GPS测地应用(静态).ppt

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1、 GPS测地应用测地应用天宝企业集团天宝企业集团 2003.5 2003.5 武汉武汉武汉武汉GPS测地应用测地应用一、测量定位的基本概念一、测量定位的基本概念二、三项二、三项 基基 本本 测测 量工作量工作三、三、GPS 测测 地定地定 位位 原理原理四、四、GPS 测测 地地 作作 业模式业模式五、坐五、坐 标、高标、高 程程 转转 换换六、六、GPS 测测 量量 网网 施施 测测七、七、GPS 的的 局局 限限 性性1、地球与数字地球、地球与数字地球2、测量工作的实质、测量工作的实质3、点位的数学描述、点位的数学描述一、测量定位的基本概念一、测量定位的基本概念 1、地球与数字地球地球与数

2、字地球 地球自然体地球自然体电离层电离层 70km以上以上平流层平流层对流层对流层 岩石圈岩石圈 水水 圈圈 大气圈大气圈 生物圈生物圈地球自然体地球自然体地球自然体地球自然体 数字地球数字地球虚拟地球虚拟地球 二维地球二维地球：公元前公元前公元前公元前2727世纪苏美尔人的陶片地图世纪苏美尔人的陶片地图世纪苏美尔人的陶片地图世纪苏美尔人的陶片地图 中国西晋裴秀的禹贡地域图、地形方丈图中国西晋裴秀的禹贡地域图、地形方丈图中国西晋裴秀的禹贡地域图、地形方丈图中国西晋裴秀的禹贡地域图、地形方丈图 18 18世纪法国卡西尼父子完成的世纪法国卡西尼父子完成的世纪法国卡西尼父子完成的世纪法国卡西尼父子完

3、成的1 1：5600056000地形图地形图地形图地形图 三维地球三维地球：1909 1909年美国年美国年美国年美国W.W.赖特拍摄的第一张航空照片赖特拍摄的第一张航空照片赖特拍摄的第一张航空照片赖特拍摄的第一张航空照片 1930 1930年中国钱塘江首次航空摄影测量年中国钱塘江首次航空摄影测量年中国钱塘江首次航空摄影测量年中国钱塘江首次航空摄影测量 1957 1957年前苏联第一颗人造卫星上天年前苏联第一颗人造卫星上天年前苏联第一颗人造卫星上天年前苏联第一颗人造卫星上天 二十世纪二十世纪二十世纪二十世纪7070年代卫星遥感图象年代卫星遥感图象年代卫星遥感图象年代卫星遥感图象185185km

4、km 185km185km全球覆盖全球覆盖全球覆盖全球覆盖 数字地球数字地球虚拟地球虚拟地球 虚拟地球虚拟地球虚拟地球虚拟地球:19811981年美国阿尔年美国阿尔年美国阿尔年美国阿尔.戈尔提出戈尔提出戈尔提出戈尔提出“信息高速公路信息高速公路信息高速公路信息高速公路”概念概念概念概念 1993 1993年美国将年美国将年美国将年美国将“信息高速公路信息高速公路信息高速公路信息高速公路”定名为定名为定名为定名为“国家信息基础设国家信息基础设国家信息基础设国家信息基础设施施施施”1994 1994年美国提出年美国提出年美国提出年美国提出“全球信息基础设施全球信息基础设施全球信息基础设施全球信息基

5、础设施”1998 1998年可获得分辨率年可获得分辨率年可获得分辨率年可获得分辨率 1 1mm的卫星多波段遥感图象的卫星多波段遥感图象的卫星多波段遥感图象的卫星多波段遥感图象 计算计硬软件的发展、海量存储，计算计硬软件的发展、海量存储，计算计硬软件的发展、海量存储，计算计硬软件的发展、海量存储，InternetInternet网络，网络，网络，网络，WebWeb 地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（GISGIS），），），），GPSGPS、RSRS（遥感）遥感）遥感）遥感）3 3S S技术技术技术技术 空间数据框架、多维信息空间空间数据框架、多维信息空间空间数据框架、多维信

6、息空间空间数据框架、多维信息空间GISGIS与与与与WebWeb的结合的结合的结合的结合 中国数字地球：中国数字地球：中国数字地球：中国数字地球：空间数据框架：空间数据框架：空间数据框架：空间数据框架：1 1：100100万地形图，水系、道路、居民地等万地形图，水系、道路、居民地等万地形图，水系、道路、居民地等万地形图，水系、道路、居民地等1616个层面个层面个层面个层面 地理空间数据：大地测量控制、正射影像、地形高程、交地理空间数据：大地测量控制、正射影像、地形高程、交地理空间数据：大地测量控制、正射影像、地形高程、交地理空间数据：大地测量控制、正射影像、地形高程、交通水文境界地藉通水文境界

