杨程-第5章 坐标测量

普通高等学校土木工程专业精编系列规划教材土木工程测量2023/2/5

5坐标测量2023/2/5内容提要能力要求

本章主要包括直线定向（直线定向、方位角、象限角、坐标的正反算）、地面定位技术（极坐标法、角度交会法、距离交会法）、卫星定位技术（GNSS的组成、GNSS定位方法、GNSS接收机使用）等相关内容。本章的教学重点为直线定向；教学难点为地面定位技术。

通过本章学习，要求学生熟练掌握直线定向的概念、坐标方位角的定义和推算、坐标的正反算、极坐标法等测定点位平面坐标的方法，理解三角高程测量原理；结合实践教学，理解GNSS静态相对定位技术和实时动态差分定位RTK技术。2023/2/55坐标测量

5.1直线定向5.2地面定位技术 5.3卫星定位技术◎习题与思考题2023/2/5第一节直线定向1、标准方向的种类，三种标准方向之间的关系；2、确定地面上两点之间的相对平面位置引出直线定向概念；3、表示直线方向的方法；4、几种方位角之间的关系；5、正、反坐标方位角；坐标方位角的推算；坐标正算与反算；2023/2/5学习目标建立直线定向的概念，能够熟练地进行方位角的有关运算。为三维测量及施工测量计算打好基础。学习重点直线定向、坐标方位角的推算方法；三种方位角间的换算关系；坐标正算与坐标反算。2023/2/5有80%的信息和地理位置有关！日常生活中我们经常问这几句话在哪儿？ —静态地理位置怎么走？ —动态地理位置某地有什么？

—地理信息分布2023/2/5在日常生活中我们经常会说“武汉市位于长江中游”，“宜昌市在武汉市上游”，这就是借助地理空间拓扑关系来描述地物之间的地理位置。(相对位置关系)2023/2/5下图是北京市崇文区的一个街区小胡同变成大马路1999年遥感影像2002年遥感影像2023/2/5北京西站影像2023/2/5直线定向（lineorientation）：确定一条直线与标准方向的关系(水平夹角)称为直线定向。标准方向分类1、真子午线方向（真北方向）：地面上某点指向地球南北极的方向。即过地面某点真子午线的切线方向称为该点的真子午线方向，其北端所示方向。可用天文测量方法测定，也可用陀螺经纬仪测定。P2023/2/5

磁北方向：磁针自由静止时所指示的方向称为磁子午线方向，其北端所指方向,称为磁北方向。磁北方向可用罗盘仪测定。

坐标北方向：坐标纵轴

(X轴)正向所示方向,称为坐标北方向，也称轴北方向。实用上常取与高斯平面直角坐标系中X轴平行的方向，因此各点的坐标北方向都是相互平行的。真北方向、磁北方向、坐标北方向，这三个基本方向合称为三北方向。2023/2/5子午线收敛角、磁偏角概念1、子午线收敛角：两点真子午线方向间的夹角称为子午线收敛角。子午线收敛角随纬度的增大而增大，并与两点间的距离成正比。

2023/2/52、磁偏角：地面上某点真北方向与磁北方向的夹角。用δ表示。PN磁偏角真北磁北磁北+-东西2023/2/5三北方相间的关系磁偏角：过一点的真北方向与磁北方向之间的夹角，用δ表示。子午线收敛角：过一点的真北方向与坐标北方向之间的夹角，用γ表示。

符号规定磁北或坐标北方向在真北方向东侧时，δ与γ为正；磁北方向或坐标北方向在真北方向西侧时，δ与γ为负。

2023/2/5一、直线定向的表示方法

1.方位角对某一确定起点的直线，由在该起点处的基本方向起，顺时针至该直线方向的水平角称为该直线的方位角。方位角的取值范围是0°～360°。2023/2/5标准方向真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐标方位角（α）2磁北真北坐标北AmAα1由不同的标准方向所得到的方位角，分别为：真方位角:磁方位角：坐标方位角：2023/2/52.象限角

以基本方向线北端或南端起算，顺时针或逆时针方向量至直线的水平角，称为象限角，用R表示。

2023/2/5表5-1象限角与方位角的关系象限由方位角α求象限角R由象限角R求方位角α编号名称I北东（NE）R=αα=RII南东（SE）R=180°-αα=180°-RIII南西（SW）R=α-180°α=180°+RIV北西（NW）R=360°-αα=360°-R2023/2/5

