1、测量数据处理（优选）测量数据处理（优选）测量数据处理目录v前言前言v第一章第一章 GPSGPS定位原理概要定位原理概要v第二章第二章 坐标系、基准和参考框架坐标系、基准和参考框架v第三章第三章 GPSGPS静态定位在测量中的应用静态定位在测量中的应用v第四章第四章 技术设计技术设计v第五章第五章 布网和作业方法布网和作业方法v第六章第六章 GPSGPS测量常用数据格式测量常用数据格式v第七章第七章 GPSGPS基线解算基线解算v第八章第八章 GPSGPS基线向量网平差基线向量网平差v第九章第九章 GPSGPS高程测量高程测量v第十章第十章 技术总结技术总结前言vGPSGPS应用概述应用概述v课
2、程目的课程目的 v教学内容教学内容v教学要求及学习方法教学要求及学习方法GPS测量数据处理什么是GPS？GPS的英文全称是的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System，简称，简称GPS，有时也被称作有时也被称作NAVSTAR GPS。其意为其意为“导航星测时与导航星测时与测距全球定位系统测距全球定位系统”,或简称全球定位系或简称全球定位系统。统。全球定位系统（全球定位系统（GPS）是以卫星为基）是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天
3、）、全球性、（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。维坐标、速度和时间。GPS测量数据处理 前言各类精度指标：标准差，参数的相关性，点位误差（椭圆）（绝对），基线误差（椭圆）（相对）规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。二、GPS网布网作业准则GPS测量数据处理第九章第二节 GPS水准GPS测量数据处理第五章第3节 布设GP
4、S网时同步图形的推进方式Time(corr)=Time(r)-dT(r)当前的RINEX格式由6种文本文件所组成：088 92581.参考椭球的定位：为了将以大地水准面为基准的野外观测结果化算到这个表面上，必须将参考椭球面与大地水准面在位置上的关系确定下来，这个工作叫椭球定位。观测数据文件数据记录的说明第六节影响基线解算结果质量的几个主要因素及应对方法保持参考椭球的定位和定向不变，对椭球进行缩放，使得经过缩放之后的参考椭球的椭球面与独立坐标系所选定的平面相切。一、GPS网的精度等级R：平均重复设站次数；GPS观测数据文件示例第一节GPS静态定位在测量中的应用第三节 坐标系变换与基准变换人们为了
5、描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。课程目的 v了解和掌握利用了解和掌握利用GPS定位技术建立控制网的定位技术建立控制网的基本原理和方法基本原理和方法v了解和掌握了解和掌握GPS数据处理的基本原理和过程数据处理的基本原理和过程v了解商用数据处理软件及其使用了解商用数据处理软件及其使用 如：如：TGO软件（软件（Trimble Geomatics Office）GPS测量数据处理 前言 课程目的教学内容v教学内容教学内容GPS定位原理概述定位原理概述坐标系、基准和坐标系统坐标系、基准和坐标系统GPS静态定位在测量中的应用静态定位在测量中的应用GPS网
6、的技术设计及布网方法网的技术设计及布网方法GPS测量数据处理测量数据处理v基线解算基线解算vGPS高程高程vGPS基线向量网平差基线向量网平差GPS测量数据处理 前言 教学内容v要求要求掌握基本概念、基本理论掌握基本概念、基本理论了解软件的操作使用方法了解软件的操作使用方法v学习方法学习方法注意理论与实践相结合注意理论与实践相结合GPS测量数据处理 前言 教学要求及学习方法教学要求及学习方法第一章 GPS定位原理概述v第一节第一节 GPS系统的组成系统的组成 v第二节第二节 GPS信号信号 v第三节第三节 SPS和和PPSv第四节第四节 GPS定位的常用观测值定位的常用观测值 v第五节第五节
7、GPS定位的误差源定位的误差源 v第六节第六节 GPS定位方法定位方法 GPS测量数据处理第一节 GPS的系统组成vGPS系统由三部分组成系统由三部分组成空间部分空间部分（Space Segment）地面部分地面部分（Ground Segment）用户部分用户部分（User Segment）GPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述GPS的系统组成空间部分GPS卫星星座卫星星座设计星座：设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3颗活颗活动的备用卫星动的备用卫星 6个轨道面，平均轨道高度个轨道面，平均轨道高度2 0km，轨道倾角，轨道倾角55，周期，周期11h 58min（顾