7、地藉通水文境界地藉通水文境界地藉 GPS是建立数字地球的采数工具是建立数字地球的采数工具2、测量工作的实质、测量工作的实质测量学测量学是是是是定位定位科学科学绝对绝对定位和定位和相对相对定位定位绝对定位直接获得绝对定位直接获得点位坐标点位坐标相对定位相对定位三要素三要素:距离、水平角度、高差距离、水平角度、高差点、线、面、体是三维空间的点、线、面、体是三维空间的几何要素几何要素点点位是描写位置与几何关系的位是描写位置与几何关系的基本几何要素基本几何要素 测量工作的成果是点的坐标测量工作的成果是点的坐标 3、空间点位的数学描述、空间点位的数学描述 平面投影基准平面投影基准参考椭球体参考椭球体参考

8、椭球体参考椭球体参考椭球体参考椭球体 地球自然体地球自然体地球自然体地球自然体 大地水准面大地水准面大地水准面大地水准面 旋转椭球体旋转椭球体旋转椭球体旋转椭球体参数参数参考椭球参考椭球参考椭球参考椭球 的的的的 形状形状形状形状 与与与与 大小大小大小大小：长半径长半径长半径长半径 a 偏偏偏偏 率率率率 f参考椭球与地球的相关性参考椭球与地球的相关性参考椭球与地球的相关性参考椭球与地球的相关性：定位：定位：定位：定位：X X、Y Y、Z Z 定向：定向：定向：定向：R RX X、R RY Y、R RZ Z 坐标与坐标系统坐标与坐标系统 地心地固（地心地固（ECEF）直角坐标系直角坐标系EC

9、EFECEF直角坐标系三轴：直角坐标系三轴：直角坐标系三轴：直角坐标系三轴：X、Y、Z点位描写点位描写点位描写点位描写：Xi、Yi、Zi赤道赤道赤道赤道格林威治子午线格林威治子午线格林威治子午线格林威治子午线大地坐标系大地坐标系大地坐标系大地坐标系：纬度纬度纬度纬度、经度经度经度经度、大地高大地高大地高大地高（椭球高）（椭球高）（椭球高）（椭球高）大地坐标系大地坐标系纬度纬度纬度纬度经度经度经度经度椭球高椭球高椭球高椭球高 带带区投影直角坐标系区投影直角坐标系带区投影直角坐标带区投影直角坐标带区投影直角坐标带区投影直角坐标：N Ni i 、E Ei i标准分带标准分带标准分带标准分带：有有有有

10、3 3 带、带、带、带、6 6 带之分，带之分，带之分，带之分，规定中央子午线经度规定中央子午线经度规定中央子午线经度规定中央子午线经度带区投影参数带区投影参数带区投影参数带区投影参数：中央子午线经度（带号）中央子午线经度（带号）中央子午线经度（带号）中央子午线经度（带号）中央子午线尺度比中央子午线尺度比中央子午线尺度比中央子午线尺度比 原点纬度原点纬度原点纬度原点纬度 原点北移值原点北移值原点北移值原点北移值 原点西移值原点西移值原点西移值原点西移值按投影参数的选定按投影参数的选定按投影参数的选定按投影参数的选定：有标准带区有标准带区有标准带区有标准带区 自定义带区自定义带区自定义带区自定义

11、带区N N E E 赤道赤道中央子午线中央子午线E Ei i I I N Ni iOO500 km墨卡托投影墨卡托投影墨卡托投影墨卡托投影 K=0.9996K=0.9996高斯投影高斯投影高斯投影高斯投影 K=1.0000K=1.0000 高斯投影与墨卡托投影高斯投影与墨卡托投影 地平坐标系（假定平面直角坐标系）地平坐标系（假定平面直角坐标系）点的地平坐标描述点的地平坐标描述 ：xi 、yi适用于地面假定平面直角坐标系适用于地面假定平面直角坐标系适用于地面假定平面直角坐标系适用于地面假定平面直角坐标系（建筑坐标系、工程坐标系）（建筑坐标系、工程坐标系）（建筑坐标系、工程坐标系）（建筑坐标系、工

12、程坐标系）O xy O 高程与高程系统高程与高程系统 大地水准面与似大地水准面大地水准面与似大地水准面高程投影基准高程投影基准高程投影基准高程投影基准 大大 地地 水水 准准 面面 不规则几何体不规则几何体不规则几何体不规则几何体 平平平平 均均均均 海海海海 水水水水 面面面面 重重重重 力力力力 等等等等 位位位位 面面面面 正正正正 高高高高 起起起起 算算算算 面面面面 似似大地水准面大地水准面 与与与与大地水准面接近大地水准面接近大地水准面接近大地水准面接近 正正正正 常常常常 高高高高 起起起起 算算算算 面面面面 我国采用正常高系我国采用正常高系我国采用正常高系我国采用正常高系

