GPS数据采集与处理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3S,？,3S,GIS：地理信息系统,RS：遥感,GPS：全球定位系统,1,第九章,GPS,数据采集与处理,2,GPS概述,1,GPS定位方法,2,GPS数据及其处理,3,GPS静态测量的实施,4,GPS,数据采集与处理,GPS基线向量网与高程平差,5,RTK技术及其应用,6,3,第壹节 GPS概述,GPS,是全球,定位,系统,(Global Position,Systerm,),的简称,4,GPS相對經典测量技术特點,观测站點之间無需通视,定位精度高,观测時间短,提供三维坐標,操作简便,全天候作业：白天黑夜,5,例如：GPS用于大地测量,6,7,壹、GPS的构成,GPS由三個独立的部分构成,How手机？,GPS,空间星座部分,地面监控系统,顾客设备部分,8,壹、GPS的构成,空间部分,24颗GPS卫星构成,顾客部分,GPS接受机,控制部分,1個主控站,3個注入站,5個监控站,注入站,监控站,主控站,9,（壹）GPS空间星座部分,它由24颗卫星构成，其中包括3颗可随時启用的备用卫星。,分布在6個轨道面上，每個轨道面上布放4颗卫星。,這种配置保障了在地球上任意地點，任意時刻，至少同步可見到4颗卫星。,10,（壹）GPS空间星座部分,GPS卫星图片,11,（壹）GPS空间星座部分,接受、储存和处理地面监控系统发射来的导航電文及其他有关信息；,向顾客持续不停地发送导航与定位信息，并提供時间原则、卫星自身的空间实時位置及其他在轨卫星的概略位置；,接受并执行地面监控系统发送的控制指令，如调整卫星姿态和启用备用時钟、备用卫星等。,GPS卫星的重要功能：,12,（二）GPS地面监控系统,它由分布在全球的5個地面站构成，按其功能分為主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)三种。,13,（二）GPS地面监控系统,（1）主控站：1個，设在美国的科罗拉多的斯普林斯(Colorado Springs)的空軍基地。,主控站负责协调和管理所有地面监控系统的工作,14,（二）,GPS地面监控系统,（2）注入站（又称地面天线站）：3個，分别设在南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迪哥加西亚和南太平洋的卡瓦加兰。,未来自主控站的卫星星历、钟差、导航電文和其他控制指令注入到對应卫星的存储系统，并监测注入信息的對的性。,15,（二）GPS地面监控系统,（3）监测站：共5個，除上述4個地面站具有监测站功能外，還在夏威夷(Hawaii)设有壹种监测站。,高度自動化：GPS地面监控系统除主控站外均由计算机自動控制，而勿需人工操作。,16,（三）GPS顾客设备部分,GPS顾客设备部分，包括GPS接受机硬件、数据处理软件和微处理机及其终端设备。,跟踪、接受、放大、处理卫星信号，测量出信号從卫星到天线的传播時间。,解译导航電文，实時解算测站三维位置。,17,GPS的构成,注入站,空间星座部分：,提供星历和時间信息,发射伪距和载波信号,提供其他辅助信息,地面控制部分：,中心控制系统,实現時间同步,跟踪卫星進行定轨,顾客部分：,接受卫星信号,记录处理数据,提供导航定位信息,18,二、,GPS的信号,GPS,卫星发射两种频率的载波信号：,L1,载波,、,L2,载波,。,在L1和L2上又分别调制著多种信号，這些信号重要有：C/A码（粗捕捉码）、P码（精码）,它們的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分别為19.03cm和24.42cm。,19,三、GPS定位系统的坐標系统,任何测量都离不開壹种基准，都需要壹种特定的坐標系统。,GPS是全球性的定位导航系统，因此它采用国际协议确定的协议地球坐標系（CTS），即WGS-84世界大地坐標系。