GPS系统应用 基础知识.ppt

xxx,成都市国土规划地籍事务中心,城镇土地调查和GPS基础知识,1、GPS的形成与发展,一、GPS概述,“子午仪“(TRANSIT)卫星导航系统,GPS系统的研制,全球定位系统（GPS）,2、GPS的特点和应用,一、GPS概述,特点,全球、全天候工作,定位精度高,功能多，应用广,军事和民用方面应用非常广泛。尤其在军事指挥方面，GPs系统由于提供了统一的时间标准、空间坐标以及实时位置，因而对协同作战具有重要意义。它能给各级指挥系统提供各种目标和事件所发生的时间和地点。有了统一的时间基准，就能实现快速通信同步，进行有效的电子战和反干扰。,地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨,用户部分： 接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息,二、GPS的系统组成,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,空间部分,24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55轨道倾角 20200km轨道高度（地面高度） 12小时（恒星时）轨道周期 5个多小时出现在地平线以上（每颗星）,地面控制部分,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(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii),Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,用户部分,通用接收机（定位型）：,导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备,距 离 测 定 原 理,三、GPS定位的基本原理,距 离 测 定 原 理,距 离 测 定 原 理,距离 = 传播时间 x 光速,距 离 测 定 原 理,我 们 必 定 在 以 R1 为 半 径 的 球 面 的 某 个 点 上,R1,点 位 测 定 原 理,2 个 球 面 相 交 成 一 个 圆 弧 点 位 被 限 制 在 一 曲 线 上,R1,R2,点 位 测 定 原 理,3 个球面相交成一个点 3 个距离段可以确定纬度、经度和高程 点 的 空 间 位 置 被 确 定,R1,R2,R3,点 位 测 定 原 理,卫 星 可 被 看 作 是 在 固 定 的 轨 道 上 运 动 空 中 观 测 目 标 每 颗 卫 星 播 发 独 立 的 时 间 码 进 行 距 离 测 量 常 规 GPS 接 收 仪 内 置 较 为 廉 价 的 钟，这 些 钟 的 计 时 精度 比 卫 星 上 内 置 钟 的 精 度 低 得 多 无 线 电 电 波 以 光 速 传 播 ( 距 离 = 光 速 x 时 间) 设 想 一 下 接 收 仪 上 钟 的 误 差 对 距 离 测 定 的 影 响 1/10 秒 的 测 时 误 差 将 引 起 30,000 Km 的 距 离 误 差 1/1,000,000 秒 的 测 时 误 差 将 引 起 300 m 的 距 离 误 差,点 位 测 定 原 理,4 段 距 离 解 决 了 纬 度，经 度，高 程 和 时 间 四 个 未 知 数 这 就 类 似 于 测 边 交 会 问 题 的 解 决 原 理,点 位 确 定,三、GPS定位的基本原理,误差,与GPS卫星有关的误差,与传播途径有关的误差,与GPS 接收机有关的误差,卫星星历误差,卫星钟差,SA干扰误差,电离层折射,对流层折射,多路径效应,接收机钟差,接收机的位置误差,接收机天线相位中心偏差,多路径效应示意图：,四、GPS接收机的分类,按照原理、用途、功能来分类,用途,载波频率,工作原理,导航型接收机,测地型接收机,平方型接收机,混合型接收机,干涉型接收机,单频接收机,双频接收机,通道种类,多通道接收机,序贯通道接收机,五、RTK测量技术,常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real-time kinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。,五、RTK测量技术,RTK技术简单介绍,发射电台,GPS主机,基准站,移动站,GPS主机,RTK测量原理图,采集器,接收电台,五、RTK测量技术,RTK技术简单介绍,天宝RTK系统组成,五、RTK测量技术,RTK系统基准站的组成和作用,RTK系统基准站的组成,作用：求出GPS实时相位差分改正值，然后将改正值通过数传电台 及时传递给流动站以精化其GPS观测值，进而得到更为精确的实时位 置信息。,五、RTK测量技术,RTK流动站的组成和作用,RTK系统流动站的组成,作用：流动站的UHF电台接收基准站的信号，同时也接收相同的卫 星信号，用配备的TSC1控制器进行实时解算,五、RTK测量技术,RTK定位测量的准备工作,外业踏勘 收集资料 制订观测计划 星历预报 器材准备 运输工具,经检定合格的GPS接收机基准站+流动站（含TSC1）一套;12V/60A电源（含充电器），数据链电台一套;手机或对讲机（每台GPS接收机上配一个）;每台GPS接收机配观测记录手簿一本,五、RTK测量技术,RTK的作业方法,架设基准站 启动基准站 启动流动站 开始测量,用户在距离基站5公里的范围以内设置作业区域，在区域内选定各个作业点，其中一个作业点可标定为初始化点。用户在初始点上完成了初始化后，就可以沿着作业轨迹在每个作业点上依次标定，在这些作业点上，用户只需停留一个历元即可完成对该点坐标的精确测定。,五、RTK测量技术,RTK的应用,RTK技术用于各种控制测量 RTK技术在地籍和房地产测量中的应用,RTK技术用于各种控制测量 常规控制测量如三角测量、导线测量，要求点间通视，费工费时，而且精度不均匀，外业中不知道测量成果的精度。GPS静态、快速静态相对定位测量无需点间通视能够高精度地进行各种控制测量，但是需要时候进行数据处理，不能实时定位并知道定位精度，内业处理后发现精度不合要求必须返工测量。而用RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度。这样可以大大提高作业效率。应用RTK技术进行实时定位可以达到厘米级的精度，因此，除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术之外， RTK技术即可用于地形测图中的控制测量，地籍和房地产测量中的控制测量和界址点点位的测量。,RTK技术在地籍和房地产测量中的应用： 地籍和房地产测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图， 同上述测绘地形图一样，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。 