13、1956 1956黄海高程系统黄海高程系统黄海高程系统黄海高程系统 1985 1985国家高程基准国家高程基准国家高程基准国家高程基准大地水准面大地水准面大地水准面大地水准面地球自然体地球自然体地球自然体地球自然体 地面点的高程地面点的高程大地高大地高大地高大地高 （h h）地面点沿法线方向到参考椭球的间距地面点沿法线方向到参考椭球的间距地面点沿法线方向到参考椭球的间距地面点沿法线方向到参考椭球的间距正正正正 高高高高 （HH）地面点沿重力方向到大地水准面的间距地面点沿重力方向到大地水准面的间距地面点沿重力方向到大地水准面的间距地面点沿重力方向到大地水准面的间距正常高正常高正常高正常高 （HH

14、）地面点沿重力方向到似大地水准面的间距地面点沿重力方向到似大地水准面的间距地面点沿重力方向到似大地水准面的间距地面点沿重力方向到似大地水准面的间距地面地面地面地面大地水准面大地水准面大地水准面大地水准面参考椭球面参考椭球面参考椭球面参考椭球面 二、三项基本测量工作二、三项基本测量工作1、常规测量之一（光、机式）、常规测量之一（光、机式）2、常规测量之二（光、机、电式）、常规测量之二（光、机、电式）3、GPS测量（电子式）测量（电子式）4 4、GPS 技术使测地工作发生重大变革技术使测地工作发生重大变革 二、二、三项基本测量工作三项基本测量工作1 1、常规测量之一（光、机式）、常规测量之一（光、

15、机式）、常规测量之一（光、机式）、常规测量之一（光、机式）长度长度长度长度距距距距 离离离离 丈丈丈丈 量量量量钢尺钢尺钢尺钢尺（机械比长）（机械比长）（机械比长）（机械比长）角度角度角度角度水平角测量水平角测量水平角测量水平角测量经纬仪经纬仪经纬仪经纬仪（光学）（光学）（光学）（光学）高差高差高差高差水水水水 准准准准 测测测测 量量量量水准仪水准仪水准仪水准仪（光学）（光学）（光学）（光学）记录记录记录记录手手手手 工工工工 方方方方 式式式式记录手簿记录手簿记录手簿记录手簿2 2、常规测量之二（光、机、电式）、常规测量之二（光、机、电式）、常规测量之二（光、机、电式）、常规测量之二（光、

16、机、电式）电子全站仪电子全站仪电子全站仪电子全站仪 长度长度长度长度红外光电测距红外光电测距红外光电测距红外光电测距（光电）（光电）（光电）（光电）角度角度角度角度编码度盘编码度盘编码度盘编码度盘（光电）（光电）（光电）（光电）高差高差高差高差测距三角高程测距三角高程测距三角高程测距三角高程（光电）（光电）（光电）（光电）记录记录记录记录电磁方式电磁方式电磁方式电磁方式3 3、GPSGPS测量（电子式）测量（电子式）测量（电子式）测量（电子式）接收接收接收接收GPSGPS信号信号信号信号基线向量基线向量基线向量基线向量（弦长、方位角、（弦长、方位角、（弦长、方位角、（弦长、方位角、大地高差大地

17、高差大地高差大地高差）记录记录记录记录自动自动自动自动4 4、GPS GPS 技术使测地工作发生重大变革技术使测地工作发生重大变革 电子式（电子式（电子式（电子式（GPSGPSGPSGPS）光机电式（全站仪）光机电式（全站仪）光机电式（全站仪）光机电式（全站仪）光机式（经纬仪）光机式（经纬仪）光机式（经纬仪）光机式（经纬仪）机械式（钢尺）机械式（钢尺）机械式（钢尺）机械式（钢尺）三、三、GPS测地定位原理测地定位原理1、空空 间间 距距 离离 后方交会后方交会2、GPS 的的 测测 距距 信信 号号3、GPS 系系 统统 的的 组组 成成4、GPS 的的 原原 子时系统子时系统5、精精 确确

18、测测 时时 精精 确测距确测距6、生产基线向量生产基线向量 的工艺的工艺7、GPS 测测 量量 的误差源的误差源 1、空间距离后方交会、空间距离后方交会 GPS单点定位原理单点定位原理 空间距离方程空间距离方程空间距离方程空间距离方程 1 1=(X X1 1-X X)2 2+(Y+(Y1 1-Y Y)2 2+(Z+(Z1 1-Z Z)2 2 2 2 =(X(X2 2-X X)2 2+(Y+(Y2 2-Y Y)2 2+(Z+(Z2 2-Z Z)2 2 3 3=(X(X3 3-X X)2 2+(Y+(Y3 3-Y Y)2 2+(Z+(Z3 3-Z Z)2 2 X X、Y Y、Z Z 测点点位坐标测

