1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。測量學(xué)課程簡介-第十五章“3S”技術(shù)簡介本章摘要：本章簡單介紹GPS全球定位系統(tǒng)的組成，GPS測量坐標(biāo)系、GPS定位原理、GPS測量的實(shí)施、實(shí)時(shí)GPS的應(yīng)用、GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感技術(shù)及“3S”集成技術(shù)的應(yīng)用?！?S”是中國科學(xué)家按照GPS、GIS、RS字尾均為S，而這三者關(guān)系日趨緊密結(jié)合構(gòu)成的一個(gè)對地觀測、處理、分析、制圖系統(tǒng)。國外地學(xué)科學(xué)家也認(rèn)為GPS、GIS、RS的結(jié)合與集成是從整體上解決空間對地觀測的理想手段。GPS是授時(shí)與測距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)（NavigationSystemTim

2、ingandRanging/GlobalPositioningSystem）的簡稱；GIS是地理信息系統(tǒng)或地學(xué)信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）的簡稱；RS是遙感（RemoteSensing）的簡稱。“3S”技術(shù)通常指GPS、GIS、RS三者的集成技術(shù)。全球定位系統(tǒng)（GPS）是利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號進(jìn)行導(dǎo)航定位，具有全球性、全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航、定位、測速和授時(shí)功能，以及良好的保密性和抗干擾性。地理信息系統(tǒng)（GIS）是指與所研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息。它是表示地表物體及環(huán)境固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、屬性、規(guī)律和相互聯(lián)系的數(shù)字、文字、音像和

3、圖形等的總稱。遙感技術(shù)（RS）是利用光譜學(xué)、光電子學(xué)和電子技術(shù)從高空或遠(yuǎn)距離平臺上，利用電磁波的探測儀器，獲得接收物體輻射及反射的電磁波信息，經(jīng)信息處理，測定被測物體的性質(zhì)、形狀位置和動態(tài)變化。15-1GPS全球定位系統(tǒng)的組成摘要內(nèi)容：介紹GPS全球定位系統(tǒng)的空間星座部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分。講課重點(diǎn)：GPS全球定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備部分。講課難點(diǎn)：GPS全球定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備部分。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、空間星座部分1.GPS衛(wèi)星星座布設(shè)方案保證在世界任何地方、任何時(shí)間，都可進(jìn)行實(shí)時(shí)三維定位。（說明：GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，其中有21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。工作衛(wèi)星分布在6個(gè)近似

4、圓形軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對地球赤道面的傾角為55。各軌道面升交點(diǎn)赤經(jīng)相差60。軌道平均高度為20200km。衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。衛(wèi)星同時(shí)在地平線以上的情況至少有4顆，最多可達(dá)11顆。）2.GPS衛(wèi)星功能（1）接收并存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息；（2）接收并執(zhí)行主控站發(fā)出的控制命令，如調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，啟用備用衛(wèi)星等；（3）向用戶連續(xù)發(fā)送衛(wèi)星導(dǎo)航定位所需信息，如衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星健康狀態(tài)及衛(wèi)星信號發(fā)射時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)等。二、地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分是由分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的五個(gè)地面站組成。按功能可分為監(jiān)測站、主控站和注入站三種。地面監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)是由主控

5、站控制，地面站之間由現(xiàn)代化通信系統(tǒng)聯(lián)系。三、用戶設(shè)備部分1.主要任務(wù)捕獲衛(wèi)星信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號（GPS衛(wèi)星是以廣播方式發(fā)送定位信息。）2.分類（1）按用途導(dǎo)航型接收機(jī)、測地型接收機(jī)、授時(shí)型接收機(jī)、姿態(tài)測量型接收機(jī)。（2）按接收機(jī)通道數(shù)多通道GPS接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)、多路復(fù)用通道接收機(jī)。3.設(shè)備用戶設(shè)備是指用戶GPS接收機(jī)。GPS接收機(jī)是一種被動式無線電定位設(shè)備，在全球任何地方只要能接收到4顆以上GPS衛(wèi)星的信號，實(shí)現(xiàn)三維定位、測速、測時(shí)。GPS接收機(jī)組成：GPS接收機(jī)天線、GPS接收主機(jī)和電源三部分組成。其主要功能是接收GPS衛(wèi)星信號并經(jīng)過信號放大、變頻、鎖相處理，測定出GPS信號從