8、及地球自转，（顾及地球自转，地球地球-卫星的几何关系每天提卫星的几何关系每天提前前4min重复一次）重复一次）保证在每天保证在每天24小时的任何时小时的任何时刻，在高度角刻，在高度角15以上，能以上，能够同时观测到够同时观测到4颗以上卫星颗以上卫星当前星座：当前星座：28颗颗GPS测量数据处理第一章第一节 GPS的系统组成GPS的系统组成地面控制部分GPS的地面控制部分的地面控制部分组成：组成：主控站（主控站（1个）个）监测站（监测站（5个）个）注入站（注入站（3个）个）作用：作用：监测和控制卫星运行监测和控制卫星运行编算卫星星历（导航编算卫星星历（导航电文）电文）保持系统时间。保持系统时间。
9、主控站监测站注入站大西洋太平洋印度洋GPS测量数据处理第一章第一节 GPS的系统组成GPS系统的用户设备部分v组成组成GPS信号接收机及辅助设备信号接收机及辅助设备v作用作用跟踪、捕获卫星信号跟踪、捕获卫星信号进行信号处理进行信号处理测定位置、速度和时间测定位置、速度和时间vGPS信号接收机的构成信号接收机的构成天线单元天线单元接收单元接收单元GPS信号接收机信号接收机天线单元天线单元接收单元接收单元GPS测量数据处理第一章第一节 GPS的系统组成GPS信号的基本组成部分（信号分量）信号的基本组成部分（信号分量）载波（载波（Carrier Phase）测距码（测距码（Ranging Code）
10、导航电文（导航电文（Navigation Message/Data Message）第二节 GPS信号GPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述GPS信号的生成基准频率基准频率卫星电文卫星电文卫星电文卫星电文GPS测量数据处理第一章第二节 GPS信号载波载波作用作用：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。类型类型目前目前L1：频率：频率：1575.43MHz，波长：，波长：19cmL2：频率：频率：1227.60MHz，波长：，波长：24cm现代化后现代化后增加增加L5：频率：频率：1176.45MHz，波长：，波长：26cmGPS卫星信号结构载波GPS测
11、量数据处理第一章第二节 GPS信号GPS卫星信号结构测距码测距码测距码属于伪随机噪声码属于伪随机噪声码 PRN码（码（Pseudo Random Noise）类型（目前）类型（目前）C/A（C1）码速：码速：1.023MHz码元长度：码元长度：293mP(Y)1、P(Y)2码速：码速：10.23MHz码元长度：码元长度：29.3m现代化后增加现代化后增加C2M1、M2(军用码军用码)GPS测量数据处理第一章第二节 GPS信号GPS卫星信号结构导航电文导航电文导航电文码速：码速：50bps内容：内容：广播星历广播星历（导航信息）（导航信息）卫星钟改正卫星钟改正历书（概略历书（概略星历）星历）电离
12、层信息电离层信息卫星健康状卫星健康状况况GPS测量数据处理第一章第二节 GPS信号第三节 SPS和PPSSPS与与PPSSPS 标准定位服务标准定位服务使用使用C/A码，民用码，民用2DRMS水平水平=100 m2DRMS垂直垂直=150-170 m2DRMS时间时间=340 nsPPS 精密定位服务精密定位服务可使用可使用P码，军用码，军用2DRMS水平水平=22 m2DRMS垂直垂直=27.7 m2DRMS时间时间=100 nsGPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述第四节 GPS定位的常用观测值v伪距伪距调制在调制在L1载波上的载波上的C/A码伪距码伪距调制在调制在L1、L2载波上的
13、载波上的P码伪距码伪距v载波载波L1载波相位观测值载波相位观测值L2载波相位观测值（半波或全波）载波相位观测值（半波或全波）v多普勒多普勒L1、L2载波上的多普勒频移载波上的多普勒频移GPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述第五节 GPS定位的误差源v与与GPS卫星有关的因素卫星有关的因素v与传播途径有关的因素与传播途径有关的因素v与接收机有关的因素与接收机有关的因素v其它因素其它因素GPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述误差的分类（按误差来源）与卫星有关的误差与卫星有关的误差卫星星历（轨道）误差卫星星历（轨道）误差卫星钟差卫星钟差相对论效应相对论效应与传播途径有关的误差与传播途径有