α12已知，通过连测求得12边与23边的连接角为β2（右角）、23边与34边的连接角为β3（左角），现推算α23、α34。1234xxxα23α34α12β2β3前进方向β2位于推算路线1-2-3前进方向的右侧，故为右角。同理，β3为左角。坐标方位角推算2023/2/5正、反坐标方位角

直线1-2：点1是起点，点2是终点。α12—正坐标方位角；α21—反坐标方位角。α21α12xyoxx12直线2-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差180º2023/2/51234xxα23α12β2α21前进方向xα34β3α32由图中分析可知：2023/2/5推算坐标方位角的通用公式：注意：

计算中，若α前>360°，减360°；若α前<0°，加360°。当β角为左角时，取“＋”；若为右角时，取“－”。方位角的推算左角右角的计算公式区别2023/2/5例题：已知α12=46°，β2、β3及β４的角值均注于图上，试求其余各边坐标方位角。α23=α12＋180°－β24x23146°125°10´5136°30´247°20´解：α34=α23＋180°＋β3=417°20´>360°（417°20´－360°）´α45=α34＋180°－β4<0°（－

10°＋360°）=350°=100°50´=46°＋180°－125°10´=100°50´＋180°＋136°30´=－10°=57°20´＋180°－247°20´前进方向57°20=2023/2/52312B1已知：AB=76

20，B=18542，1=21108，2=15045

求：B1、12、2312ABAB12B解：B1=BA+B

=AB+180+B=7620+180+185

42=820212=1B+1=B1+180+1=8202+180+21108=1131023=21+2=12+180+2=11310+180+15045=8355要求熟练掌握方位角推算公式2023/2/5已知求解：2023/2/5坐标正算计算的基本公式设A点为已知点，B点为未知点，A(XA,YA),AB边的边长为DAB,AB边的坐标方位角为AB，,求B(XB,YB)，坐标正算。

XB=XA+XAB

YB=YA+YAB

2023/2/5XAB=DABCos

AB

(纵坐标增量）YAB=DABSinAB

(横坐标增量）

XB=XA+DABCos

ABYB=YA+DABSinAB2023/2/5坐标反算由两个已知点的坐标反算坐标方位角和边长

设A、B为两已知点，其坐标分别为A(XA,YA),B(XB,YB),则yAB

xAB

DAB=

＝

SinABConABDAB=(xAB)2+

(yAB)2

tg

AB=yAB/xAB

=(YB—YA)/(XB－XA)AB=tg

-

1(yAB/xAB)=arctg((yAB/xAB)

R当x>0,y>0180－R当x<0,y>0=180+R当x<0,y<0360－R当x>0,y<02023/2/52023/2/5小结1.直线定向——确定直线方向与标准方向之间的关系。2.标准方向——真子午线方向；磁子午线方向；坐标纵轴方向。3.坐标方位角——以坐标纵轴方向为起始方向顺时针转到该直线的水平夹角。4.正、反方位角——一条直线的正、反坐标方位角相差180°。2023/2/51传统测量技术

两维坐标：平面坐标x,y——极坐标法、角度交会法、距离交会法。

一维坐标：高程H——水准测量技术、三角高程测量技术。特点：测算分离，手动完成第二节地面定位技术2023/2/52现代测量技术

三维坐标：x,y,H——全站仪技术特点：测算一体，自动完成2023/2/53测定（x,y）的传统技术（1）极坐标法已知A、B两点坐标，根据水平角和水平距离DAP，经计算求得P点坐标。2023/2/5计算步骤：1、在已知点A安置仪器，观测水平角2、测量A、P两点的水平距离DAP3、根据已知点A、B的坐标，利用反算公式计算其坐标方位角4、根据坐标方位角

