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1、GPS水准,1. 高程系统,GPS水准 高程系统,地球表面、参考椭球面与大地水准面,GPS水准 高程系统 地球表面、参考椭球面与大地水准面,大地高,定义 是以参考椭球面为基准面的高程系统。 某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离，也称为椭球高 用H表示。 大地高是一个纯几何量，与参考椭球有关。 测量方法 大地高可以通过将笛卡尔坐标（ ）转换为大地坐标（ ）得出 采用GPS测量的方法可以直接确定出点在地心地固坐标系下的三维坐标,GPS水准 高程系统 大地高,正高,定义 是以地球不规则的大地水准面（geoid）为基准面的高程系统。 某点的正高是基准面（大地水准面）到
2、该点的距离，量测沿它们之间每个等位面的垂线进行。 用符号 表示。 测量方法,GPS水准 高程系统 正高,正常高,定义 正常高系统是以似大地水准面（quasi-geoid）为基准的高程系统。 某点的正常高是该点到通过该点的正常重力线与似大地水准面的交点之间的距离。 用符号 表示。 测量方法 如果在正高定义式中，用正常重力 代替无法精密求定的 值，即为正常高的定义式,GPS水准 高程系统 正常高,各高程系统间的关系,GPS水准 高程系统 各高程系统间的关系,2. GPS水准,GPS水准 GPS水准,GPS水准概述,定义 采用GPS测量的手段，测定正高（正常高）。 原理 关键 获得各点的大地高（GP
3、S方法） 获得各点的大地水准面差距N（高程异常）,GPS水准 GPS水准 GPS水准概述,GPS水准概述,大地水准面差距的确定方法 天文大地法 地球重力场的重力位模型 在诸如Stokes积分的技术中使用地面重力数据 几何或内插方法,GPS水准 GPS水准 GPS水准概述,天文大地法,方法 直接与局部大地网相联系，因为一方面所需数据（垂线偏差）为天文坐标，而另一方面为相同点的大地坐标。大地水准面差距的剖面是在这些天文大地点间计算的。 特点 所获得的大地水准面差距的信息是相对于局部椭球的 基本数据为垂线偏差 仅适合于具有天文坐标的区域 精度差,GPS水准 GPS水准 天文大地法,重力位模型法,方法
4、 特点 所得到的大地水准面差距信息相对于地心椭球，所带参数针对特定模型（现代球谐模型的椭球大小和扁率采用了WGS84参数） 基本数据位模型的球谐或重力位系数 适用性广，可在陆地、海洋和近地轨道 精度与重力位模型有关,GPS水准 GPS水准 重力位模型法,重力测量（Stokes积分）方法,方法 特点 所得到的大地水准面差距信息是相对于地心椭球的 基本数据是计算点附近的地面重力观测值 仅适用于具有良好局部重力覆盖的区域 精度与重力数据密度、分布、质量等有关,GPS水准 GPS水准 重力测量（Stokes积分）方法,高程拟合,原理,GPS水准 GPS水准 高程拟合,高程拟合,影响拟合精度的因素 拟合
5、区域内的大地水准面起伏 山区的起伏大于平原地区 水准点的数量与分布 数量多、分布均匀、包围拟合区域则有利于拟合 大地高、正常高的精度 拟合的方法,GPS水准 GPS水准 高程拟合,结合物理大地测量手段确定点的正常高,确定高程异常的物理大地测量方法 纯物理大地测量确定高程异常的缺点 优点：若进行重力加密测量，可较好地获取似大地水准面的起伏 缺点：所确定出的高程异常值的准确度低,扰动位,正常重力 （由公式计算）,高程异常,正常重力位 （由公式计算）,实际引力位 （由重力场模型计算）,GPS水准 GPS水准 结合物理大地测量手段确定点的正常高,结合物理大地测量手段确定点的正常高,结合物理大地测量手段
6、确定点的正常高的步骤 第一步：采用物理大地测量手段确定出所有点的高程异常 （这里所确定出的高程异常准确度不高） 第二步：利用水准测量资料，确定出部分点的高程异常 （这里所确定出的高程异常准确度高），并将这些值分别与“第一步”所获得的对应值相减，得到这些点上两种不同方法所获高程异常的差值 第三步：利用“第二步”所获得的差值进行拟合（插值），推求其它点上的差值 ，并利用这些差值计算出这些点上的正常高,GPS水准 GPS水准 结合物理大地测量手段确定点的正常高,提高GPS水准质量的方法,将项目区域保持在控制点20 km半径的范围内 在VDOP小于5.0时进行观测 使用固定的三角架 使用双频接收机 使