,20,四、GPS的服务,GPS服务,SPS服务,PPS服务,原则定位服务：面向全世界民用顾客,精密定位服务：面向美国及其盟国的軍事部门以及民用特許顾客,Back,21,第二节 GPS定位措施,22,壹、GPS定位措施的分类,(壹)根据定位所采用的观测值,伪距法+载波定位法,(二)根据定位的模式,绝對定位+相對定位,(三)根据获取定位成果的時间,实時定位+非实時定位,(四)根据定位時接受机的状态,静态定位+動态定位,23,壹、GPS定位措施的分类,(壹)根据定位所采用的观测值,伪距法,载波定位法,GPS伪距观测值,GPS载波相位观测值，即L,1,、L,2,或其线性组合,24,壹、GPS定位措施的分类,(二)根据定位的,模式,绝對定位(單點定位),相對定位(差分定位),是运用 GPS 独立确定顾客接受机天线(观测站)在 WGS-84 坐標系中的绝對位置(單机),在 WGS-84 坐標系中确定收机天线(观测站)与某壹地面参照點之间的相對位置，或两观测站之间相對位置(多机),25,壹、GPS定位措施的分类,(二)根据定位的模式,绝對定位(單點定位),相對定位(差分定位),26,壹、GPS定位措施的分类,(三)根据获取定位成果的時间,实時定位,非实時定位,根据接受机观测到的数据，实時地解算出接受机天线所在的位置,通過對接受机接受到的数据進行处理後進行定位,27,壹、GPS定位措施的分类,(四)根据定位時接受机的状态,静态定位,動态定位,GPS接受机在整個观测進程中的位置固定不動,GPS接受机在整個观测進程中的位置是变化的,28,GPS定位措施,根据定位所采用的观测值,伪距法,+,载波相位法,根据定位的模式,绝對定位+相對定位,根据获取定位成果的時间,实時定位+非实時定位,根据定位時接受机的状态,静态定位+動态定位,互相,結合,29,二、GPS测量措施,实時動态定位,静态(准動态)相對定位,事後处理動态定位,GPS定位,Back,内容略，有愛好的同學請自學。,30,第三节,GPS数据及其处理,31,壹、GPS基本定位原理,伪距测量定位,载波相位测量定位,GPS基本定位措施：,32,壹、GPS基本定位原理,(壹)伪距测量定位原理,伪距观测量：是通過测量卫星信号從发射時刻到接受机接受時刻的時延，然後乘以光速得到的距离观测量。,伪距定位观测方程式,坐標推算：观测4颗以上卫星列出4個以上方程式4個未知数,33,接受机對跟踪的每壹颗卫星進行测距,地心,S,i,P,i,j,P,j,r,i,R,j,R,j,=r,i,+P,i,j,有关各观测量及已知数据如下：,r 為已知的卫地矢量,P為观测量（伪距）,R為未知的测站點位矢量,對卫星進行测距,34,坐標推算,距离交會法,35,壹、GPS基本定位原理,(二),载波相位测量,定位原理,载波相位观测量：是接受机测量得到的卫星信号载波与测量時刻接受机产生的本振载波相位的差值。,通過测量载波的相位而求得接受机到GPS卫星的距离。,36,二、GPS数据,数据采集,数据传播,数据预处理,基线解算,GPS网平差,GPS数据处理基本流程,37,二、GPS数据,(壹)GPS测量的误差源,卫星钟差：某時刻原子钟与GPS時之差（系统误差）,星历误差：卫星轨道误差（系统误差）,接受机钟差：某時刻石英钟与GPS時之差（系统误差）,多途径效应影响：多路反射波（系统误差）,電离层、對流层延迟：群折射途径延長（系统误差）,强電波干扰：广播发射台、强辐射源（系统性、随机性）,操作误差：對中、整平、量天线高（随机误差）,GPS 测量的误差源多数体現出系统性特點,38,二、GPS数据,(二)GPS测量误差消減對策,（1）系统误差對策,求差（單差、双差）法：,消除卫星与接受机的钟差,消減星历误差、電离层与對流层延迟,模型改正法：,卫星钟差改正模型、電离层改正模型、對流层改正模型,选點回避法：,遠离干扰源、反射源,（2）随机误差對策,精心操作：對中、整平、量天线高,多出观测：复测基线、多時段观测、延長观测時间,Back,39,第四节GPS静态测量的实行,GPS静态定位有著广泛的应用。