工程测量课件：GNSS测量原理与方法

GNSS测

量原

理与方法

GNSS测量原理与方法GNSS测量原理与方法了解GNSS1认识GNSS接收机及其使用2实施GNSS控制测量3GNSS碎部测量4目录CONTENTGNSS放样测量56.1了解GNSSGNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）泛指全球导航卫星系统，从本质上讲，GNSS是一个全球性位置与时间的测定系统，包括诸多卫星星座、接收机与监测系统。也就是说它是由多个卫星导航定位及其增强型系统所拼凑组成的大系统。从功能上讲，GNSS是以人造卫星作为“航向标”的无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类载体提供全天候、高精度的位置、速度和时间信息(Positioning,NavigationandTiming,PNT)，它又称为天基定位、导航和授时系统。6.1.1GNSS定位原理与组成GNSS技术利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率（这些频率加载了某些特殊定位信息的无线电信号）来实现对空间点位的定位测量。GNSS一般都包含三个组成部分，空间运行的卫星星座、地面控制台、用户部分。卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息，即“定位”。（1）GNSS定位原理为实现三维坐标的定位，测定地面某点P在坐标系中的三维坐标，需要获取三个卫星至测站（P点）的距离。卫星到测站之间的距离，可以通过卫星发射的测距码获得，常称之为伪距观测量；也可以通过加载测距码和导航信息的载波的相位数测量获得，常称之为载波相位观测量。（2）GNSS的组成GNSS系统由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。6.1.2GNSS定位基本方法根据待定点位的运动状态，GNSS定位方法可分为静态定位和动态定位；根据定位模式的不同，可分为绝对定位、相对定位和差分定位。6.1.2GNSS定位基本方法1．静态定位和动态定位（1）静态定位静态定位是待定点相对于周围固定点无相对运动的定位方法，认为GNSS接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。通过大量的重复观测，高精度测定卫星信号的传播时间，根据已知卫星的瞬间位置，确定接收机的三维坐标。静态定位多余观测量大、可靠性强、定位精度高，是测量工程中精密定位的基本方法。（2）动态定位在进行GNSS定位时，动态定位认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是变化的。动态定位是待定点相对于周围固定点显著运动（相对于地球运动）的定位方法，例如以车辆、舰船、飞机和航天器等为载体，实时测定GNSS信号接收机的瞬间位置。动态定位发展速度最快，应用较广。6.1.2GNSS定位基本方法2．绝对定位和相对定位（1）绝对定位绝对定位也称为单点定位，即在一个待定点上，使用一台接收机独立跟踪系统卫星，测定待定点（天线）的绝对坐标。绝对定位的优点是作业方式简单，可以实现单机作业。绝对定位采用伪距观测量，一般用于导航和精度要求不高的应用，如船舶、飞机、勘探、海洋作业等概略导航定位。（2）相对定位相对定位也称为差分定位，采用两台或两台以上的接收机，同步跟踪相同的卫星信号，确定接收机天线间的相对位置（三维坐标或基线向量）。相对定位一般采用载波相位测量，相对精度达±5毫米，一般在大地测量、精密工程测量等领域具有广泛应用。6.1.2GNSS定位基本方法3.实时动态差分定位实时动态差分（Real-TimeKinematic，RTK）定位是在已知坐标点或任意未知点上安置1台GNSS接收机（称为基准站），利用已知坐标和卫星星历计算出观测值的校正值，并通过无线电通讯设备（称数据链）将校正值发送给运动中的GNSS接收机（称为移动站），移动站应用接收到的校正值对自身的观测值进行改正，以消除卫星钟差、接收机钟差、大气电离层和对流层折射误差的影响。实时动态差分定位需要使用带实时动态差分功能的RTK接收机才能够进行，动态差分实时定位方法主要有三种：（1）位置差分（2）伪距差分（3）载波相位实时动态差分6.2 认识GNSS接收机及其使用GNSS接收机基准站和移动站两大部分组成。以南方内置电台模式GPS接收机为例，其构造如图所示。其中，基准站GNSS接收机包括GNSS接收机主机、三脚架、基座、天线、UHF发射天线、量高尺和测高片等各个部件；移动站GNSS接收机包括GNSS接收机主机、对中杆、UHF接收天线、手薄等各个部件。6.3 实施GNSS控制测量1仪器架设GNSS控制点测量前，需各组同时到达各自相应的测量控制点，架设仪器，对中，整平。2量取仪器高仪器高用卷尺量测标志点到仪器测量基准件的上边处，共量测三次，取3次测量的平均值作为最终值，并记录在手簿上测量基准件6.3 实施GNSS控制测量3记录点名、仪器号、仪器高以及开始观测时间。4观测按照规程要求，GNSS控制测量时，各测站应满足下列要求：观测模式设为静态观测，卫星截止高度角≥15°，有效观测卫星颗数≥4，观测时段长度≥60min，时段数≥1，数据采集间隔20s，天线安置对中误差≤1mm，两次丈量天线高之差≤3mm，PDOP≤8，任一卫星有效观测时间≥15min。

