1、GPS测量基础陈晓岩南方测绘GPSGPS和常规测量定位的区别和常规测量定位的区别n平面定位的区别 宏观和微观的区别 概念：椭球、坐标系、投影、我国常用 的坐标系统，坐标转换n高程定位的区别 高程基准、高程异常、我国常用的高程 基准 大地基准1、大地基准n基准的概念n地球的运动n目前我国常用的坐标系统n常用坐标系间的坐标换算n国家平面控制网的布设概况 大地基准 基准的概念n坐标：一组有序实数，表示n维欧氏空间中的一个点。n坐标系：确定地面点或空间目标的位置所采用的参考 系（参照物）。n基准：将几何坐标系按一定的关系放入物理坐标系中的一组必要参数。n日心坐标系 天球坐标系 地心坐标系 站心坐标系
2、地心大地坐标系 地心坐标系 地心直角坐标系 地球坐标系 参心坐标系 参心大地坐标系 参心直角坐标系大地测量常用坐标系 目前我国常用的坐标系统n1980西安坐标系n1954年北京坐标系nWGS-84大地坐标系n新1954年北京坐标系（新54系）n独立坐标系（地方坐标系）n开始定义为“1980国家大地坐标系”。1982 年，经天文大地网整体平差建立，全网共48433点。属参心坐标系,IAG-75椭球（IAG国际大地测量学协会），长半轴 a=6378140m;扁率=1/298.257，原点在陕西省泾阳县。椭球定位：1.椭球短轴平行于地球地轴（由地球质心指向1968.0JYD方向）；2.起始子午面平行
3、于格林威治天文台平均子午面；3.椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。1980西安坐标系 大地基准 目前我国常用的坐标系统 1954年北京坐标系 50年代从前苏联引入（1942年普尔科夫坐标系），未进行整体平差，属参心坐标系,克拉索夫斯基椭球体，长半轴 a=6378245m;扁率=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。主要缺点：1.长半轴约大了108m；2.椭球定位西高东低，东部高程异常达67m；3.不同区域接边处大地点坐标差达12m。WGS-84大地坐标系 美国国防部研制确定的大地坐标系，Z轴指向BIH（国际时间局）1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向零子午面与CTP赤道
4、交点，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。长半轴 a=6378137m;扁率=1/298.257223563。属地心坐标系，原点在地球质心。新1954年北京坐标系（新54系）属于参心大地坐标系椭球的几何参数同“54系”a=6378245m；=1/298.3大地原点及椭球轴向同“80系”高程基准面为1956年黄海平均高程面点的坐标与“54系”接近，精度同“80系”独立坐标系（地方坐标系）为了减少投影变形或满足保密需要，也可使用独立（地方）坐标系，坐标原点一般在测区或城区中部，投影面多为当地平均高程面。目前我国常用的坐标系统n大地坐标系n平面直角坐标系大地坐标n大地纬度B过P点的子午面与起始子午面间的夹
5、角。由格林尼治子午线起算，东正西负。n大地经度L在P点的子午面上，P点的法线PKP与赤道面的夹角。由赤道起算，北正南负。平面直角坐标系 赤道赤道中央子午线中央子午线500 kmO xy O大地基准 目前我国常用的坐标系统n高斯平面直角坐标 经高斯克吕格正形投影，将椭球面上的点转换到平面上，用直角坐标（x,y）表示。中央子午线投影到平面上是一直线，作为纵坐标轴；赤道投影到平面上也是一直线，作为横坐标轴；中央子午线和赤道交点的投影像是坐标原点。xy0XYP（x,yx,y）高斯投影分带（山东省的经度为114 45122 40）常用坐标系间的坐标换算n严密平差法（用本网的观测数据，另网的起算点）n公式
6、严密换算法（80系新54系）n转换模型法（七参数法）大地基准 国家平面控制网的布设概况国家平面控制网的布设概况n一等三角锁的布设国家平面控制网的布设概况n二等三角网的布设国家平面控制网的布设概况n二等补充网的布设国家平面控制网的布设概况n精密导线网的布设 国家平面控制网的布设概况n国家GPS A级网l 国家GPS A级网,1992年8月由国家测绘局布测完成，共 27点，平均边长800km，基线水平分量精度为25cm,相对精度1 3 10-8-8;垂直分量精度为10cm，相对精度为0.5 1 10-7-7，ITRF（国际地球参考框架）91框架。l 2019年5月对A级网进行了复测。由30个主点和
7、22个副点组成，基线水平分量精度优于 4mm+3 10-9，相对精度为2 10-8；垂直分量精度优于 8mm+4 10-9，相对精度为7 10-8，ITRF93框架。大地基准 国家平面控制网的布设概况n国家GPS B级网l国家GPS B级网,2019年国家测绘局完成布测与平差，共756点，其中重合 A级网27点、多普勒网 15点、天文大地网150点、水准网456点、验潮站17点，基线水平分量精度优于4 10-7-7;垂直分量精度优于8 10-7-7，平均边长：东部 70100 km，西部：150200 km，ITRF93框架。高程基准n目前，我国实际采用的高程系统为正常高，即地面点 A至似大地
8、水准面的距离。大地高A正高正常高高程异常大地水准面差距自然表面大地水准面似大地水准面椭球表面 高程基准n1956年黄海高程系 水准原点设在观象山，采用19501956年7年的验潮结果计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.289m。n1985国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系，采用19521979年共28年的验潮结果，并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正，计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.260m。高程基准 我国水准网的布测情况n50年来，进行了三期高精度水准测量。n第一期水准网（19511969）：布测了一、二等水准网。一等线路36条，6个闭合环，2
9、.9万km，二等13万km。n第二期水准网（19771984）：一等线路 289条，186 个结点组成100个闭合环，93360 km，标石20190座；二等 1139条，总长度136,368 km，标石33238座。n第二期水准复测网（19912019）：全部一等网和局部二等网。一等线路245条（设计273），77个闭合环（设计99），85,452 km（设计9.4万），验潮站45个。我国高程异常图我国高程异常图我国测绘基准存在的问题n天文大地网n不能满足军事上对地心坐标系的需求。n精度与现代大地测量手段(GPS)相比不匹配,导致使用GPS时的精度损耗。n1954年北京坐标系及 1980西安
10、坐标系与 ITRF（国际地球参考框架）或WGS-84无明确的对应关系。我国测绘基准存在的问题nGPS空间网n密度不够，使城市GPS控制网以及工矿独立网难以连接到国家GPS控制网系统。n标石破坏严重，并且这种情况还在继续。n参心坐标系，分量与 ITRF有 100m以上的偏差，54坐标系采用克拉索夫斯基椭球，长半轴 a值也相差100m以上。n以上原因直接影响到GPS在我国的推广应用（包括范围、规模）。我国测绘基准存在的问题n高程基准n复测周期过长（710年），现势性不强，由于地壳运动、地下水过量开采引起的地面下沉，使许多国家高精度水准点无法在实际生产中起到高程控制的作用（如：苏、杭、无锡的例子，以及浙江的跨海大桥工程）。n以单站（青岛验潮站）为高程起算点，而我国海岸线数千公里。n标石破坏严重（主要由于公路建设等）。谢谢