14、关的误差电离层延迟误差电离层延迟误差对流层延迟误差对流层延迟误差多路径效应多路径效应与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差接收机钟差接收机钟差接收机天线相位中心偏差接收机天线相位中心偏差其它因素其它因素GPS测量数据处理第一章第五节 GPS定位的误差源第六节 GPS定位方法GPS测量定位的分类测量定位的分类依定位时待定物体的依定位时待定物体的运动状态运动状态动态定位动态定位静态定位静态定位依定位模式依定位模式绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位）相对定位相对定位差分定位差分定位 依定位采用的观测值依定位采用的观测值伪距测量（伪距法定位）伪距测量（伪距法定位）载波相位测量载波相位测量 依时效
15、依时效实时定位实时定位事后定位事后定位GPS测量数据处理第一章 GPS定位原理概述第二章 坐标系、基准和参考框架v第一节第一节 坐标系坐标系 v第二节第二节 基准和参考框架基准和参考框架 v第三节第三节 坐标系变换与基准变换坐标系变换与基准变换v第四节第四节 GPS测量中常用的坐标系统测量中常用的坐标系统 GPS测量与数据处理第一节第一节 坐标系坐标系v一、概述v二、参考系v三、基本测量坐标系GPS测量数据处理第二章 坐标系、基准和参考框架一、概述一、概述v测量工作的基本任务是确定物体（某一个点）的空间位置。而对位置的描述是建立在某一个特定的空间框架之上的。所谓的空间框架就是通常所说的坐标系统
16、。v一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系v坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。v基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单位长度的定义。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系二、参考系二、参考系v点的位置是由以相对于一个预先定义的数学表面的坐标值所确定的。在大地测量中，该数学表面被称为基准，而相对于该基准的点位置由其坐标来确定。所以基准就是用作确定
17、点位置的参考的坐标面。这样的参考系可以建立在大地水准面、参考椭球面或一个平面上。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系地球的自然表面地球的自然表面v 地球的自然表面：地球的自然表面高低起伏，其形状十分复杂，如珠穆朗玛峰高达8848.13m，马里亚纳海沟深达11022m。海洋的面积占71%，陆地的面积占29%。可以用静止的海水面向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，得到包围地球的形体来代表地球的形体。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系水准面水准面v水准面：任何静止的液体表面称为水准面，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。铅垂线和水准面是测量工作所依据的线和面。随着高度的不同，水准面有无数个。平均海
18、水面是其中的一个。P离心力地球引力重力垂球铅垂线GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系大地水准面大地水准面v大地水准面：平均海水面向陆地、岛屿延伸而形成的封闭曲面。它所包围的形体叫大地体。v由于地球内部质量分布不均匀，使得地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个连续的封闭的但有微小起伏的不规则曲面，无法用数学模型来表示。地球自然表面大地水准面GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系地球形状的认识地球形状的认识v公元前6世纪毕达哥拉斯提出地圆说v公元前4世纪亚里士多德用物理方法验证了地圆说v18世纪证实的扁球说。长半轴 a=6378140米短半轴 b=6356755米a-
19、b=21385米扁度=298.2571baa方远远古古？圆球圆球扁球现代椭球现代椭球GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系参考椭球面参考椭球面v 参考椭球面：一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球体的表面。v椭球体的大小和大地体十分接近。参考椭球面可用数学模型表示。1、代表地球的数学表面；2、大地测量计算的基准面；3、研究大地水准面的参考面；4、地图投影的参考面。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系参考椭球面参考椭球面v 参考椭球的定位：为了将以大地水准面为基准的野外观测结果化算到这个表面上，必须将参考椭球面与大地水准面在位置上的关系确定下来，这个工作叫椭球定位。v世界各国都根据本国的地面测量成