6.3 实施GNSS控制测量5观测结束后，记录关机时间。6技术要求①天线高量取读数精度至1mm。②观测前后两次天线高，并且两次量取结果之差不超过3mm。③GNSS接收机连续同步采集时段长度不少于45分钟。7注意事项①网形布设时应注意保证全网的连通性，且网内控制点间至少留一个通视方向。②静态观测过程中，如发现仪器未严格对中，也不准重新调仪器，观测中不准重新开机，开机关机听从调配。③接收机周围不使用干扰卫星信号的通讯设备，以减弱误差，接收机周围应当视野开阔，削弱多路径误差。观测结束后，应及时将数据转存至计算机上并备份。④每组静态观测之前要求保持仪器电量充足，并熟悉静态观测的操作。⑤充分利用符合要求的旧有控制点。

6.4 GNSS碎部测量1新建项目点击“项目”，再点击“项目信息”新建项目，建完单击“确定”。2坐标系设置以新建西安80坐标系为例，新建工程文件后，点击“项目信息”，在“系统”里面，进行自定义坐标系

6.4 GNSS碎部测量3设备连接手簿开机后，在Hi-Survey中，点击“设备”，进入蓝牙连接GPS主机界面，连接GPS主机。4移动站设置主要进行数据链设置，点击“移动站”，设置“数据链”

6.4 GNSS碎部测量5求转换参数（1）采集已知控制点WGS84坐标（2）添加控制点对应已知坐标（3）求转换参数

6.4 GNSS碎部测量6碎部点测量采集碎部点坐标对中整平之后，显示固定解，即可测量

6.4 GNSS碎部测量7碎部点数据的浏览、编辑和导出（1）碎部点数据的浏览所采集的碎部点坐标可以到“项目”→“坐标数据”中查询；“坐标数据”中的“坐标点”坐标只能查看和显示，以及编辑坐标点的“描述”，不允许“添加”或“删除”。（2）数据的导出点击“项目”→“数据交换”→选择导出的格式和导出文件名，导出数据时注意选择格式，南方数据格式选择“*.dat”。

6.5 GNSS放样测量1新建项目点击“项目”，再点击“项目信息”新建项目，建完单击“确定”项目名：测区+日期+测量员6.5 GNSS放样测量2坐标系设置（1）新建国家2000坐标系新建工程文件后，点击“项目设置”，在“系统”里面，进行自定义坐标系6.5 GNSS放样测量（2）新建西安80坐标系新建工程文件后，点击“项目信息”，在“系统”里面，进行自定义坐标系6.5 GNSS放样测量（3）选择已有坐标系如果之前已经建立坐标系，则可以直接先择已有坐标系6.5 GNSS放样测量3设备连接手簿开机后，在Hi-Survey中，点击“设备”，进入蓝牙连接GPS主机界面6.5 GNSS放样测量4移动站设置主要进行数据链设置，点击“移动站”，设置“数据链”6.5 GNSS放样测量5求转换参数（1）采集已知控制点WGS84坐标点击测量→碎部测量→对中整平（固定解）→点击屏幕上的平滑采集，之后修改点名目标高，保存。保存时注意一定要修改模标高（天线高）6.5 GNSS放样测量5求转换参数（2）添加控制点对应已知坐标点击“坐标数据”添加两个控制点对应的已知坐标6.5 GNSS放样测量5求转换参数（3）求转换参数点击“项目”→“参数计算”，“计算类型”选择“四参数+高程拟合”→“添加”6.5 GNSS放样测量5求转换参数（4）转换参数精度检验点击测量→碎部测量→对中整平（固定解）—点击屏幕上的或者键盘上的，实测某一控制点或者坐标核对一下所采集的坐标是否符合要求（和已知点对比）6.5 GNSS放样测量6界址点坐标导入及放样（1）界址点数据的导入首先将手簿与电脑连接，之后将电脑上需要放样的坐标点数据文件复制到手簿“/可移动磁盘/