第05章 GPS在地籍测绘中的应用-地籍测量员职业技能鉴定培训-zpy

1、5.1 5.1 概概 述述u 1973年年12月，美国国防部组织开始研制新一代军用卫星月，美国国防部组织开始研制新一代军用卫星导航系统导航系统GPS；u 1989年年2月月14日发射第一颗日发射第一颗GPS卫星；卫星；u 1994年年3月月28日发射完第日发射完第24颗卫星；颗卫星；u 目前在轨卫星数目前在轨卫星数32颗，均匀分布在颗，均匀分布在6个与赤道倾角为个与赤道倾角为55近似圆形轨道上，每个轨道近似圆形轨道上，每个轨道4颗卫星运行，距地表颗卫星运行，距地表平均高度平均高度20200km；u 速度为速度为3800m/s，运行周期为，运行周期为11h58min；u 每颗卫星覆盖全球每颗卫星

2、覆盖全球38面积，保证地球上任何地点、任面积，保证地球上任何地点、任何时刻、高度何时刻、高度15以上天空能同时观测到以上天空能同时观测到4颗以上卫星。颗以上卫星。 与传统的测量技术相比，与传统的测量技术相比，GPS定位技术有以下特点：定位技术有以下特点：1. 观测站之间无需通视。观测站之间无需通视。2. 定位精度高。定位精度高。3. 观测时间短。观测时间短。4. 操作简便。操作简便。5. 全球性、全天候、全天时作业。全球性、全天候、全天时作业。 前苏联自前苏联自1978年发射年发射GLONASS。欧洲空间局。欧洲空间局(ESA)正正在建设民用导航卫星系统（伽利略计划）。我国也建立了在建设民用导

3、航卫星系统（伽利略计划）。我国也建立了双星定位系统，由双星定位系统，由2颗同步卫星确定平面位置的导航系统。颗同步卫星确定平面位置的导航系统。1.GPS1.GPS卫星星座（空间部分）卫星星座（空间部分） 由由24颗卫星（其中颗卫星（其中21颗工作卫星，颗工作卫星，3颗颗备用卫星）组成；卫星直径约为备用卫星）组成；卫星直径约为1.5m，重约，重约774kg（包括（包括310kg燃料）。燃料）。2.2.地面监控系统（地面控制部分）地面监控系统（地面控制部分） 地面监控系统包括地面监控系统包括1个主控站、个主控站、3个注入个注入站和站和5个监测站。个监测站。u 捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号，捕获卫

4、星信号，跟踪并锁定卫星信号，处理接收到的信号，测量测距信号从卫处理接收到的信号，测量测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔，译出星传播到接收机天线的时间间隔，译出卫星广播的导航电文，实时计算接收机卫星广播的导航电文，实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间。天线三维坐标、速度和时间。u 根据用途分：导航型、测地型和授时型。根据用途分：导航型、测地型和授时型。u 根据载波频率分：单频接收机（用根据载波频率分：单频接收机（用1个载个载波频率）；双频接收机波频率）；双频接收机(用用2个载波频率个载波频率)。一、基本原理一、基本原理空间距离后方交会空间距离后方交会u 伪距法伪距法u 载波相位测量法载波

5、相位测量法u 差分差分GPS242424444232323333222222222212121111)()()()()()()()()()()()()()()()(zzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctcPPPTtPPPPPTtPPPPPTtPPPPPTtPP（一）经典静态相对定位（一）经典静态相对定位u 两套两套(或两套以上或两套以上)接收设备；接收设备；u 同步观测同步观测4颗以上卫星；颗以上卫星；u 每时段每时段45分钟以上；分钟以上；u 基线长度可达几百公里；基线长度可达几百公里；u 相对定位精度可达相对定位精度可达 5mm+lppmD，

6、D为基线长度为基线长度(km)；u 适用于建立全球性或国家级大地控制网；各类适用于建立全球性或国家级大地控制网；各类精密控制测量。精密控制测量。（二）快速静态定位（二）快速静态定位u 测区中部基准站连续跟踪测区中部基准站连续跟踪u 流动站观测数分钟至十几分钟流动站观测数分钟至十几分钟u 必须有必须有5颗卫星可供观测颗卫星可供观测u 流动站与基准站不超过流动站与基准站不超过15kmu 基线中误差为基线中误差为5mm+1ppmDu 缺点：两台接收机工作时，缺点：两台接收机工作时， 构不成闭合图形，可靠性较差。构不成闭合图形，可靠性较差。u 适用于控制加密；工程测量、地籍测量及适用于控制加密；工程测