和水平角，推算未知边AP的坐标方位角：当未知边位于已知边左侧时，上式取5、利用坐标正算公式，计算P点坐标。2023/2/5极坐标法扩展……导线法，测量转折角和未知边2023/2/5（2）角度交会法导线测量：控制面积大，一般要求地势平坦。需要测角，量边交会定点：山区或地形复杂的地区。分为：前方交会，侧方交会，后方交会，测边交会等。2023/2/5前方交会法作业方式：在已知点A、B上分别向新点P观测水平角α和β，从而可以计算P点的坐标。ABPαβ2023/2/5计算方法：按照导线计算方法，以AB为起始边计算导线检核：从三个已知点A、B、C上分别向新点P进行角度观测，由两个三角形分别解算P点的坐标。ABPαβC2023/2/5（3）距离交会法——测量三角形的两条未知边2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——高程的测站传递（转点）2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——外业2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——立尺2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——观测2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——读数2023/2/54测定H的传统方法（1）水准测量水准测量——读数2023/2/54测定H的传统方法（2）三角高程测量——原理三角高程测量——原理由视距测量想到的2023/2/54测定H的传统方法（2）三角高程测量——原理HB=HA+DABtgαAB+iA-vB2023/2/54测定H的传统方法（2）三角高程测量——球气差改正HB=HA+DABtgαAB+iA-vB+f1-f2f=+f1-f2f=(1-k)D2/(2R)2023/2/55测定（x,y,H）的现代技术—全站仪技术全站仪(totalstation)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。全站仪—全站型电子速测仪人们把快速测量距离和方位的仪器称之为速测仪(Tachymeter)。2023/2/5全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距。借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示：平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。全站仪具有如下特点：

2023/2/5全站仪由以下两大部分组成：

l）采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、还有自动补偿设备等。2）微处理器：微处理器是全站仪的核心装置,主要由中央处理器,随机储存器和只读存储器等构成,测量时,微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作,进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。2023/2/5全站仪的特点（1）仪器操作简单，高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能。（2）快速安置：简单地整平和对中后，仪器一开机后便可工作。仪器具有专门的动态角扫描系统，因此无需初始化。关机后，仍会保留水平和垂直度盘的方向值。电子“气泡”有图示显示并能使仪器始终保持精密置平。（3）适应性强。全站仪是为适应恶劣环境操作所制造的仪器。（4）全站仪设有双向倾斜补偿器，可以自动对水平和竖直方向进行修正，以消除竖轴倾斜误差的影响。还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。（5）控制面板具有人机对话功能。控制面板由键盘和主,副显示窗组成。除照准以外的各种测量功能和参数均可通过键盘来实现,仪器的两侧均有控制面板,操作十分方便。（6）具有双向通讯功能，可将测量数据传输给电子手簿或外部计算机，也可接受电子手簿和外部计算机的指令和数据。

2023/2/5全站仪与经纬仪相比具有以下优点:1、测量结果自动记录在“电子手簿”中，减少了读数的错误和记录的粗差，提高了功效；

2、利用全站仪中的微处理器，通过传感器可以自动的改正仪器轴系误差，提高测量精度;3、距离改正，高差计算和坐标计算在仪器上自动完成，减少了内业计算工作量;4、角度测量中自动扫描整个度盘，并求出平均值作为结果，消除了度盘的刻划误差和偏心差。2023/2/5（1）全站仪的结构组成2023/2/5（1）全站仪的结构组成2023/2/5（2）全站仪的功能

①测角——水平角、竖直角

②测距——水平距离、倾距、高差主值

③测量坐标——x,y,H

④特殊功能——对边测量、悬高测量、面积测量、后方交会、偏心测量、放样等

2023/2/5

（3）全站仪的操作和使用——①操作面板2023/2/5

（3）全站仪的操作和使用——①操作面板2023/2/52023/2/5（3）全站仪的操作和使用

①操作面板

②仪器安置

对中，整平，开机（POWER键），打开传感器（星键+F2），精确整平，量取仪器高i。

设置仪器常数、棱镜常数、气象参数。调节盘左（盘右）状态。2023/2/52023/2/5③安置目标——2023/2/5③安置目标——2023/2/5（3）全站仪的操作和使用

④基本测量：照准，读数，记录

平角测量——竖丝照准竖直角测量——横丝照准

距离测量——十字丝交点照准

x,y,H测量——十字丝交点照准2023/2/5全站仪使用记录表（综合）日期：时间：天气：组号：仪器号：测站名称：观测者：记录者：仪器高测回数目标名目标高竖盘位置水平度盘读数(°′″)一测回方向值(°′″)竖直度盘读数(°′″)竖直角(°′″)斜距(m)平距(m)高差(m)————

