心实时在线解算各基准站网内的载波相位整周模糊度值和建立误差模型；相位整周模糊度值和建立误差模型；、流动站将单点定位坐标传送给数据控制中心，、流动站将单点定位坐标传送给数据控制中心，控制中心在移动站附近位置创建一个虚拟参考控制中心在移动站附近位置创建一个虚拟参考站（站（VRS），通过内插得到），通过内插得到VRS上各误差源影响上各误差源影响的改正值，并按的改正值，并按RTCM格式通过格式通过NTRIP协议发给协议发给流动站

23、用户；流动站用户；、流动站与、流动站与VRS构成短基线。流动站接收控制构成短基线。流动站接收控制中心发送的虚拟参考站差分改正信息或者虚拟中心发送的虚拟参考站差分改正信息或者虚拟观测值，进行差分解算得到用户的精确位置。观测值，进行差分解算得到用户的精确位置。CORS的优缺点的优缺点电台模式：作业半径小、携带操作不方便、精度随距离电台模式：作业半径小、携带操作不方便、精度随距离 增大而降低、频率安全性、效率比较低增大而降低、频率安全性、效率比较低 网络模式：精度随距离增大而降低、效率比较低网络模式：精度随距离增大而降低、效率比较低单基站模式：精度随距离增大而降低单基站模式：精度随距离增大而降低CO

24、RS模式：无缝覆盖、精度均匀、统一基准模式：无缝覆盖、精度均匀、统一基准CORS系统优势*1、提高仪器利用率，原来、提高仪器利用率，原来的的1+1两台接收机才能作业，两台接收机才能作业，现在现在1台接收机就能正常作台接收机就能正常作业，仪器利用率提高业，仪器利用率提高1倍。倍。*2、提高工作效率，省去架、提高工作效率，省去架设和设置基准站的时间和设和设置基准站的时间和麻烦，开机就可以作业。麻烦，开机就可以作业。*3、节约人力资源，不用架、节约人力资源，不用架设基站，省去看基站人员，设基站，省去看基站人员，真正实现单人作业。真正实现单人作业。4、全网覆盖，精度均匀，避免了、全网覆盖，精度均匀，避

25、免了常规常规RTK随着距离增大误差增大的随着距离增大误差增大的麻烦。麻烦。常规RTK网络RTK5、常规、常规RTK随着距离的增大，初始化速度随着距离的增大，初始化速度会越来越慢，而会越来越慢，而CORS系统下没有了系统下没有了RTK距距离的限制，从而可以明显提高初始化速度。离的限制，从而可以明显提高初始化速度。CORS的局限性：的局限性： 1、网络局限性、网络局限性 2、卫星局限性、卫星局限性 3、高程精度局限性、高程精度局限性山东省CORS系统一、基准站子系统一、基准站子系统SDCORS的组成的组成 土层型墩标土层型墩标 基岩型墩标基岩型墩标 楼顶型墩标楼顶型墩标 参考站室内实景参考站室内实

26、景新建新建48+148+1江苏省江苏省7 7烟台规划局烟台规划局3 3省气象局省气象局1414淄博国土局淄博国土局1212济南规划局济南规划局7 7青岛国土局青岛国土局1313日照国土局日照国土局4 4SDCORSSDCORS110110个站点个站点国家陆态网国家陆态网1 1二、网络通讯子系统二、网络通讯子系统三、控制中心子系统三、控制中心子系统四、用户子系统四、用户子系统 截止到目前，截止到目前，SDCORS入网流动站达到入网流动站达到1000多台，已经广泛应用到国土、规划、交通、电力、多台，已经广泛应用到国土、规划、交通、电力、水利等行业。水利等行业。SDCORS系统提供服务系统提供服务序

27、号序号服务类型服务类型备注说明备注说明1 1RTKRTK、RTD常规的测量用户和亚常规的测量用户和亚米级的手持机用户米级的手持机用户2 2原始数据下载和处理原始数据下载和处理静态控制测量用户和静态控制测量用户和形变监测用户形变监测用户3 3坐标转换坐标转换CGCS2000CGCS2000到西安到西安80CGCS2000CGCS2000到北京到北京544 4高程转换高程转换大地高到水准高大地高到水准高5控制测量项目承接控制测量项目承接从选点、埋石、观测、从选点、埋石、观测、处理、报告编写等项处理、报告编写等项目全程工作目全程工作 一、接入SDCORS的必备要素： 1、接收机支持VRS 2、具有无

28、线通讯功能 3、已开通CORS账户 4、已办理专用数据卡（四）SDCORS的接入 在确保设备能够接入CORS，无线通讯正常后，可以到SDCORS中心申请使用账户。账户信息包括：用户名、密码、APN接入点、IP地址、端口、源列表。 登陆网站， 下载介绍信 SDCORS用户开通申请表 SDCORS系统用户保密协议申请SDCORS入网流程：接入方式分类： 接收机内置通讯模块 手簿内置通讯模块 接收机外置通讯模块 手簿外接蓝牙手机流动站接入SDCORS说明接收机内置通讯模块方式： 基本上国产的设备都具有内置通讯模块功能，厂家在手簿测量软件里面已经添加了拨号参数的设置功能，用户只需要在里面修改由SDCORS中心提供的各项参数，然后登陆就可以了。针对某些品牌或型号的接收机连不上网络的情况，可能需要升级接收机固件或者GPRS固件予以解决。测量中常见问题解答 SDCORS系统采用的坐标系统是国家CGCS2000坐标系统；我中心暂不对外提供转换参数；之前使用过的参数要看求解参数时所使用的起算数据，只要是使用约束的WGS-84坐标所求的参数是可以正常使用的。一般C级网以上的WGS-84都是约束的，D级网的可能没有做约束。SDCORS采用的坐标系统？能否提供参数？之前的参数能否继续使用？ a、移动网络信号 b、移动站周围环境 c、PDOP d、卫星信噪比 e、参考站距离 f、 接收机性能网络RT