7、量、地籍测量及1km以内的点位定位。以内的点位定位。（一）实时动态（一）实时动态（RTK）测量技术）测量技术u 载波相位测量实时差分载波相位测量实时差分GPS测量技术测量技术u RTK测量技术为测量技术为GPS测量工作的可靠性测量工作的可靠性和高效率提供了保障，对和高效率提供了保障，对GPS测量技术测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。的发展和普及，具有重要的现实意义。u 常规差分常规差分GPS和和PPK同属于伪距差分技术。同属于伪距差分技术。u 常规差分常规差分GPS的定位精度与用户至参考站的距离有关，的定位精度与用户至参考站的距离有关，精度的衰减率为精度的衰减率为1cm/km，在，在5

8、0公里之内，定位精度优公里之内，定位精度优于于1米。米。u PPK（Post-Processing Kinematic）模式是最早的模式是最早的GPS动态差分技术，其定位原理类似于常规差分动态差分技术，其定位原理类似于常规差分GPS，只，只是采用数据后处理，在参考站和流动站之间不需要建是采用数据后处理，在参考站和流动站之间不需要建立无线电通讯数据链。它的缺点和常规差分立无线电通讯数据链。它的缺点和常规差分GPS一样，一样，定位的精度受参考站和流动站之间的距离限制。作用定位的精度受参考站和流动站之间的距离限制。作用距离距离50公里以内，精度在公里以内，精度在5米以内。米以内。u 根据大区域内若干

9、个根据大区域内若干个GPS参考站的观测资料和参考站的观测资料和位置信息，联合解算出每个卫星的卫星钟差、位置信息，联合解算出每个卫星的卫星钟差、轨道改正数、电离层改正数，然后将这些改正轨道改正数、电离层改正数，然后将这些改正数发送给覆盖范围内的用户，用户利用这些改数发送给覆盖范围内的用户，用户利用这些改正信息修正观测伪距，可以提高定位精度。正信息修正观测伪距，可以提高定位精度。u 这种定位方式打破了常规差分这种定位方式打破了常规差分GPS中精度与距中精度与距离的依赖关系，在参考站数千公里之外，仍然离的依赖关系，在参考站数千公里之外，仍然能够达到能够达到2-4米的定位精度，所以，在全国或米的定位精

10、度，所以，在全国或省级土地动态监测中，这项定位技术大有作为。省级土地动态监测中，这项定位技术大有作为。 u “实时、高精度实时、高精度”一直是一直是GPS定位技术的定位技术的发展方向。发展方向。u 近几年，在高精度近几年，在高精度GPS定位技术方面出定位技术方面出现了两种新的定位方法，它们是网络现了两种新的定位方法，它们是网络RTK技术和精密单点定位技术。技术和精密单点定位技术。 网络网络RTK技术也称技术也称“虚拟参考站技术虚拟参考站技术(Virtual Reference Station VRS)”。 网络网络RTK系统最为重要的功能是长距系统最为重要的功能是长距离高精度快速动态定位。离高

11、精度快速动态定位。1. 1. 网络网络RTKRTK定位系统的组成定位系统的组成 基准站单元基准站单元 数据通讯系统数据通讯系统 监控分析中心监控分析中心 数据发播系统数据发播系统 用户应用系统用户应用系统（1）实时应用。以）实时应用。以FMHDS 技术或技术或UHF/VHF作作为主要的通信手段，其应用如下：为主要的通信手段，其应用如下：u 实时厘米级精度定位。技术上依靠高精度的载实时厘米级精度定位。技术上依靠高精度的载波相位差分实现（简称波相位差分实现（简称RTK）。主要用于城市）。主要用于城市实时控制测量，实时小区域大中比例尺测图与实时控制测量，实时小区域大中比例尺测图与修测、工程放样和工程

12、监测。修测、工程放样和工程监测。u 亚米级（分米量级的）精度的差分应用。主要亚米级（分米量级的）精度的差分应用。主要适合于适合于GIS更新或相应工程应用。更新或相应工程应用。u 15米级差分精度的应用。技术上主要依靠伪米级差分精度的应用。技术上主要依靠伪距差分实现（伪距差分）。主要服务对象是船距差分实现（伪距差分）。主要服务对象是船舶、车辆导航和车辆监控用户。舶、车辆导航和车辆监控用户。 以以Internet 作为主要的数据传输手段。作为主要的数据传输手段。u 毫米或亚厘米量级定位测量。主要服务于精密毫米或亚厘米量级定位测量。主要服务于精密控制、变形监测和精密工程建设。控制、变形监测和精密工程