盘左

盘右

——盘左

盘右

————

盘左

盘右

——盘左

盘右

2023/2/55测定（x,y,H）的现代技术—全站仪技术

全站仪坐标测量就是利用极坐标原理进行的。全站仪坐标测量的工作程序是安置仪器、新建文件、测站设置、后视定向、坐标测量和数据传输，南方NTS663全站仪坐标测量的具体操作见表5-2。

2023/2/5第二节地面定位技术表5-2NTS663全站仪坐标测量操作工作程序操作步骤安置仪器在测站点（控制点）上安置全站仪，包括对中整平、量取仪器高。仪器常数设置：棱镜加常数=-30mm。气象参数设置：如，实测气压

P=673mmHg=897hpa，实测温度t=25℃。新建文件①开机。②进入“程序”→“标准测量”→“设置”→“作业”→“新建”→“文件”→打开新建的文件。测站设置①进入“记录”选项→“侧视测量”，根据仪器提示输入测站点点名和仪器高。②按“ENT”键进入下一页，输入测站点坐标（N（北）E（东）Z（高程）。③按“ENT”键进入下一页，输入测站点点名和仪器高。

2023/2/5第二节地面定位技术表5-2NTS663全站仪坐标测量操作（续1）工作程序操作步骤后视定向①按“ENT”键，输入后视点坐标。②同时把棱镜竖立在后视点上，全站仪盘左照准后视点上的棱镜，按下“设置”键，再按“校核”键，校核。③合格后按“ENT”键进入碎部点测量。坐标测量①输入待测点点号，全站仪照准待测点上竖立的棱镜，按“ENT”键，测量、记录待测点坐标。②选择下一个待测点，循环进行。③本站所有需测的待测点测量完成后，在控制点上检测，若检测合格，关机。2023/2/5第二节地面定位技术表5-2NTS663全站仪坐标测量操作（续2）程序操作步骤数据传输①用数据通信线将全站仪和电脑连接（COM口或USB口）。②启动CASS软件，在“数据”菜单中选择“读取全站仪数据”，弹出“全站仪内存数据转换”参数设置界面，打开全站仪“通信参数”对照，将软件参数设置和全站仪一致。指定文件的保存路径和文件名。③进入全站仪的“程序”→“标准测量”→“作业”→“打开”→“选择作业”→“传输”→“发送数据”→“坐标数据”，出现提示“准备好了吗？”④点击电脑界面上的“转换”，电脑弹出“先在微机上按回车”的提示，依照提示即可完成数据传输。2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(1)美国GPS——1957从研究多普勒卫星定位技术开始，到1958.12研制海军卫星导航系统（NNSS），1959.9发射第一颗试验卫星，1964.01投入使用（6颗卫星、20多个地面跟踪站、用户接收机）。1973.12美国防部批准陆海空联合研制第二代卫星导航定位系统（GPS）计划。方案论证（1974-1977）、试验研制（1978-1988）、工程建设（1989-1994）、正式运营（1995-）。现代化计划（2000-）。第五章坐标测量2023/2/5一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(1)美国GPS——现代化计划（2000-）。作为现代化计划的当前成就，雷神公司的GPSⅢ操作控制系统OCX与洛克希德马丁公司GPSⅢ卫星的整合取得重大进展，成功地在GPSⅢ卫星模拟器与OCX组件之间交换了卫星指令和遥测数据。该整合将有利于OCX系统的开发测试，并能够降低在轨测试地面卫星接口时的风险。

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(1)美国GPS——现代化计划（2000-）。另外，美国军方也开始考虑GPSⅢ卫星未来的战略升级。根据空军关于新一代GPSⅢ卫星导航星座的新升级战略，可能从第9颗GPSⅢ卫星起，向该系列卫星集成抗干扰能力。前，洛克希德马丁公司航天系统分部正在按照计划建造首批四颗GPSⅢ卫星，首颗GPSⅢ卫星将在2014年发射。

第五章坐标测量2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(2)前苏联/俄罗斯GLONASS1982.10.12发射第一颗试验卫星，1995投入使用。

