“5S”技术应用.ppt

5S 技术应用 主讲 葛岱峰 绪论 5S 技术 1 遥感 RS RemoteSensing2 全球定位系统 GPS GlobalPositioningSystem3 地理信息系统 GIS GeographicInformationSystem4 数字摄影系统 DPS DigitalPhotographSystem5 专家系统 ES ExpertSystem 一 遥感 RS a 发展1 源于60年代初期 70年代开始使用 2 1988年9月7日 我国成功的利用 长征四号 运载火箭发射了 风云一号 气象卫星 这标志着我国在遥感领域达到了世界先进水平 5S 技术 b 定义使用某种遥感器 不直接接触被研究的目标 感测目标的特征信息 一般是电磁波的反射辐射或发射辐射 经过传输 处理 从中提取人们感兴趣的信息 这个过程叫遥感 遥感技术系统的组成 卫星轨道和坐标 c 特点 1 探测范围大 2 资料新颖 提供多时相 全天候 最新颖 最现时的情报资料 3 成图迅速 4 收集资料方便 不受地形 国界限制 5 应用广泛 d 遥感影像目视判读 一 判读标志1 直接判读标志形状 图像的形状指物体的一般形式或轮廓在图像上的反映 大小 大小 的含义随图像比例尺的变化而不同 颜色和色调 颜色一般指彩色图像而言 阴影 阴影形式与物体辐射能量的方向有关 位置 自然界的物体之间往往存在一定的联系 有时甚至是相互依存的 结构 指自然与人文特征重复出现的排列格式 纹理 指细微色调的变化 2 间接判读标志 它通过与之有联系的其它地物在图像上反映出来的特征 推断地物的类别属性 二 图像判读的原则和方法 1 图像判读的原则 1 综合分析图像的判读标志 2 卫片与航片 主图像与辅助图像 图像与地形图 专业图和文字资料相结合的原则 3 室内判读与野外实地对照相结合的原则 2 图像判读的基本方法 1 直判法 2 对比法 3 综合判认法 4 历史比较法 三 图像判读的程序 准备工作室内判读野外检查成果整理 二 全球定位系统 GPS a 发展1963年12月 美国发射了第一颗导航卫星 导致了导航和测绘行业的一场深刻的技术革命 20世纪80年代末 海湾战争结束后开始广泛应用 b 系统组成 1 GPS卫星工作星座 空间部分 GPS卫星工作星座有 21 3 颗卫星 分布在6个轨道平面内 相对于赤道平面的倾角为55 各个轨道平面之间夹角为60 轨道平均高度为20200Km GPS系统的组成 空间部分 24颗卫星分布在互为55度交角的6个轨道平面上 每个轨道面上布有4颗卫星卫星高约20200Km 12小时绕轨道一周可见时间为4 5小时设计寿命为7 5年卫星种类区分Block1 一代 Block2 2A 二代 Block2R 2F 三代 赤道 55 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 目前在轨实际运行的卫星个数已经超过32颗 GPS卫星 2 地面监控系统 地面控制部分 控制部分 主控站负责收集由监控站传来的卫星跟踪数据并计算卫星星历和时间参数5个监控站负责对卫星伪距数据的观测 这一卫星跟踪监测网用于确定卫星广播星历及卫星钟模式地面控制站负责向卫星注入信号 控制部分 地面控制站 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 DiegoGarcia 卡瓦加兰 kwajalein 五个监测站 1个主控站 3个注入站 夏威夷 Hawaii 55 Hawaii Aascension DiegoGarcia kwajalein Coloradosprings 3 GPS信号接收机 用户设备部分 GPS信号接收机 C GPS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 地面点位确定 距离观测值的计算 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间 t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值 C t GPS测量 1 采用载波相位观测值 卫星广播的电磁波信号 信号量测精度优于波长的1 100载波波长 L1 19cm L2 24cm 比C A码波长 C A 293m 短得多所以 GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距 C A码或P码 定位高得多的测距精度 L1载波 L2载波 C A码 P 码 p 29 3m L2 24cm L1 19cm C A 293m 可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差 可以消去轨道 星历 误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响 2 组成星际站际两次差分观测值 3 设法解算出初始整周未知数 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 1 初始整周未知数n 2 t0至ti时刻的整周记数Ci 3 相位尾数 i如果信号没有失锁 则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n为了利用载波相位进行定位 必须设法先解算出初始整周未知数 取得总观测值n Ci i 4 弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系 精度 m 1 00 0 10 0 01 整周未知数确定后 整周未知数确定前 经典静态定位 0 0 30 80 5 8 时间 分 如果无法准确解出初始整周未知数 则定位精度难以优于 1m随着初始整周未知数解算精度的提高 定位精度也相应提高一旦初始整周未知数精确获得 定位精度不再随时间延长而提高经典静态定位需要30 80分钟观测才能求定初始整周未知数快速静态定位将这个过程缩短到5 8分钟 双频接收机 快速静态定位 伪距差分 这是应用最广的一种差分 在基准站上 观测所有卫星 根据基准站已知坐标和各卫星的坐标 求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离 再与测得的伪距比较 得出伪距改正数 将其传输至用户接收机 提高定位精度 这种差分 能得到米级定位精度 如沿海广泛使用的 信标差分 载波相位差分 载波相位差分技术又称RTK RealTimeKinematic 技术 是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法 