20、果选择一种适合本国要求的参考椭球。与各国领域内的局部大地水准面最为接近。定大地原点：定向：短轴平行于地轴定位：大地体与椭球体相切定大小：椭球的基本元素一定ab大地水准面参考椭球面GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系为了准确描述地球椭球的形状为了准确描述地球椭球的形状，国际上综合了天文、大地、，国际上综合了天文、大地、重力、人卫等资料，给出了不重力、人卫等资料，给出了不同的同的参数，以适应于参数，以适应于各个国家的测量需求。各个国家的测量需求。克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球IAG-75椭球椭球WGS84椭球椭球GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系地球自然表面 地球的形状是一个南北极稍扁的，
21、类似于一个椭圆绕其短轴旋转的椭球体。测量工作的基准面是大地水准面，基准线是铅垂线测量计算的基准面是参考椭球面，基准线是法线大地水准面参考椭球面 地球的形状和大小水 准 面GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系三、基本测量坐标系三、基本测量坐标系1.概要2.大地坐标系3.空间直角坐标系4.平面直角坐标系GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系1.概要概要v坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。v人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。v一个坐标系是由原点位置、轴的指向和定义在坐标系下点位的参数（坐标分量）所确定的。v地面
22、坐标系的指向可以用它们的极、平面和轴来描述。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系2.大地坐标系大地坐标系大地坐标系是以参考椭球面为基准面以起始子午面和赤道面为参考面。NOS子午面起始子午面子午线赤道面纬线GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系*OPLBNSHP赤道面起始子午面P大地经度L 大地纬度B 大地高H例：武汉某点的位置是东经114，北纬30。GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系3.空间直角坐标系空间直角坐标系ZYXONS空间直角坐标系的建立起始子午面北极赤道面GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系*空间直角坐标系与大地坐标系的关系ZOYXPLBxzyHPGPS测量数据处理第二章第一
23、节 坐标系4.平面直角坐标系平面直角坐标系v当测区范围较小时（小于 100km2），常把球面看作平面，这样地面点在投影面上的位置就可以用平面直角坐标系来确定。v正规的平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或大地坐标）通过某种数学变换投影到平面上。这种变换又称为投影变换。v常见的投影变换高斯-克吕格投影（也称高斯投影）UTM投影Lambuda投影GPS测量数据处理第二章第一节 坐标系第二节第二节 基准和参考框架基准和参考框架 v一、基准v二、参考框架GPS测量数据处理第二章 坐标系、基准和参考框架一、一、基准基准v基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面。v在大地测量中，基准是指
24、用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。v平面和垂直基准都广泛应用于测量中。GPS测量数据处理第二章第二节 基准和参考框架 v水平基准大地基准定义一个基于椭球的基准需要5个元素。项目基准常见于工程项目，即独立坐标系。v垂直基准是一个用于确定高程的参考系。GPS测量数据处理第二章第二节 基准和参考框架 二、参考框架二、参考框架v虽然坐标系的定义非常明确，但在实践中却无法直接使用定义坐标系（或基准）的要素（如原点、坐标轴指向、参考面等），而是通过一些高等级的控制点来与相应坐标系产生联系的，也就是说这些控制
25、点实际上是其对应的坐标系（或基准）的外在表现，它们实际上就是一种朴实的坐标参考框架。GPS测量数据处理第二章第二节 基准和参考框架 第三节第三节 坐标转换基准变换坐标转换基准变换v坐标系变换就是在不同的坐标表示形式间进行变换。v基准变换是指在不同的参考基准间进行变换。v一、坐标系的变换方法坐标系的变换方法v二、基准转换方法二、基准转换方法 GPS测量数据处理第二章 坐标系、基准和参考框架一、坐标系的变换方法一、坐标系的变换方法v相同基准下的坐标转换是指在不同坐标形式间进行变换。1.空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换 2.空间直角坐标系与站心地平坐标系间的转换 3.空间坐标系与平面直角坐标系