19、点点位坐标测点点位坐标测点点位坐标X Xi i、Y Yi i、Z Zi i卫星星历（坐标）卫星星历（坐标）卫星星历（坐标）卫星星历（坐标）1 1、1 1、1 1 观测所得伪距观测所得伪距观测所得伪距观测所得伪距1234S1S3S4S2 （X X、Y Y、Z Z）2、GPS的的 测测 距距 信信 号号P 码码 军用军用精密导航定位测距码精密导航定位测距码 （保密）（保密）C/AC/A码码码码 捕获捕获捕获捕获 P P 码的工具，用于民用导航定位码的工具，用于民用导航定位码的工具，用于民用导航定位码的工具，用于民用导航定位D D 码码码码 数据码数据码数据码数据码L L1 1载波载波载波载波 频率

20、频率频率频率 1575 1575 MHzMHz，运载工具。运载工具。运载工具。运载工具。L L2 2载波载波载波载波 频率频率频率频率 1227 1227 MHzMHz，运载工具，运载工具，运载工具，运载工具，电离层延迟探测工具电离层延迟探测工具电离层延迟探测工具电离层延迟探测工具。3、GPS卫星系统组成卫星系统组成星座星座星座星座：2424颗颗颗颗 GPSGPS卫星卫星卫星卫星。分布：分布：分布：分布：6 6 轨道轨道轨道轨道。运行周期运行周期运行周期运行周期：11 11 小时小时小时小时 58 58 分分分分。主要功能主要功能主要功能主要功能：播发播发播发播发 GPSGPS信号信号信号信号

21、。L L1 1载波载波载波载波C/AC/A码、码、码、码、P P1 1码、码、码、码、D D码码码码 L L2 2载波载波载波载波P P2 2码、码、码、码、D D码码码码 监控站监控站监控站监控站.主控站主控站主控站主控站监控站监控站监控站监控站 注入站注入站注入站注入站4、GPS的原子时系统的原子时系统GPSGPS是基于是基于是基于是基于精密测时精密测时精密测时精密测时的定位系统。的定位系统。的定位系统。的定位系统。精密的精密的精密的精密的时间系统时间系统时间系统时间系统是是是是GPSGPS的基础。的基础。的基础。的基础。时间系统包含时间时间系统包含时间时间系统包含时间时间系统包含时间尺度

22、尺度尺度尺度、时间、时间、时间、时间原点原点原点原点与计时方式。与计时方式。与计时方式。与计时方式。GPSGPS采用采用采用采用原子时原子时原子时原子时为尺度、以为尺度、以为尺度、以为尺度、以19801980年年年年1 1月月月月6 6日日日日0 0时为时为时为时为原点、以周与周秒的方式计时。原点、以周与周秒的方式计时。原点、以周与周秒的方式计时。原点、以周与周秒的方式计时。时刻时刻时刻时刻是时间坐标点。是时间坐标点。是时间坐标点。是时间坐标点。UTCUTC是协调世界时，其时间尺度为原子时、其是协调世界时，其时间尺度为原子时、其是协调世界时，其时间尺度为原子时、其是协调世界时，其时间尺度为原子

23、时、其时间原点（格林威治）、计时方式（年月日、时间原点（格林威治）、计时方式（年月日、时间原点（格林威治）、计时方式（年月日、时间原点（格林威治）、计时方式（年月日、时分秒）与世界时一致。时分秒）与世界时一致。时分秒）与世界时一致。时分秒）与世界时一致。世界时与世界时与世界时与世界时与UTCUTC时是时是时是时是GPSGPS的的的的实用参考实用参考实用参考实用参考。5、GPS以精确测时实现精确测距以精确测时实现精确测距C/A C/A 码是伪随机二进制码，也是卫星的码是伪随机二进制码，也是卫星的码是伪随机二进制码，也是卫星的码是伪随机二进制码，也是卫星的标识符标识符标识符标识符。在接收机上可在接

24、收机上可在接收机上可在接收机上可同步复制同步复制同步复制同步复制与卫星同结构的与卫星同结构的与卫星同结构的与卫星同结构的C/A C/A 码，码，码，码，比对比对比对比对测时。测时。测时。测时。复复复复 制制制制来自卫星来自卫星来自卫星来自卫星t t 复制码与接收来自卫星的复制码与接收来自卫星的复制码与接收来自卫星的复制码与接收来自卫星的C/AC/AC/AC/A码比对基于码比对基于码比对基于码比对基于时间同步时间同步时间同步时间同步。码相位测距类似于码相位测距类似于码相位测距类似于码相位测距类似于脉冲式脉冲式脉冲式脉冲式光电测距。光电测距。光电测距。光电测距。P P P P 码测距与码测距与码测

25、距与码测距与 C/A C/A C/A C/A 码测距原理相同码测距原理相同码测距原理相同码测距原理相同码码码码相位式相位式相位式相位式。t t 信号传播时间信号传播时间信号传播时间信号传播时间 站星距离站星距离站星距离站星距离 =c c t t6、同步观测是生产基线向量的工艺、同步观测是生产基线向量的工艺相对定位至少需要使用两台（多则不限）接收机相对定位至少需要使用两台（多则不限）接收机相对定位至少需要使用两台（多则不限）接收机相对定位至少需要使用两台（多则不限）接收机同步同步同步同步观测，观测，观测，观测，观测处理后的成果是基线向量。观测处理后的成果是基线向量。观测处理后的成果是基线向量。观