13、建设。u 米级和亚米级的事后差分。服务于事后米级和亚米级的事后差分。服务于事后GIS数数据更新，如道路更新、城市管线测量等等。据更新，如道路更新、城市管线测量等等。 在一个城市建立网络在一个城市建立网络RTK系统，能够满足各种系统，能够满足各种精度要求的定位服务。系统本身提供的定位服精度要求的定位服务。系统本身提供的定位服务种类，也涵盖了目前所有的务种类，也涵盖了目前所有的GPS测量手段，测量手段，如差分如差分GPS定位、静态定位、定位、静态定位、RTK定位等。定位等。u 精密单点定位技术精密单点定位技术(Precise Point-Positioning-PPP)，也称，也称PPP技术。技术

14、。u 该技术由美国喷气推进实验室该技术由美国喷气推进实验室(JPL) 于于1997年提出。定位原理如同单点定位，年提出。定位原理如同单点定位，采用双频载波相位观测值，需要外部提采用双频载波相位观测值，需要外部提供精密的轨道和卫星钟差。供精密的轨道和卫星钟差。一、一、GPSGPS定位技术在地籍控制测量中的应用定位技术在地籍控制测量中的应用u 不要求通视，没有常规的对边角要素的限制。不要求通视，没有常规的对边角要素的限制。u 常规静态测量、快速静态测量、常规静态测量、快速静态测量、RTK技术已经技术已经逐步取代常规的测量方式，成为地籍控制测量逐步取代常规的测量方式，成为地籍控制测量的主要手段。的主

15、要手段。u 边长大于边长大于15km：只能采取常规静态测量；：只能采取常规静态测量；u 边长在边长在1015km：快速静态测量或：快速静态测量或RTK模式；模式；u 边长边长510km：快速静态定位或：快速静态定位或RTK测量模式；测量模式；u 边长小于边长小于5km：采用：采用RTK方法或快速静态定位。方法或快速静态定位。u 地籍测量和土地勘测定界精度：地籍测量和土地勘测定界精度： 5cm 或或7.5cmu RTK技术使精度、作业效率、实时性达到了最佳的融技术使精度、作业效率、实时性达到了最佳的融合，为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方式。合，为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方式。u 采用

16、采用RTK方式进行碎部测量，与全站仪相比，速度快，方式进行碎部测量，与全站仪相比，速度快，作业效率高。作业效率高。u 它不要求通视，不需要频繁换站，减少了全站仪频繁它不要求通视，不需要频繁换站，减少了全站仪频繁换站所花的时间，而且可以多个流动站同时工作。换站所花的时间，而且可以多个流动站同时工作。u 据初步的应用分析，测量时间节省一半以上，测量精据初步的应用分析，测量时间节省一半以上，测量精度和可靠性都能满足要求。度和可靠性都能满足要求。 现在各大现在各大GPS生产厂家都推出了手持差分型生产厂家都推出了手持差分型GPS接收机，它轻便灵活，能记录点线、面等数接收机，它轻便灵活，能记录点线、面等数

17、据，可存储很多点的几何数据和属性特征。码相据，可存储很多点的几何数据和属性特征。码相位差分达位差分达2m5m精度，加分米级处理器定位精度，加分米级处理器定位精度高于精度高于1m，其精度完全满足土地利用变更调，其精度完全满足土地利用变更调查及其动态监测的精度要求。对于经济实力不是查及其动态监测的精度要求。对于经济实力不是很好，而又要长期大面积进行土地利用变更调查很好，而又要长期大面积进行土地利用变更调查和监测的单位，是一种首选的技术。和监测的单位，是一种首选的技术。u 网络网络RTK技术已经进入到实际应用阶段。国际上最大技术已经进入到实际应用阶段。国际上最大的的GPS厂商厂商TRIMBLE公司，已经开发出商用的网络公司，已经开发出商用的网络RTK系统软件系统软件VRS系统，深圳市和成都市建成了相系统，深圳市和成都市建成了相应的网络应的网络RTK系统。系统。u 根据研究，根据研究，PPP技术完全可以达到厘米级的定位精度，技术完全可以达到厘米级的定位精度，将在地籍测绘中大有作为。同将在地籍测绘中大有作为。同RTK比较，比