26、间的转换GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换1.1.空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换在相同的基准下，将空间大地坐标转换为空间直角坐标公式为：LBHNXcoscos)(LBHNYsincos)(BHbaNBHeNZsinsin)1(222 其中：N 为卯酉圈的半径，BeaN22sin1 2222abae，a为地球椭球长半轴；b为地球椭球的短半轴。GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换在相同的基准下，将空间直角坐标转换成为空间大地坐标的公式为：XYLarctan)1()()(arctan22HeNYXHNZB 21sineNBZH
27、在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法，先利用下式求出 B 的初值 22arctanYXZE 然后，利用该初值在求定 H、N 的初值，再利用所求出的 H 和 N 的初值再次求定 B 值。GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换将空间直角坐标转换成为空间大地坐标也可以采用如下的直接算法：XYLarctan 322232cossinarctanaeYXbeZB NBYXHcos22 其中：2222bbae bYXaZ22arctan GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换2.空间直角坐标系与站心地平坐标系间的转换空间直角坐标系与站心地平坐标系间的转换sinsincossinco
28、s0cossincossinsincossin000TTZYXZYXTHNEAAAAAA为：其中旋转矩阵GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换3.空间坐标系与平面直角坐标系间的转换空间坐标系与平面直角坐标系间的转换v正规的平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或大地坐标）通过某种数学变换投影到平面上。这种变换又称为投影变换。v通常，在测量和测图中采用的是正形投影。常用的正形投影类有：圆锥投影，如：Lambert投影方位投影，如：球面投影圆柱投影，如：通用横轴默卡托投影（UTM）v在我国一般采用的是高斯投影。GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换高斯高斯克吕格
29、投影克吕格投影v椭圆柱面：可展面椭圆柱面：可展面v将一个椭圆柱面横向切将一个椭圆柱面横向切于一条子午线于一条子午线(称中央称中央子午线子午线)上，椭球赤道上，椭球赤道与柱面相交成直线。与柱面相交成直线。我国国家基本地形图法定为我国国家基本地形图法定为高斯高斯克吕格投影克吕格投影GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系/高斯平面直角坐标系的建立是采用横轴椭圆柱等角投影方法。如图，投影时设想把一个横椭圆柱，套在椭圆球的外面，使横椭圆柱的中心轴通过椭圆球的中心，与椭圆球的某一子午线相切，这条子午线称为中央子午线。NS中央子午线oGPS测量数据处理第二章第三
30、节 坐标转换基准变换v中央子午线投影到投影面上；扩大赤道面与横椭圆柱相交，这条交线必与中央子午线相垂直。沿过N或S的母线切开并展平后，这两条直线是正交的。所以，把交点作为原点，中央子午线作为纵坐标轴X轴，把赤道的投影作为横坐标轴Y轴。这样就构成了高斯平面直角坐标系。（如图）XYOGPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换二、基准转换方法二、基准转换方法v不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换。转换方法最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法。v七参数转换法是：设两空间直角坐标系间有七个转换参数3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换
31、OBZBXBYBOAYAZAXAxYZCXCAXCBX0 若：TAAAZYX为某点在空间直角坐标系 A 的坐标；TBBBZYX为该点在空间直角坐标系 B 的坐标；TZYX000为空间直角坐标系 A 转换到空间直角坐标系 B 的平移参数；ZYX为空间直角坐标系 A 转换到空间直角坐标系 B 的旋转参数；m为空间直角坐标系 A 转换到空间直角坐标系 B 的尺度参数。GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换北京-54大地坐标（B、L、H）北京-54空间直角坐标（X、Y、Z）参数转换计算七参数计算三参数三个已知点一个已知点投影平面坐标（X、Y、H