26、测处理后的成果是基线向量。观测中要求各接收机的观测中要求各接收机的观测中要求各接收机的观测中要求各接收机的采样率一致采样率一致采样率一致采样率一致，也是时间同步的体现。，也是时间同步的体现。，也是时间同步的体现。，也是时间同步的体现。BA7、GPS 测量的误差源测量的误差源卫卫 星星 钟钟 差差某时刻原子钟与某时刻原子钟与某时刻原子钟与某时刻原子钟与GPSGPS时之差时之差时之差时之差 星星 历历 误误 差差卫卫卫卫 星星星星 轨轨轨轨 道道道道 误误误误 差差差差 接收机钟差接收机钟差某时刻石英钟与某时刻石英钟与某时刻石英钟与某时刻石英钟与GPSGPS时之差时之差时之差时之差操操 作作 误误

27、 差差对对对对 中中中中 、整整整整 平、量平、量平、量平、量 天天天天 线线线线 高高高高电离层电离层、对流层延迟对流层延迟群群群群 折射路径延长折射路径延长折射路径延长折射路径延长多多 路路 径径 效效 应应 影影 响响多多多多 路路路路 反反反反 射射射射 波波波波四、四、GPS 测地作业模式测地作业模式1、什、什 么么 是是 整整 周周 模模 糊糊 度度2、静态、静态 与与 快快 速速 静态模式静态模式3、准、准 动动 态态 与与 动动 态态 模模 式式4、实时动态（、实时动态（RTK）模式模式5、基、基 线线 向向 量量 的的 数学描述数学描述6、GPS 基基 线线 向向 量量 的解

28、算的解算7、基、基 线线 质质 量量 可可 靠性检核靠性检核1、什么是整周模糊度、什么是整周模糊度载波相位观测量载波相位观测量(t0)=(t t0 0)/(2)/(2 )+N)+N (t1)=(t t1 1)/(2)/(2 )+)+I(tI(t1 1)+N)+N 波长波长波长波长N整周模糊度整周模糊度S(tS(t0 0)S(tS(t1 1)N N N N (整周模糊度整周模糊度整周模糊度整周模糊度)(t t0 0)(t t1 1)I(I(t t1 1)2、静态与快速静态模式、静态与快速静态模式 同步图形同步图形 两台两台两台两台 接收机接收机接收机接收机 n=2n=2 三台三台三台三台 n=3

29、 n=3 五台五台五台五台 n=5n=5 全组合基线数全组合基线数全组合基线数全组合基线数 四台四台四台四台 N=nN=n (n-1)/2(n-1)/2 n=4 n=4 静态与快速静态模式的特点静态与快速静态模式的特点静态模式静态模式整周模糊度作为未知数整周模糊度作为未知数整周模糊度作为未知数整周模糊度作为未知数的经典算法的经典算法的经典算法的经典算法用于各等级控制测量，高精度测量用于各等级控制测量，高精度测量用于各等级控制测量，高精度测量用于各等级控制测量，高精度测量快速静态快速静态整周模糊度快速逼近技术（整周模糊度快速逼近技术（整周模糊度快速逼近技术（整周模糊度快速逼近技术（FARAFAR

30、A）适宜于短基线，一般控制测量适宜于短基线，一般控制测量适宜于短基线，一般控制测量适宜于短基线，一般控制测量 3、准动态与动态模式准动态与动态模式 作业模式作业模式基准站基准站基准站基准站 已知点已知点已知点已知点1 23流动站流动站流动站流动站 已知基线反求已知基线反求已知基线反求已知基线反求 整周模糊度整周模糊度整周模糊度整周模糊度 准动态与动态模式的特点准动态与动态模式的特点准动态与动态准动态与动态利用已知基线反求整周模糊度利用已知基线反求整周模糊度流动站流动站对对对对环境条件环境条件环境条件环境条件要求较高要求较高要求较高要求较高准动态属准动态属准动态属准动态属走走停停走走停停走走停停

31、走走停停式，用于式，用于式，用于式，用于碎部测量碎部测量碎部测量碎部测量动态属动态属动态属动态属连续运动连续运动连续运动连续运动式，用于路线式，用于路线式，用于路线式，用于路线连续采点连续采点连续采点连续采点 RTK 的特点的特点基基 准准 站站 连续观测连续观测连续观测连续观测数据链电台数据链电台 传送观测数据传送观测数据传送观测数据传送观测数据OTF 算算 法法 行进过程中初始化行进过程中初始化行进过程中初始化行进过程中初始化实实 时时 获取坐标监视精度获取坐标监视精度获取坐标监视精度获取坐标监视精度电电 子子 手手 簿簿 用户界面用户界面用户界面用户界面智能化水平智能化水平 电子手簿应用