2012.02报道，GLONASS共有31颗卫星在轨，其中24颗正在运行，3颗即将投入运行，2颗处于维护中，1颗正在试验，1颗备用。至此，俄罗斯GLONASS卫星导航系统研发正式完成。

第五章坐标测量2023/2/5一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(3)中国CAMPASS（BeiDou）

1983提出设想，2000.10.31发射第一颗试验卫星，2012.05在轨组网卫星12颗。2012年10月25日第16颗卫星发射成功。2011.12.27开始，向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5BeiDou示意图

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(3)中国CAMPASS（BeiDou）

Beidou系统是中国独立自主研发的全球卫星定位定位系统。2012年10月25日第16颗北斗导航卫星顺利升空，标志着我国北斗卫星区域导航系统建设全面完成，形成覆盖亚太地区的服务能力。Beidou系统将于2020年建成北斗卫星全球导航系统，届时将有35颗在轨卫星。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5一、概述1GNSS的产生、发展和现状

(4)欧盟GALILEO——1999年初推出GALILEO计划，部署新一代定位卫星。该计划由27颗运行卫星和3颗预备卫星组成，覆盖全球，位置精度达数米，可与美国GPS兼容，总投资35亿欧元。2005.1228发射第一颗试验卫星。

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5一、概述

1GNSS的产生、发展和现状

（5）小结：GNSS的代表系统①美国的GPS：当前健康运营②俄罗斯的GLONASS：当前比较健康运营③中国的Beidou：当前覆盖亚太区域，计划2020年覆盖全球。④*欧盟的Galileo：还没有全面实施第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS一、概述2GNSS的特点

全球、全天候、高精度、自动化、高效益、三维实时导航（定位、测速、授时）3GNSS的组成（1）空间星座部分（2）地面监控部分（3）用户接收部分第五章坐标测量2023/2/5空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载表信号提供其它辅助信息地面监控部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分：接收卫星信号记录处理数据提供导航定位信息2023/2/5GNSS主要特征比较系统特征GPSGLONASSBeidouGALILEO载波频率GHz1.231.581.611.251561.098MHz(B1)1589.742MHz(B1-2)1207.14MHz(B2)1268.52MHz(B3)卫星高度km20200191002150023616卫星数（设计）21+321+327+3+527+3卫星周期h11:5811:1514:04卫星钟稳定度10-1310-1110-1210-13第五章坐标测量2023/2/5一、概述

3GNSS的组成

（1）空间星座部分

卫星功能：

①接收、存储和处理地面监控站的控制指令和导航电文等信息

②与原子钟同步生成测距码和载波，将测距码和导航电文调制在载波上，向接收机用户发送GPS信号。第三节卫星定位技术——GNSS第五章坐标测量2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS第五章坐标测量一、概述

3GNSS的组成

（1）空间星座部分GNSS信号:2023/2/5

GPS卫星信号结构基准频率（原子钟）10.23MHZ

L11575.42MHZ

C/A码

1.023MHZP•码

10.23MHZL21227.60MHZP•码10.23MHZ1015412050比特/S卫星信息电文(D码)每颗卫星都发射一系列无线电信号(基准频率ƒ)2种载波(L1和L2)；2种码信号(C/A码和P码)1组导航电文(信息码，D码)2023/2/5L1载波相位观测值——154f0(154倍频)二进制相位调制技术L2载波相位观测值——120f0(120倍频)调制在L1上的C/A-code伪距——粗码，精度低。可快速捕获卫星。每颗卫星发射的C/A码不同，利用卫星编号PRN区分。调制在L2上的P-code伪距——精码，测距精度0.3m导航电文(信息码，D码)——广播星历、卫星钟差改正、电离层延迟改正2023/2/5

对卫星进行测距接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPj

riRjRj=ri+Pij观测量及已知数据如下：r—已知的卫地矢量P—观测量(伪距)R—未知的测站点位矢量第五章坐标测量2023/2/5距离观测值的计算接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号，确定传播时间t传播时间乘以光速就得到距离观测值=C•t卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号tt第五章坐标测量2023/2/5采用载波相位观测值卫星传播的电磁波信号：信号量测精度优于波长的1/100载波波长(L1=19cm,L2=24cm)比C/A码波长(C/A=293m)短得多所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的测距精度L1载波L2载波C/A码P-码

p=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m第五章坐标测量2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS第五章坐标测量一、概述