32、）坐标投影投影参数设置WGS84大地坐标（B、L、H）WGS84空间直角坐标（X、Y、Z）投影平面坐标（X、Y、H）坐标投影坐标转换过程图坐标转换过程图GPS测量数据处理第二章第三节 坐标转换基准变换第四节第四节 GPS测量中常用的坐标系测量中常用的坐标系v一、WGS84坐标系v二、国际地球参考框架v三、1954年北京坐标系v四、1980年西安大地坐标系GPS测量数据处理第二章 坐标系、基准和参考框架一、一、WGS84坐标系坐标系（World Geodetic System-1984）v目前GPS采用的坐标系统，广播星历基于此坐标系v现在的NIMA（U.S.National Mapping&I
33、maging Agency）建立和维持，以前称DMA（Defense Mapping Agency）v有三个实现的版本WGS84WGS84（G730）WGS84（G873）GPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系vWGS-84大地坐标系的几何定义：原点：地球质心Z轴：指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点Y轴：与Z轴，X轴构成右手坐标系v对应的WGS-84椭球的四个基本常数：参考椭球长半轴（a)：6378137m扁率(f)：1/298.257223563（导出自地球重力场模型正常化二阶带谐系数：-484.16
34、685 x 10-6）地心引力常数（GM）：3986005 x 10-8 m3/sec2地球自转角速度（）：7292115 x 10-11 rad/secGPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系二、国际地球参考框架二、国际地球参考框架v国际地球参考框架（ITRF-International Terrestrial Reference Frame）是由IERS中心局(CB-Central Bureau)的地球参考框架部所建立并维护的，它代表的是国际地球参考系统(ITRS-International Terrestrial Reference System)。的原点位于包含海洋和大
35、气在内的整个地球的质心，ITRS是通过一组IERS观测站的坐标和速度估值来实现的。ITRS使用国际标准米作为使用引力相对论定义的局部框架下长度单位。根据IAU和IUGG的决议，ITRS轴的指向与1984.0时的BIH系统轴的一致性在3毫弧秒(mas)之内，而ITRF定向中的时间演进相对于地壳没有残余的旋转。GPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系vITRF的实现最初是建立在由诸如甚长基线干涉测量(VLBI)、激光测月（LLR）和激光测卫（SLR）等空间测地技术的观测值所导出的一组测站坐标(SSC)和速度之上的。后来，IERS对方法进行了扩充，在1991年，包含进了GPS，199
36、4年，又包含进了与卫星集成的多普勒轨道和无线电定位（DORIS）。IERS按时求取ITRF的年度解，从1988年起，IERS已经演化出了许多ITRF解，即ITRF-97、96和94到88。目前正在使用的ITRF成果被称为ITRF-2000。GPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系三、三、1954年北京坐标系年北京坐标系v我国目前采用的两个国家大地坐标系是1954年北京坐标系和1980年西安大地坐标系。v1954年北京坐标系源自前苏联1942大地坐标系。v1954年北京坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，椭球参数为:va=6378245m，f=1/298.3v该坐标系是与前苏
37、联的坐标系进行联测，通过计算而建立的。GPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系1954年北京坐标系存在着很多缺点，主要表现在以下几个方面：1.克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。2.椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO极，也不指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达60余米，最大达67米。3.该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接