32、软件电子手簿应用软件电子手簿应用软件电子手簿应用软件用用 途途 碎部测量、细部放样、碎部测量、细部放样、碎部测量、细部放样、碎部测量、细部放样、界址点测量界址点测量界址点测量界址点测量.5、基线向量的数学描述、基线向量的数学描述基线向量的基线向量的基线向量的基线向量的几何原型几何原型几何原型几何原型是两观测站点之间的直线是两观测站点之间的直线是两观测站点之间的直线是两观测站点之间的直线（弦线弦线弦线弦线）。基线向量在地心地固直角坐标系下的数学描述：基线向量在地心地固直角坐标系下的数学描述：基线向量在地心地固直角坐标系下的数学描述：基线向量在地心地固直角坐标系下的数学描述：坐标差坐标差坐标差坐标

33、差 X X、Y Y、Z Z基线向量在大地坐标系下的数学描述：基线向量在大地坐标系下的数学描述：基线向量在大地坐标系下的数学描述：基线向量在大地坐标系下的数学描述：大地线长度大地线长度大地线长度大地线长度 S S、大地方位角大地方位角大地方位角大地方位角 A A、大地高差大地高差大地高差大地高差 h h 或，或，或，或，L L、B B、h h基线向量在高斯投影直角坐标下的数学描述：基线向量在高斯投影直角坐标下的数学描述：基线向量在高斯投影直角坐标下的数学描述：基线向量在高斯投影直角坐标下的数学描述：平距平距平距平距 D D、坐标方位角坐标方位角坐标方位角坐标方位角 基线向量在地平坐标系下的的数学

34、描述：基线向量在地平坐标系下的的数学描述：基线向量在地平坐标系下的的数学描述：基线向量在地平坐标系下的的数学描述：平距平距平距平距 D DP P、坐标方位角坐标方位角坐标方位角坐标方位角 P P、天顶距天顶距天顶距天顶距 Z ZP P6、GPS基线向量的解算基线向量的解算相对定位的原始观测量主体是相对定位的原始观测量主体是载波相位载波相位数据。数据。具有具有同步同步观测观测时间段时间段是获得基线解的先决条件。是获得基线解的先决条件。基线向量一般由厂商提供的基线向量一般由厂商提供的专用软件专用软件解算。解算。基线向量解基线向量解是是 GPS 相对定位几何三要素。相对定位几何三要素。GPS测地型接

35、收机是定位三要素测地型接收机是定位三要素数据采集器数据采集器。7、基线质量可靠性检核、基线质量可靠性检核静态模式基线向量以静态模式基线向量以静态模式基线向量以静态模式基线向量以求差法求差法解算。解算。解算。解算。基线基线固定解固定解可靠性高，可大胆取用。可靠性高，可大胆取用。可靠性高，可大胆取用。可靠性高，可大胆取用。基线基线基线基线浮动解浮动解约有约有约有约有 1/3 1/3 可靠。可靠。可靠。可靠。同步环同步环闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差超限的同步环中可能有合格的基线。闭合差超

36、限的同步环中可能有合格的基线。闭合差超限的同步环中可能有合格的基线。闭合差超限的同步环中可能有合格的基线。异步环异步环闭合差检核是判定基线向量的有效手段。闭合差检核是判定基线向量的有效手段。闭合差检核是判定基线向量的有效手段。闭合差检核是判定基线向量的有效手段。五、坐标、高程转换五、坐标、高程转换1、实用定位、实用定位 坐坐 标标 系统系统2、同、同 系系 统统 下下 的的 变变 换换3、坐、坐 标标 系系 之之 间的转换间的转换4、求、求 解解 坐坐 标标 转换参数转换参数5、大地高转换为正常高、大地高转换为正常高 1、实用定位坐标系、实用定位坐标系 世界大地坐标系世界大地坐标系 WGS-8

37、4 WGS-84系：系：椭球椭球几何参数几何参数 长半径长半径长半径长半径 a=6378137 ma=6378137 m 短半径短半径短半径短半径 b =6356752.310 mb =6356752.310 m 扁扁扁扁 率率率率 =1/298.257223563=1/298.257223563b a GPSGPS所采用的定位坐标系所采用的定位坐标系所采用的定位坐标系所采用的定位坐标系 1954北京坐标系北京坐标系 19195454北京坐标标系北京坐标标系北京坐标标系北京坐标标系克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球几何参数几何参数几何参数几何参数长半径长半径长半径

38、长半径 a=6378245ma=6378245m短半径短半径短半径短半径 b=6356863.0188 mb=6356863.0188 m扁扁扁扁 率率率率 =1/298.3=1/298.3b a我国当前的实用坐标系我国当前的实用坐标系 1980西安坐标系西安坐标系 19198080西安坐标系西安坐标系西安坐标系西安坐标系 IAG-75 IAG-75 椭球的椭球的椭球的椭球的几何参数几何参数几何参数几何参数长半径长半径长半径长半径 a=6378140ma=6378140m短半径短半径短半径短半径 b=6356755.2882 mb=6356755.2882 m扁扁扁扁 率率率率 =1/298.