,例如：大地测量、工程测量、,地籍测量,、变形监测、,40,壹、GPS静态定位测量特點,精度高,：,常规测量手段,选點灵活、费用低：不需通视,全天候：黑夜、刮風下雨,观测時间短：尤其是迅速静态定位,41,二、GPS布网措施,(壹)GPS基线向量网的等级,我国颁布的GPS测量规范：,六個级别：AA、A、B、C、D、E,AA、A级网可作為地心参照框架的基础；,AA、A、B壹般可作為国家空间大地测量控制网的基础；,C级网為地方控制网和工程网；,D级网為工程控制网；,E级网為测图网。,42,二、GPS布网措施,(二)G,PS,基线向量网的,布网形式,跟踪站式,會战式,單基准站式,多基准站式,同步图形扩展式,43,二、GPS布网措施,(二)G,PS,基线向量网的,布网形式,跟踪站式,若干GPS接受机固定，36524不间断观测,會战式,不太長時间内壹次集中多台GPS接受机，共同作业。,44,二、GPS布网措施,(二)G,PS,基线向量网的,布网形式,單基准站式,壹台接受机作為基准站持续观测,其他接受机在基准站观测期间在其周围流動，每到壹點就進行观测。,多基准站式,多台GPS接受机构成多种基准站，此外接受机在基准站周围進行同步观测。,流动站,基准站,45,二、GPS布网措施,(二)G,PS,基线向量网的,布网形式,同步图形扩展式,多台接受机在不壹样测站上進行同步观测，在完毕壹种時段的同步观测後，又迁移到其他的测站上進行同步观测，每次同步观测都可以形成壹种同步图形。,在测量過程中，不壹样的同步图形间壹般有若干個公共點相连，整個GPS网由這些同步图形构成。（下页图）,46,二、GPS布网措施,(二)G,PS,基线向量网的,布网形式,同步图形扩展式,點连式,（7個三角形）,边连式,（14個三角形）,混连式,（10個三角形）,47,三、GPS基线解算過程,原始观测数据的讀入：数据处理软件,外业输入数据的检查与修改,设定基线解算的控制参数,基线解算,基线质量的检查,平差,成果转化,Back,GPS基线解算：是运用GPS观测值，通過数据处理，得到测站的坐標或测站间的基线向量值。,48,第五节,GPS基线向量网与高程平差,49,壹、坐標系变换,50,二、,GPS基线向量网平差,(壹)网平差的分类,根据平差所進行的坐標空间：,三维平差、二维平差,根据平差時所采用的观测值和起算数据的数量和类型：,無约束平差、约束平差、联合平差,GPS网平差的类型有多种：,51,二、,GPS基线向量网平差,提取基线向量，构建GPS基线向量网,三维無约束平差,约束平差/联合平差,质量分析与控制,(二)网平差的過程,52,正常高系统：以似大地水准面為基准，Hr,Back,正高系统：以大地水准面為基准，Hg,大地高系统：以参照椭球面為基准，H,三、,GPS高程系统,GPS？,53,第六节GPS实時動态（RTK）技术及其应用,常规GPS的测量措施，如静态、迅速静态、動态测量，都需要事後進行解算才能获得cm级的精度，而RTK技术是可以在野外实時得到cm级定位精度的测量措施。,54,RTK是载波相位動态实時差分(Real-Time Kinematic)措施的缩写。,RTK是GPS应用的重大裏程碑，大大提高了外业测量的效率。,55,移動站,基准站,56,57,壹、RTK技术原理,基准站,流动站,电子手簿,GPS,接收机,发射,电台,GPS,接收机,58,RTK動画演示,GPS接受机,发射電台,GPS接受机,基准站,流動站,電子手簿,接受電台,59,59,壹、RTK技术原理,60,移動站,基准站,61,基准站,62,移動站,63,二、RTK技术,应用,多种控制测量,公路控制测量、水利工程控制测量、大地测量,地形测图,壹般地图（1人操作，無需通视）,工程放样,指导至放样點（1人操作）,航摄飞机导航,64,三、网络RTK,特點：相對老式RTK而言，网络RTK定位精度与距离的遠近無关。,应用：南方CORS(持续运行参照站),RTK能否共用壹种基准站？,65,南方CORS,基准站,移動站,66,南方CORS,网络CORS,多基站CORS,單基站CORS,CORS：,67,單基站CORS,68,多基站CORS,原理与單基站CORS壹致。,找寻并使用距移動站近来的那個基站。,69,网络CORS,70,网络CORS,CORS基站,CORS移動站,71,The End,Thanks！,72,