38、合部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。GPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系四、四、1980年西安大地坐标系年西安大地坐标系v1978年以后，建立了1980年国家大地坐标系，其大地原点设在我国中部：陕西省泾阳县永乐镇。v1980年国家大地坐标系是采用了新的椭球元素进行定位定向，所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推荐值，它们是v根据上面所给的参数，可算出1980年西安大地坐标系所采用的参考椭球的扁率为：153
39、2231410292115.71008263.110986005.36378140sradJsmGMma257.2981fGPS测量数据处理第二章第四节 GPS测量中常用的坐标系第三章第三章 GPS静态定位在测量中的应用静态定位在测量中的应用 v第一节 GPS静态定位在测量中的应用v第二节 布设GPS基线向量网的工作步骤 GPS测量数据处理第一节第一节GPS静态定位在测量中的应用静态定位在测量中的应用v一、GPS测量的特点v二、GPS测量所涉及的主要问题v三、GPS数据处理所涉及的主要问题GPS测量数据处理第三章 GPS静态定位在测量中的应用 一、一、GPS测量的特点测量的特点v测量精度高v选
40、点灵活、不需要造标、费用低v全天侯作业v观测时间短v观测、处理自动化v可获得三维坐标GPS测量数据处理第三章第一节 GPS静态定位在测量中的应用二、二、GPS测量所涉及的主要问题测量所涉及的主要问题v测量计划需要考虑的问题v出测前硬件和软件的准备v外业操作的具体要求v采集的外业数据的确认和检核v室内计算GPS测量数据处理第三章第一节 GPS静态定位在测量中的应用三、三、GPS数据处理所涉及的主要问题数据处理所涉及的主要问题v采用什么样的软件进行求解v计算出来的结果是什么v结果的精度、可靠性如何v如何提高基线向量解的精度v在WGS-84坐标系下进行无约束网平差v约束平差v质量控制GPS测量数据处
41、理第三章第一节 GPS静态定位在测量中的应用第二节第二节布设布设GPS基线向量网的工作步骤基线向量网的工作步骤v一、测前工作v二、测量实施v三、测后工作GPS测量数据处理第三章 GPS静态定位在测量中的应用 一、测前工作一、测前工作v项目规划测区位置及其范围用途和精度等级点位分布及点的数量提交成果的内容时限要求投资经费v技术设计v测绘资料的搜集与整理v仪器的检验v踏勘、选点埋石GPS测量数据处理第三章第二节 布设GPS基线向量网的工作步骤二、测量实施二、测量实施v实地了解测区情况v卫星状况预报v确定作业方案v外业观测v数据传输与转储v基线处理与质量评估v重复“确定作业方案”、“外业观测”、“数
42、据传输转储”及“基线处理与质量评估”四步，直至完成所有GPS观测工作GPS测量数据处理第三章第二节 布设GPS基线向量网的工作步骤三、测后工作三、测后工作v结果分析（网平差处理与质量评估）v技术总结v成果验收GPS测量数据处理第三章第二节 布设GPS基线向量网的工作步骤第四章第四章 技术设计技术设计v第1节技术设计的作用v第2节技术设计的内容 GPS测量数据处理第第1 1节节 技术设计及其作用技术设计及其作用v在布设GPS网时，技术设计是非常重要的。精心的计划可以最大限度地确保测量能用合理的时间和预算达到所需的精度。v技术设计提供了布设GPS网的技术准则，是作业、数据处理的技术依据。GPS测量
43、数据处理第四章 技术设计vGPS测量的技术设计是进行GPS定位测量的最基本性工作，它是依据国家有关规范（规程）及GPS网的用途、用户的要求等对测量工作的网形、精度及基准等的具体设计。v技术设计时必须考虑下列因素：网的定义：大小形状、点的数量、通视的要求现有的（已知）点的间隔对水平和垂直测量精度要求和标准GPS测量数据处理第四章第一节 技术设计及其作用第第2 2节节 技术设计的内容技术设计的内容v项目来源v测区概况v工程概况v技术依据v现有测绘成果v施测方案v作业要求v观测质量控制v数据处理方案v提交成果要求GPS测量数据处理第四章 技术设计项目来源项目来源v介绍项目的来源、性质。即项目由何单位
44、、部门下达、发包，属于何种性质的项目。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容测区概况测区概况v介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。v这可为今后工程施测工作的开展提供必要的信息。如在施测时:作业时间、交通工具的安排电力设备使用的安排通讯设备的使用的安排 GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容工程概况工程概况v介绍工程的目的、作用、要求、GPS网等级（精度）、完成时间、有无特殊要求等。v这是在进行技术设计、实际作业和数据处理中所必须要了解的信息。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容技术依据技术依据v介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标
45、准及相关的技术要求等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容现有测绘成果现有测绘成果v介绍测区内及与测区相关地区的现有测绘成果的情况。如已知点、测区地形图等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容施测方案施测方案v介绍测量采用的仪器设备的种类、采取的布网方法等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容作业要求作业要求v规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容观测质量控制观测质量控制v介绍外业观测的质量要求，包括质量控
46、制方法及各项限差要求等。如数据删除率、RMS值、RATIO值、同步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容数据处理方案数据处理方案v详细的数据处理方案，包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。v对于基线解算的数据处理方案，应包含如下内容：基线解算软件、参与解算的观测值、解算时所使用的卫星星历类型等。v对于网平差的数据处理方案，应包含如下内容：网平差处理软件、网平差类型、网平差时的坐标系、基准及投影、起算数据的选取等。GPS测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容提交成果要求提交成果要求v规定提交成果的类型及形式。GPS
47、测量数据处理第四章第二节 技术设计的内容第五章第五章 布网和作业方法布网和作业方法v第1节GPS基线向量网的等级v第2节GPS基线向量网的布网形式v第3节布设GPS网时同步图形的推进方式v第4节布设GPS基线向量网时的设计指标v第5节GPS网的设计准则v第6节GPS测量勘察v第7节GPS测量的观测计划v第8节GPS静态测量：外业过程GPS测量数据处理第第1节节 GPS基线向量网的等级基线向量网的等级v一、GPS网的精度等级v二、影响GPS网精度的因素：网的综合质量GPS测量数据处理第五章 布网和作业方法vGPS基线向量网 GPS网由GPS基线向量构成一般要求网中所有的图形都是闭合的1-长安02
48、2-2000143-横岗山4-2000135-黄田机场重力基点6-大岭山047-广深惠298-黄石29-公明重力基点10-新大211-黄石612-I 广深惠43基13-蛇口体育中心重力基点14-南头环215-大南山17-大朗0819-松新9基20-石公321-公南1123-松新1624-白布825-I广深惠5126-观龙327-塘厦0322-黄江0328-库桂329-龙深430-I广深惠5531-龙坪22基32-笔架山33-I广深惠6434-龙坪3135-清溪1036-凤岗0337-I广深惠7438-清溪0639-20001140-龙坪1141-20001242-龙松143-龙坪444-200
49、0345-2000846-2000747-龙三1148-I广深惠81基49-无名50-横坪751-20001052-坪罗支453-I广深惠8754-2000955-松坪1156-I广深惠9657-2000658-2000559-葵大2060-葵大661-英管山62-2000463-2000165-葵大15-166-2000267-虎门0168-厚街0669-黄江0170-清溪0271-I穗普39-172-I广深惠11873-I广惠5374-樟木头0175-求水坳76-I穗普43-164-葵大16基深圳级网联网图GPS AB、10.00.020.030.040.050.060.070.080.0
50、80.090.0100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.070.010.00.020.030.040.050.060.070.080.080.090.0100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.070.0GPS测量数据处理第五章第1节 GPS基线向量网的等级一、一、GPS网的网的精度等级精度等级vGPS网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为：网中相邻点间的距离中误差(mm)；a：固定误差(mm)；b：比例误差(ppm)；D：相邻点间