39、257=1/298.257b a我国采用的坐标系我国采用的坐标系 新新1954北京坐标系北京坐标系原原原原 1954 1954北京坐标系的成果属北京坐标系的成果属北京坐标系的成果属北京坐标系的成果属分区局部平差分区局部平差分区局部平差分区局部平差成果。成果。成果。成果。19801980西安坐标系的成果是经西安坐标系的成果是经西安坐标系的成果是经西安坐标系的成果是经整体平差整体平差整体平差整体平差后的成果。后的成果。后的成果。后的成果。原原原原5454北京系与北京系与北京系与北京系与8080西安系定位基准与平差不同，大西安系定位基准与平差不同，大西安系定位基准与平差不同，大西安系定位基准与平差不

40、同，大地控制点坐标地控制点坐标地控制点坐标地控制点坐标差异较大差异较大差异较大差异较大，最大达，最大达，最大达，最大达 2 2米。米。米。米。将将将将19801980西安坐标系的成果换算到克拉索夫斯基椭西安坐标系的成果换算到克拉索夫斯基椭西安坐标系的成果换算到克拉索夫斯基椭西安坐标系的成果换算到克拉索夫斯基椭球上形成球上形成球上形成球上形成“新新新新 1954 1954北京坐标系北京坐标系北京坐标系北京坐标系”，此系与原系，此系与原系，此系与原系，此系与原系只有参考椭球一致，而椭球的定位、定向与只有参考椭球一致，而椭球的定位、定向与只有参考椭球一致，而椭球的定位、定向与只有参考椭球一致，而椭球

41、的定位、定向与8080西西西西安系相同。安系相同。安系相同。安系相同。与北京与北京54有联系的自定义坐标系有联系的自定义坐标系测区高程面测区高程面参考椭球面参考椭球面O A o aR H 参考椭球参考椭球参考椭球参考椭球及其定位、定向与标准及其定位、定向与标准及其定位、定向与标准及其定位、定向与标准 BJ54BJ54 系一致。系一致。系一致。系一致。自定义自定义自定义自定义投影参数投影参数投影参数投影参数：中央子午线中央子午线中央子午线中央子午线 、原点纬度、原点纬度、原点纬度、原点纬度 投影高程面投影高程面投影高程面投影高程面(或中央子午线尺度比或中央子午线尺度比或中央子午线尺度比或中央子午

42、线尺度比)坐标原点西移坐标原点西移坐标原点西移坐标原点西移 、北（南）移值、北（南）移值、北（南）移值、北（南）移值 取一个坐标取一个坐标取一个坐标取一个坐标参考点参考点参考点参考点，其坐标与标准，其坐标与标准，其坐标与标准，其坐标与标准 BJ54BJ54一致一致一致一致.No=NNo=NOO；EoEo=E=EOO 自定义坐标与标准自定义坐标与标准自定义坐标与标准自定义坐标与标准BJ54BJ54坐标的坐标的坐标的坐标的关系关系关系关系：Na=k Na=k N NA A；Ea=k Ea=k E EA A K=K=（R+HR+H）/R/R2、同系统下不同坐标形式的变、同系统下不同坐标形式的变换换

43、地心地固直角坐标系地心地固直角坐标系地心地固直角坐标系地心地固直角坐标系 大地坐标系大地坐标系大地坐标系大地坐标系 X X、Y Y、Z Z L L、B B、h hB=B=arc arc tgtg tg tg (1+a(1+a e e2 2 sin sin b b/Z/W)/Z/W)L=arcL=arc tg tg(Y/X)(Y/X)h=R h=R (coscos /cosB cosB)-N)-N其中：其中：其中：其中：=arcarc tg tg Z/(X Z/(X2 2+Y+Y2 2)1/21/2 R=(R=(X X2 2+Y+Y2 2 +Z+Z2 2)1/21/2 B LZXYXP PYP

44、ZP 大地坐标系大地坐标系地心地固直角坐标系地心地固直角坐标系 L L、B B、h h X X、Y Y、Z Z X=(N+h)X=(N+h)cosBcosB cosLcosL Y=(N+h)Y=(N+h)cosBcosB sinLsinL Z=N(1-eZ=N(1-e2 2)+h)+h sinBsinB 其中：其中：其中：其中：N=a/WN=a/W W=W=（1-e1-e2 2 sinsin2 2B B）1/21/2 e e2 2=（a a2 2-b-b2 2）/a/a2 2 B LZXYXP PYP ZP 高斯直角坐标系高斯直角坐标系大地坐标系大地坐标系N Ni i、E Ei i L Li