将GPS获得的数据处理后直接录入GPS系统，可及时地精确地获得地籍和房地产图。但在影响 GPS卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或 图解法进行细部测量。 在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围、 计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中 的面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进性检核。避免了常规的 解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。,六、VRS测量技术,概述,GPS实时差分定位RTK技术的缺点： 用户需要架设本地参考站 误差随距离的增加而增长 误差增长使流动站和参考站的距离受到限制，一般 小于15公里 精度为1cm+1ppm，可靠性随距离增大而降低,六、VRS测量技术,概述,虚拟参考站方案中VRS的特点与技术优势： 虚拟参考站方案中，VRS的实施将使一个地区的测绘工作成为一个有机的整体，这改变了以往GPS作业“单打独斗”的局面，同时它使GPS技术的应用更为广泛，使其精度和可靠性得到进一步提高，最重要的是建立GPS网络的成本降低了很多。,我国深圳市第一个建成了VRS技术卫星定位服务系统,六、VRS测量技术,VRS系统的构成与工作原理,控制中心,固定站,用户部分,整个系统的核心,固定参考站是固定的GPS接收系统，分布在整个网络中，一个VRS网络可包括无数个站,用户部分就是用户的接收机，加上无线通讯的调制解调器。,系统构成,六、VRS测量技术,VRS系统的构成与工作原理,工作原理,与常规RTK不同，VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正GPS的轨道误差，电离层，对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。,六、VRS测量技术,VRS的优势,VRS覆盖范围： VRS网络可以有多个站，但最少需要3个,VRS的主要优势,费用将大幅度降低,相对传统RTK，提高了精度，精度始终在12cm。,提高可靠性,六、VRS测量技术,成都市的VRS现状,成都VRS系统是我国目前结构合理、功能完善、覆盖范围较大的实时型VRS系统，该系统是在接收机城域网上建立的现代化城市综合定位服务系统，有卫星跟踪基准站、系统控制中心、数据通信网络和用户服务中心等组成，可全天候向成都及邻区的用户提供米级、分米级、厘米级实时快速定位和毫米级事后精密定位服务。,现在已经开通的CDVRS系统的7个基准站分布在成都、仁寿、郫县、中江、简阳、邛崃、雅安等，构成了覆盖成都市的VRS基准网。,成都VRS系统是我国目前结构合理、功能完善、覆盖范围较大的实时型VRS系统，该系统是在接收机城域网上建立的现代化城市综合定位服务系统，有卫星跟踪基准站、系统控制中心、数据通信网络和用户服务中心等组成，可全天候向成都及邻区的用户提供米级、分米级、厘米级实时快速定位和毫米级事后精密定位服务。,六、VRS测量技术,VRS测量需要的设备,GPS设备上网模块,无线上网设备及上网账号,VRS的接入账号,常用术语,七、导航GPS接收机的使用,坐标(coordinate),有2维、3维两种坐标表示，当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3微坐标：经度、纬度、高度，若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：精度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。,路标(Landmark or Waypoint),GPS内存中保存的一个点的坐标值。在有GPS信号时，按一下“MARK“键，就会把当前点记成一个路标，它有个默认的一般是象“LMK04“之类的名字，你可以修改成一个易认的名字(字母用上下箭头输入)，还可以给它选定一个图标。,常用术语,七、导航GPS接收机的使用,路线(ROUTE),路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条“腿“(leg)。常见GPS能存储20条线路，每条线路30条“腿“。,前进方向(Heading),GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。,常用术语,七、导航GPS接收机的使用,导向(Bearing),以设定“走向”(GOTO)目标。“走向”目标的设定可以按“GO TO”键，然后从列表中选择一个路标。以后“导向”功能将导 向此路标 。 目前有活跃路线(Activity route)。活跃路线一般在设置-路线菜 单下设定。如果目前有活动路线，那么“导向“的点是路线中第一 个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。,常用术语,七、导航GPS接收机的使用,日出日落时间(Sun set/raise time),GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置(setup)菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8小时，此值只与时间的显示有关。,GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；定时采样可以规定采样时间间隔，比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。,足迹线(Plot trail),使用方式,七、导航GPS接收机的使用,有地图使用,GPS与详细地图配合使用时有最好的效果，但是国内大比例尺地图十分难得，GPS使用效果受到一定限制。 。,无图使用这是更为常见的使用方式,使用路点定点：常用于确定岩壁坐标、探洞时确定洞口坐标或其 他象线路起点、转折、宿营点的坐标。 使用路线输入路线：若能找到以前去过的朋友记录的路线信息， 把它们输入GPS形成线路，或者(常见于原路返回)把以前记录的路 标编辑成一条线路。 回溯功能实际是输入线路(route)的一种特殊方法，它在原路返回 时十分好使。,我国的北斗导航系统,八、其他导航系统简要介绍,北斗系统主要有三大功能：快速定位，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS