Gps测量基础-PPT课件

1、GPS测量基础陈晓岩南方测绘GPS和常规测量定位的区别平面定位的区别 宏观和微观的区别 概念：椭球、坐标系、投影、我国常用 的坐标系统，坐标转换高程定位的区别 高程基准、高程异常、我国常用的高程 基准平面投影基准参考椭球体空间点位的数学描述参考椭球体 地球自然体 大地水准面 旋转椭球体参数参考椭球 的 形状 与 大小： 长半径 a 偏 率 f参考椭球与地球的相关性： 定位： X、Y、Z 定向： RX、RY、RZ 大地基准1、坐标与坐标系统大地基准基准的概念地球的运动目前我国常用的坐标系统常用坐标系间的坐标换算国家平面控制网的布设概况 大地基准 基准的概念坐标：一组有序实数，表示n维欧氏空间中的

2、一个点。坐标系：确定地面点或空间目标的位置所采用的参考 系（参照物）。基准：将几何坐标系按一定的关系放入物理坐标系中的一组必要参数。日心坐标系 天球坐标系 地心坐标系 站心坐标系 地心大地坐标系 地心坐标系 地心直角坐标系 地球坐标系 参心坐标系 参心大地坐标系 参心直角坐标系大地测量常用坐标系 目前我国常用的坐标系统1980西安坐标系1954年北京坐标系WGS-84大地坐标系新1954年北京坐标系（新54系）独立坐标系（地方坐标系）开始定义为 “1980国家大地坐标系”。 1982 年，经天文大地网整体平差建立，全网共48433点。 属参心坐标系, IAG-75椭球（IAG国际大地测量学协会

3、），长半轴 a=6378140m; 扁率 =1/298.257，原点在陕西省泾阳县。 椭球定位： 1.椭球短轴平行于地球地轴（由地球质心指向1968.0JYD方向）； 2.起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面； 3.椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。 1980西安坐标系 大地基准 目前我国常用的坐标系统 1954年北京坐标系 50年代从前苏联引入（1942年普尔科夫坐标系），未进行整体平差，属参心坐标系, 克拉索夫斯基椭球体，长半轴 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。 主要缺点： 1.长半轴约大了108m ； 2.椭球定位西高东低，东部高程异常达6

4、7m； 3.不同区域接边处大地点坐标差达12m。 WGS-84大地坐标系 美国国防部研制确定的大地坐标系，Z轴指向BIH（国际时间局）1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向零子午面与CTP赤道交点，Y轴与X、 Z轴构成右手坐标系。 长半轴 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。属地心坐标系，原点在地球质心。新1954年北京坐标系（新54系）属于参心大地坐标系椭球的几何参数同“54系” a=6378245m； =1/ 298.3大地原点及椭球轴向同“80系”高程基准面为1956年黄海平均高程面点的坐标与“54系”接近，精度同“80系” 独立坐标系（地方坐标

5、系） 为了减少投影变形或满足保密需要，也可使用独立（地方）坐标系，坐标原点一般在测区或城区中部，投影面多为当地平均高程面。目前我国常用的坐标系统大地坐标系平面直角坐标系大地坐标大地纬度B过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林尼治子午线起算，东正西负。大地经度L在P点的子午面上， P点的法线PKP与赤道面的夹角。由赤道起算，北正南负。大地坐标系：纬度、经度、大地高（椭球高） 大地坐标系纬度经度椭球高平面直角坐标系墨卡托投影 K=0. 9996高斯投影 K=1. 0000 高斯投影与墨卡托投影带区投影直角坐标系带区投影直角坐标：Ni 、 Ei标准分带：有3带、6 带之分， 规定中央子午线经度带

6、区投影参数： 中央子午线经度（带号） 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N E 赤道中央子午线Ei I NiO500 km地平坐标系（假定平面直角坐标系）点的地平坐标描述 ： xi 、yi适用于地面假定平面直角坐标系（建筑坐标系、工程坐标系） O xy O大地基准 目前我国常用的坐标系统高斯平面直角坐标 经高斯克吕格正形投影，将椭球面上的点转换到平面上， 用直角坐标（x,y）表示。 中央子午线投影到平面上是一直线，作为纵坐标轴；赤道投影到平面上也是一直线，作为横坐标轴；中央子午线和赤道交点的投影像是坐标原点。xy0XYP（x,y） 高斯

7、直角坐标系 高斯正形投影 正形（等角）投影变换。 中央子午线投影为纵坐标轴。 中央子午线投影尺度比为 1。 中央子午线外存在长度变形， 距中央子午线越远变形越大。 长度变形尺度比： m= 1 + E2 /（ 2 R2） 分带（带区）投影 6度带：06 ，6 12 . 3度带：0 3 ，3 6 .高斯投影分带（山东省的经度为114 45122 40） 常用坐标系间的坐标换算严密平差法（用本网的观测数据，另网的起算点）公式严密换算法（80系新54系）转换模型法（七参数法） 大地基准 国家平面控制网的布设概况国家平面控制网的布设概况一等三角锁的布设国家平面控制网的布设概况二等三角网的布设国家平面控制

8、网的布设概况二等补充网的布设国家平面控制网的布设概况精密导线网的布设 国家平面控制网的布设概况国家GPS A级网 国家GPS A级网, 1992年8月由国家测绘局布测完成，共 27点，平均边长800km，基线水平分量精度为25cm, 相对精度1 3 10-8 ; 垂直分量精度为10cm，相对精度为0.5 1 10-7，ITRF（国际地球参考框架）91框架。 2019年5月对A级网进行了复测。由30个主点和22个副点组成，基线水平分量精度优于 4mm+3 10-9 ，相对精度为2 10-8；垂直分量精度优于 8mm+4 10-9，相对精度为7 10-8 ，ITRF93框架。 大地基准 国家平面控

9、制网的布设概况国家GPS B级网国家GPS B级网, 2019年国家测绘局完成布测与平差，共756点，其中重合 A级网27点、多普勒网 15点、天文大地网150点、水准网456点、验潮站17点，基线水平分量精度优于4 10-7; 垂直分量精度优于8 10-7 ，平均边长：东部 70100 km，西部：150200 km ，ITRF93框架。 高程基准目前，我国实际采用的高程系统为正常高，即地面点 A至似大地水准面的距离。大地高A正高正常高高程异常大地水准面差距自然表面大地水准面似大地水准面椭球表面大地高转换为正常高高程异常大地水准面 地面 大地高地面点沿法线方 向到参考椭球面的间距（h） 正

10、高地面点重力方向 到大地水准面的间距（H） 正常高地面点重力方向 到似大地水准面的间距（H） 高程异常似大地水准面 到参考椭球面的间距（N）大地高、正常高、高程异常关系式 H= h - N参考椭球 GPS水准法高程拟合 似大地水准面 拟合面 参考椭球面 平面拟合示例( 3个 联测点 6个 )联测已知高程点建立回归方程： 1= a x1 + b y1 + c 2= a x2 + b y2 + c 3= a x3 + b y3 + c .解算方程反求系数 a、 b 、 c建立拟合面方程 = a x + b y + c内插GPS点的高程异常值i i= a xi + b yi + c计算GPS点的正常

11、高 Hi=hi - i地球重力场模型大地水准面模型GPS 高 程 法Hi = hi - i Hik= hik + ikHk = Hi + Hik GPS高程法大地水准面模型高程基准1956年黄海高程系 水准原点设在观象山，采用19501956年7年的验潮结果计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.289m。1985国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系，采用19521979年共28年的验潮结果，并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正，计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.260m。 高程基准 我国水准网的布测情况50年来，进行了三期高精度水准测量。第一期水准网（

12、19511969）：布测了一、二等水准网。一等线路36条，6个闭合环，2.9万km，二等13万km。第二期水准网（19771984）：一等线路 289条，186 个结点组成100个闭合环，93360 km，标石20190座；二等 1139条，总长度136,368 km，标石33238座。第二期水准复测网（19912019）：全部一等网和局部二等网。一等线路245条（设计273），77个闭合环（设计99）， 85,452 km（设计9.4万），验潮站45个。我国高程异常图我国测绘基准存在的问题天文大地网不能满足军事上对地心坐标系的需求。精度与现代大地测量手段(GPS) 相比不匹配,导致使用GPS时的精度损耗。1954年北京坐标系及 1980西安坐标系与 ITRF（国际地球参考框架）或WGS-84无明确的对应关系。我国测绘基准存在的问题GPS空间网密度不够，使城市GPS控制网以及工矿独立网难以连接到国家GPS控制网系统。标石破坏严重，并且这种情况还在继续。参心坐标系，分量与 ITRF有 100m以上的偏差，54坐标系采用克拉索夫斯基椭球，长半轴 a值也相