45、i、B Bi i 高斯正形投影高斯正形投影 正形（正形（正形（正形（等角等角等角等角）投影变换。）投影变换。）投影变换。）投影变换。中央子午线中央子午线中央子午线中央子午线投影为纵坐标轴。投影为纵坐标轴。投影为纵坐标轴。投影为纵坐标轴。中央子午线投影中央子午线投影中央子午线投影中央子午线投影尺度比尺度比尺度比尺度比为为为为 1 1。中央子午线外中央子午线外中央子午线外中央子午线外存在长度变形存在长度变形存在长度变形存在长度变形，距中央子午线距中央子午线距中央子午线距中央子午线越远变形越大越远变形越大越远变形越大越远变形越大。长度变形长度变形长度变形长度变形尺度比尺度比尺度比尺度比：m=m=1+

46、E 1+E2 2/（2 2 R R2 2）分带（带区）投影分带（带区）投影分带（带区）投影分带（带区）投影 6 6度带度带度带度带：0 0 66 ，6 6 12 12 .3 3度带度带度带度带：0 0 3 3 ，3 3 6 6 .3、坐标系之间转换的数学模型、坐标系之间转换的数学模型 布尔沙模型布尔沙模型 (7参数参数 )X X Xo X Xo XY Y =Yo Yo +(+(1 1+m+m)R(R()Y Y Z Z 5454 Zo Zo 54 54 Z Z 84 84 WGSWGS8484 BJ BJ5454 （或或或或 XAXA8080）Z54 Z84 P O84 X84 Y84 Y54

47、O54 X545454坐标坐标坐标坐标 尺度因子尺度因子尺度因子尺度因子 84 84坐标坐标坐标坐标 平移量平移量平移量平移量 旋转矩阵旋转矩阵旋转矩阵旋转矩阵 求解空间直角坐标转换参数的考虑求解空间直角坐标转换参数的考虑 GPSGPS的定位测量结果是基于的定位测量结果是基于的定位测量结果是基于的定位测量结果是基于 WGS-84WGS-84系下某系下某系下某系下某参考点参考点参考点参考点的的的的坐标坐标坐标坐标。欲将所测点的欲将所测点的欲将所测点的欲将所测点的 WGS-84WGS-84坐标直接转换为地方坐标，必坐标直接转换为地方坐标，必坐标直接转换为地方坐标，必坐标直接转换为地方坐标，必须提供

48、坐标须提供坐标须提供坐标须提供坐标转换参数转换参数转换参数转换参数采用采用采用采用大地联测大地联测大地联测大地联测的方法，根据的方法，根据的方法，根据的方法，根据公共点公共点公共点公共点（至少三个）的坐（至少三个）的坐（至少三个）的坐（至少三个）的坐标差标差标差标差反求转换参数反求转换参数反求转换参数反求转换参数。转换参数的质量取决于：转换参数的质量取决于：转换参数的质量取决于：转换参数的质量取决于：联测点数量联测点数量 已知点精度已知点精度 联联 测测 精精 度度联测点分布联测点分布 解解 算算 方方 法法4、大地高转换为正常高、大地高转换为正常高 高程异常高程异常大地水准面大地水准面大地水

49、准面大地水准面 地面地面地面地面 大地高大地高大地高大地高地面点沿法线方地面点沿法线方地面点沿法线方地面点沿法线方 向到参考椭球面的间距（向到参考椭球面的间距（向到参考椭球面的间距（向到参考椭球面的间距（h h）正正正正 高高高高地面点重力方向地面点重力方向地面点重力方向地面点重力方向 到大地水准面的间距（到大地水准面的间距（到大地水准面的间距（到大地水准面的间距（HH）正常高正常高正常高正常高地面点重力方向地面点重力方向地面点重力方向地面点重力方向 到似大地水准面的间距（到似大地水准面的间距（到似大地水准面的间距（到似大地水准面的间距（HH）高程异常高程异常高程异常高程异常似大地水准面似大地

50、水准面似大地水准面似大地水准面 到参考椭球面的间距（到参考椭球面的间距（到参考椭球面的间距（到参考椭球面的间距（N N）大地高、大地高、大地高、大地高、正常高、高程异正常高、高程异正常高、高程异正常高、高程异 常常常常关系式关系式关系式关系式 H=h-N参考椭球参考椭球参考椭球参考椭球 GPS水准法水准法高程拟合高程拟合高程拟合高程拟合 似大地水准面似大地水准面似大地水准面似大地水准面 拟合面拟合面拟合面拟合面 参考椭球面参考椭球面参考椭球面参考椭球面 平面拟合示例平面拟合示例平面拟合示例平面拟合示例(3(3个个个个 联测点联测点联测点联测点 6 6个个个个)联测已知高程点建立联测已知高程点建