3GNSS的组成

（1）空间星座部分（2）地面监控部分2023/2/5（2）地面监控部分一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)

迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)

卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiego

GarciakwajaleinColoradosprings第五章坐标测量2023/2/5（2）地面监控部分第五章坐标测量2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS第五章坐标测量一、概述

3GNSS的组成

（1）空间星座部分（2）地面监控部分（3）用户接收部分——GNSS接收机

测量型、双频、多通道、多系统2023/2/5（3）用户接收部分测量型GPS接收机天线前置放大器电源部分射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制第五章坐标测量2023/2/5GNSS用户设备分类(1)测量型GNSS接收机(2)导航型GNSS接收机(3)授时型GNSS接收机2023/2/5第五章坐标测量2023/2/5第五章坐标测量2023/2/5测量型GNSS接收机南方灵锐S82T静态（快速静态）平面精度3mm+1ppm静态（快速静态）高程精度5mm+1ppmRTK平面精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm单机定位精度1.5m220通道，L1，L2载波…GPS/GLONASS双系统

2023/2/5测量型GNSS接收机南方灵锐S82C静态（快速静态）水平精度2.5mm+1ppm静态（快速静态）高程精度5mm+1ppmRTK水平精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm单机定位精度1.5m28-54通道，L1，L2载波…GPS/Beidou/GLONASS/预留Galileo多系统2023/2/5测量型GNSS接收机作业中的流动站流动站操作手簿作业中的基准站2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统

坐标系统：WGS84世界大地坐标系

第三节卫星定位技术——GNSS第五章坐标测量2023/2/5赤道首子午线ZXY地球质心IERSIRMIERS

IRP参考椭球面第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统——坐标系统：WGS84世界大地坐标系

2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统

GPS时间系统是以国际原子时ATI的秒长为基准，时间原点定义在1980.0106协调世界时UTC的00点，连续不跳秒。

GPS时与UTC时的整秒差及其不足秒的差异由国际时间服务机构定期发布。卫星星历中的卫星钟差信息是相对于GPS时间系统的。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统——坐标系统：用户坐标系大地坐标系——我国常用大地坐标系

1954年北京坐标系（参心系）我国的54坐标系实际上是属于苏联1942年大地坐标系，其坐标原点不在北京，而是在苏联普尔科沃。对我国东部地区的大地水准面差距（或高程异常）达+68米，对距离的影响约为1/10万，对东部地区测绘大比例尺地形图产生一定影响。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统——坐标系统：用户坐标系大地坐标系——我国常用大地坐标系1980国家大地坐标系（局部参心系，地球质心系）20世纪70年代末，将大地原点选在陕西泾阳县永乐镇北洪流村，椭球面与我国境内的大地准面密合最佳。全国范围内大地水准面差距（或高程异常）约在±20米内。它对距离的影响小于1/30万，对较大的比例尺测图来说不产生影响。是目前仍在使用的坐标系。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统——坐标系统：用户坐标系大地坐标系——我国常用大地坐标系

——CGCS2000坐标系（中国2000大地坐标系，地球质心系）第一层次：连续运行参考站，28个点，构成CGCS2000基本骨架，精度mm级，速度为1mm/y。第二层次：空间大地网，包括全国GPS一、二级网、GPSA、B级网、地壳运动观测网，共约2500多点，简称“2000国家GPS大地控制网”。精度为cm级，速度精度为2-3cm/y。第三层次：天文大地网，约5万个点。其大地经纬度精度：0.3m，大地高误差优于0.5m。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5椭球名称长半轴a（m）短半轴b（m）扁率α计算年代/国家备注贝塞尔637739763560791:299.1521841/德国

海福特637838863569121:297.01910/美国1942年国际第1个推荐值克拉索夫斯基637824563568631:298.31940/苏联1954北京坐标系采用1975国际椭球637814063567551:298.2571975/国际第3个推荐值1980西安坐标系采用WGS-84637813763567521:298.2571979/国际第4个推荐值美国GPS采用2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统

不同坐标系的坐标可以相互转换，前提是在一定的空间区域内有一定数量的公共点。使用GNSS技术，就需要将GNSS坐标系的测量成果转换为用户坐标系。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐标系统和时间系统