7、用相同的带底盘的大地型天线 对每个点在不同的卫星星座下、在不同天里至少设站观测两次 采用15的截止高度角 使用精密星历（Precise Ephemeris）处理GPS数据 对于长于10 km的基线，仅使用无电离层影响的基线固定解 使用相对的大地水准面差距,GPS水准 GPS水准 提高GPS水准质量的方法,第7讲 GPS应用的最新进展,1. GPS现代化,GPS应用的最新进展 GPS现代化,背景,国际局势的变化，世界进入后冷战时代 GPS产业为美国带来大量的经济利益 克服美国限制措施的技术日益完善成熟 其它卫星导航定位系统的竞争,GPS应用的最新进展 GPS现代化 背景,内容,L2上增加C/A码
8、 增加第三民用频率L5 增加军队专用码M1，M2 提高PPS信号质量 局部SA,GPS现代化计划中所采用的Block IIF,GPS应用的最新进展 GPS现代化 内容,2. 连续运行的卫星导航服务系统,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统,美国的CORS,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 美国的CORS,加拿大主动式控制系统,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 加拿大主动式控制系统,德国的卫星定位与导航服务计划(SAPOS),目的是把当前德国各部门的差分GPS计划协调统一起来，建立一个长期运行的、覆盖全国的多功能差分GPS定位导航服务体系，作为国家的空
9、间数据基础设施。 由200个左右永久性GPS跟踪站组成，构成了德国国家动态大地测量框架。代表了当今国家级大地测量系统的新概念。 按精度、时间响应和目的分成了实时定位服务（EPS），高精度实时定位服务（HEPS），精密大地定位服务（GPPS），高精度大地定位服务（GHPS）四个级别。,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 德国的 SAPOS,日本的GPS连续应变监测系统(COSMOS),由一个格网式的GPS永久站阵列构成，是日本国家的重要基础设施，系统提供GPS数据作为定位服务，具有实时动态定位（RTK）能力，目的是完全取代传统的包括GPS静态网的控制网测量和建立模式。 主要任务：
10、建成超高精度的地壳运动监测网络系统 建成国家范围内的现代“电子大地控制网点” 主要应用： 地震监测和预报 控制测量、测图和地理信息系统更新 建筑、工程控制和监测 气象监测和天气预报,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 日本的 COSMOS,中国分布式WADGPS（方案）,方案 5-6个跟踪站，1-2个主控站 7-9个地区差分基准站和差分信息播发站,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 中国分布式WADGPS（方案）,深圳市连续运行卫星定位导航服务系统,市话网,市话网,市话网,市话网,市话网,市电信局,监控分析中心,卫星定位信号发射台,FM电台,基准站1,基准站2,基准
11、站3,基准站4,基准站5,进入移动 电话系统,用户,用户,全向天线,定向天线,Modem,GPS应用的最新进展 连续运行的卫星导航服务系统 深圳市连续运行卫星定位导航服务系统,高精度变形和形变监测,GPS应用的最新进展 高精度变形和形变监测,大桥安全监测,GPS应用的最新进展 高精度变形和形变监测 大桥安全监测,大型水利设施的安全监测,GPS应用的最新进展 高精度变形和形变监测 大型水利设施的安全监测,其它,高层建筑的安全监测 滑坡监测 地面沉降监测,GPS应用的最新进展 高精度变形和形变监测 其它,Indoor GPS,GPS应用的最新进展 Indoor GPS,采用数字信号技术,GPS应用
12、的最新进展 Indoor GPS 采用数字信号技术,伪卫星技术,GPS应用的最新进展 Indoor GPS 伪卫星技术,GPS在精准农业中的应用,GPS应用的最新进展 GPS在精准农业中的应用,GPS与精准农业,GPS应用的最新进展 GPS在精准农业中的应用 GPS与精准农业,GPS在其它一些方法的进展,GPS应用的最新进展 GPS在其它一些方法的进展,GPS用于航空航天器轨道的确定,GPS应用的最新进展 GPS在其它一些方法的进展 GPS用于航空航天器轨道的确定,对地球大气进行探测,地基GPS大气探测,GPS掩星（空基GPS探测）,GPS应用的最新进展 GPS在其它一些方法的进展 对地球大气进行探测,