即是将基准站采集的载波相位发送给用户接收机 进行求差解算坐标 载波相位差分可使定位精度达到厘米级 已经大量应用于需要点位高精度的动态测量领域 差分定位技术 在测定流动站的座标时与之相关联的参考站的设置是必须的 参考站 A 的座标须已知 卫星必须同时被跟踪 差分定位削减卫星及接收仪钟的误差影响大气影响削减至最小精度达0 5cm 5m BaselineVector B A 伪距差分测量精度可达0 5m 5m此种测量形式一般称为DGPS 基线向量 差分定位技术 B A d 特点 1 用途广泛 监测地壳运动 捕捉地震信息 进行大地控制测量 变形监测等 2 观测简便 3 定位精度高 4 经济效益高 e 我国GPS测量的常用坐标系 1 WGS 84WGS 84坐标是GPS所采用的坐标系统 GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的 WGS 84的椭球参数 a 6378137m1 f 298 2572235632 1954北京坐标系1954北京坐标系是目前我国使用比较广泛的大地测量坐标系 参考椭球是克拉索夫斯基椭球 其高程是以1956年黄海平均海水面为基准 克拉索夫斯基椭球参数 a 6378245m1 f 298 3 3 1980西安坐标系1980西安坐标系是我国新建的大地测量坐标系 参考椭球是IUGG1975椭球 其高程是以1956年黄海平均海水面为基准 IUGG1975椭球参数 a 6378140m1 f 298 257 f GPS布网方法 充分考虑建立GPS控制网的应用范围采用分级布网的原则GPS测量的精度标准 国家测绘局1992年制订的我国第一部 GPS测量规范 将GPS的精度分为A E五级 见下表 其中A B两级一般是国家GPS控制网 C D E三级是针对局部性GPS网规定的 GPS网设计的一般原则应通过独立观测边构成闭合图形 以增加检核条件 提高网的可靠性 应尽量与原有地面控制网相重合 重合点一般不少于3个 且分布均匀 应考虑与水准点相重合 或在网中布设一定密度的水准联测点 点应设在视野开阔和容易到达的地方 联测方向 可在网点附近布设一通视良好的方位点 以建立联测方向 根据GPS测量的不同用途 GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形 基本形式有 三角形网环形网星形网 1 三角形网 优点 图形几何结构强 具有较多的检核条件 平差后网中相邻点间基线向量的精度比较均匀 缺点 观测工作量大 一般只有在网的精度和可靠性要求比较高时 才单独采用这种图形 2 环形网 优点 观测工作量较小 且具有较好的自检性和可靠性 缺点 非直接观测基线边 或间接边 精度较直接观测边低 相邻点间的基线精度分布不均匀 是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形 通常采用上述两种图形的混合图形 3 星形网 优点 观测中只需要两台GPS接收机 作业简单 缺点 几何图形简单 检验和发现粗差能力差 广泛用于工程测量 边界测量 地籍测量和碎部测量等 经典方法 1 三角测量2 导线测量3 解析交会 DJ2级光学经纬仪 红外测距仪 电子全站仪 光学水准仪 条码水准尺与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺 玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺 形式有直尺和折叠尺两种 规格有1m 2m 3m 4m 5m几种 尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线 配徕卡仪器 或规则分划线 配蔡司仪器 其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码 右图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺 它用于数字水准测量 双面尺的另一面为长度单位的分划线 用于普通水准测量徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介1990年 徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003 现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03 其中销往中国市场的DNA03的显示界面全部为中文 同时内置了适合我国测量规范的观测程序 DNA03的主要技术参数如下 精度 0 3mm km 采用因瓦水准尺 最小读数 0 01mm测距精度 1cm 20m内存 可以存储1650组测站数据或6000个测量数据补偿器 磁性阻尼补偿器补偿范围 8 补偿精度 0 3 g 使用GPS注意事项 参考站 周围没有反射面 不致引起多路径效应在15 截止高度角以上不存在障碍物安全避开过往行人和车辆 尽可能将接收机设置在毋须人员照看的地方附近不应该有强辐射源 如无线电台 电视发射天线等 可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数 观测类型 记录速率 检查天线高和偏差 流动站 在15 截止高度角以上不存在障碍物障碍物应不遮挡信号周围没有反射面 不致引起多路径效应附近不应该有强辐射源可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数 观测类型 记录速率 检查天线高和偏差在良好的窗口下观测卫星几何强度因子GDOP 8使用准动态指示器作为指南填写外业手簿 GPS测量与经典测量方法的对比1 不需要相互通视观测作业不受天气条件的影响网的质量与点位的分布情况无关能达到大地测量所需要的精度水平白天和夜间均可作业经济效益显著 1 GPS测量效率比传统方法有极大的提高 2 无论作大面积控制和局部测量都是理想的仪器 3 价格上具有更强的市场竞争能力 4 任何条件下都有充分把握提供足够的精度 GPS测量与经典测量方法的对比2 三 地理信息系统 GIS a 发展1963年加拿大建立了世界上第一个GIS 加拿大地理信息系统 CGIS 用于自然资源的管理和规划 我国的地理信息系统发展于80年代初 用于城市规划 农业 水利 交通 环境 电讯 测绘 土地管理 地质勘查 统计等方面 b 定义 反映人们赖以生存的现实世界 环境与资源 的现势和变迁的各类空间数据以及描述这些空间数据特征的属性 在计算机硬件和软件的支持下 以