GPS时间系统是以国际原子时ATI的秒长为基准，时间原点定义在1980.0106协调世界时UTC的00点，连续不跳秒。

GPS时与UTC时的整秒差及其不足秒的差异由国际时间服务机构定期发布。卫星星历中的卫星钟差信息是相对于GPS时间系统的。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

2单点定位（绝对定位）——空间距离后方交会

卫星相当于轨道上运动的控制点，(xs,ys,zs)已知，观测值是星站距离ρ（测站至卫星的伪距，没考虑接收机钟差）

由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差t，所以要求同步观测最少4颗卫星，解算四个未知参数：测站坐标(x,y,z)和接收机钟差t。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

2单点定位（绝对定位）——空间距离后方交会第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5同步观测卫星数少于4个，无解；同步观测卫星数等于4个，有解，但不可靠；同步观测卫星数多于4个，有多余观测，有解可靠。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2单点定位（绝对定位）——空间距离后方交会2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

3GNSS定位的主要误差

（1）与卫星有关的误差

卫星星历误差；卫星钟误差

（2）与信号传播有关的误差

电离层延迟误差；对流层延迟误差；多路径效应

（3）与接收机及其安置有关的误差

接收机天线相位中心偏离；对中误差；量取天线高的误差。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5三、GNSS相对定位

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5三、GNSS相对定位

1静态相对定位——2台以上的接收机，同步观测。

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5三、GNSS相对定位

1静态相对定位——2台以上的接收机，同步观测。

——2台同步观测，可解算1条基线向量；

——3台同步观测，可解算3条基线向量，构成1个三角形（同步环）；

——4台同步观测，可解算6条基线向量，构成3个独立的三角形（同步环）。第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS表5-6S82T接收机静态相对测量操作工作程序操作步骤开、关机按住ON/OFF响1声=开机。按住ON/OFF响3声=关机切换动态/静态/蓝牙初始化开机，刚开机的主机需要等一段时间，使接收机完成初始化过程，再进行操作。切换动态：长按ON/OFF，响3声，再响1声，松开ON/OFF，再开机=动态。切换静态：长按ON/OFF，响3声，再响2声，松开ON/OFF，再开机=静态。注：若基准站无法使用。用移动站作基准站的方法，开机长按ON/OFF响7声后（此时为关机状态）再开机，即可把移动站调为基准站（此时不加小天线）。2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS表5-6S82T接收机静态相对测量操作（续1）工作程序操作步骤静态观测①切换为静态，关机。②安置仪器=对中、整平，量取天线高，开机。③在记录表中记录点名、开机时间、天线高。④到计划关机时间，关机。⑤在记录表中记录关机时间。⑥传输数据和数据处理。数据传输传输数据前，需确定电脑是否安装USB驱动，可在南方Gps数据处理软件里找9600USB、9800USB驱动程序并安装，之后才可进行数据传输。①连接传输线，一端接收机（9针口），另一端计算机（COM口或USB口）。②打开接收机。③启动传输软件（如南方Gps数据处理软件），工具→南方接收机数据下载→连接→在U盘中复制观测数据至工作文件夹。2023/2/5第三节卫星定位技术——GNSS表5-6S82T接收机静态相对测量操作（续2）工作程序操作步骤数据处理①启动数据处理软件（如南方

Gps数据处理软件）。②新建工程→数据输入→增加观测数据文件→（修改）量取的天线高→（选择）量取方式→天线斜高。③……2023/2/5三、GNSS相对定位

2单基站实时动态定位(单基站RTK)

单用户或多用户

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS2023/2/5三、GNSS相对定位

2单基站实时动态定位(单基站RTK)

单用户或多用户

第五章坐标测量第三节卫星定位技术——GNSS基站2023/2/5移动站

基准站

GNSS单基站RTK作业中的移动站

2023/2/5表5-8S82T接收机RTK测量操作工作程序操作步骤基准站设置①将接收机切换为基准站，关机。②安置基准站：对中、整平、量取天线高，在记录表中记录天线高。③多功能线连接电源、电台、接收机。④调节电台频道。⑤基准站开机。移动站设置①连接接收机与对中杆，量