6、衛(wèi)星到接收機(jī)天線間的傳播時(shí)間，解釋導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)計(jì)算GPS天線所在位置（三維坐標(biāo)）及運(yùn)行速度。在精密定位測量工作中，一般均采用大地型雙頻接收機(jī)或單頻接收機(jī)。用于精密定位測量工作的GPS接收機(jī)，其觀測數(shù)據(jù)必需進(jìn)行后處理，因此必須配有功能完善的后處理軟件，才能求得所需測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。15-2GPS坐標(biāo)系統(tǒng)摘要內(nèi)容：介紹GPS全球定位系統(tǒng)的坐標(biāo)系。講課重點(diǎn)：WGS-84坐標(biāo)系、三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換模型。講課難點(diǎn)：三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換模型。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、WGS-84坐標(biāo)系幾何定義：WGS-84世界大地坐標(biāo)系就是以國際時(shí)間局1984年第一次公布的瞬時(shí)地極（BIH1984.0）作為基準(zhǔn)，建立的地

7、球瞬時(shí)坐標(biāo)系，嚴(yán)格來講屬準(zhǔn)協(xié)議地球坐標(biāo)系。物理定義：它擁有自己的重力場模型和重力計(jì)算公式，可以算出相對于WGS-84橢球的大地水準(zhǔn)面差距。（說明：由于GPS是全球性的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其坐標(biāo)系統(tǒng)必須是全球性的。它是通過國際協(xié)議確定的，通常稱為協(xié)議地球坐標(biāo)（CoventionalTerrestrialSystem-CTS）。GPS測量中所使用的協(xié)議地球坐標(biāo)系統(tǒng)稱為WGS-84坐標(biāo)系（WorldGeodeticsystem）。幾何定義是：原點(diǎn)是地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。CT

8、P是協(xié)議地球極（ConventionalTerrestrialPole）的簡稱；由于極移現(xiàn)象的存在，地極的位置在地極平面坐標(biāo)系中是一個(gè)連續(xù)的變量，其瞬時(shí)坐標(biāo)（XP，YP）由國際時(shí)間局（BureauInternationaldeIHeure簡稱BIH）定期向用戶公布。）二、GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換1.GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換意義在城市、礦山等區(qū)域性的測量工作中，需要將GPS測量成果，換算到用戶所采用的區(qū)域性坐標(biāo)系統(tǒng)；或者為了改善已有的經(jīng)典地面控制網(wǎng)，確定GPS網(wǎng)與經(jīng)典地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，需要進(jìn)行兩網(wǎng)的聯(lián)合平差。2.三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換模型（1）轉(zhuǎn)換模型用于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型，主要有布爾沙沃爾夫（Bursa-Wolf）

9、模型、維斯（Veis）模型和莫洛金斯基巴代卡斯（Molodensky-Badekas）模型。這些模型，雖表達(dá)形式略有差異，但它們都是等價(jià)的。（說明：由于GPS網(wǎng)和地面網(wǎng)所取坐標(biāo)系的基準(zhǔn)不同（即原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸定向和尺度的差異），以及觀測誤差的影響，兩網(wǎng)同名點(diǎn)的坐標(biāo)值將是不同的。）（2）大地坐標(biāo)、GPS坐標(biāo)經(jīng)典地面網(wǎng)三維坐標(biāo)，通常都是在參心坐標(biāo)系中，以大地坐標(biāo)的形式表示的，設(shè)為（B,L,H）T，其中BT為大地緯度，LT為大地經(jīng)度，HT為大地高。GPS網(wǎng)三維坐標(biāo)，一般是在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，以空間直角坐標(biāo)或大地坐標(biāo)的形式給出的，設(shè)為（X,Y,Z）s或（B,L,H）s。（3）網(wǎng)的三維聯(lián)合平差網(wǎng)的三維聯(lián)

10、合平差，原則上可以在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以在三維大地坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行。通常以在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行為宜。將地面網(wǎng)的已知大地坐標(biāo)，按以一定系式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的空間直角坐標(biāo)。一般包括兩類參數(shù)：基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)（通過這些參數(shù)，將兩個(gè)具有不同基準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)化為一致）；網(wǎng)的配合參數(shù)（因?yàn)榫W(wǎng)的定向和尺度，除與網(wǎng)的基準(zhǔn)有關(guān)外，還可能含有系統(tǒng)性觀測誤差的影響，為此，尚應(yīng)引入相應(yīng)的參數(shù)，以使兩網(wǎng)通過聯(lián)合處理達(dá)到最佳的配合。）15-3GPS定位原理摘要內(nèi)容：介紹GPS全球定位原理。講課重點(diǎn)：GPS定位方法。講課難點(diǎn)：相對定位。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：1.GPS定位方法GPS定位方法主要有偽距法定位、載波相位測量定位和G

11、PS差分定位。對于待定點(diǎn)位，根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。（說明：靜態(tài)定位是指用GPS測定相對于地球不運(yùn)動的點(diǎn)位，GPS接收機(jī)安置在該點(diǎn)上接收數(shù)分鐘甚至更長時(shí)間，以確定其三維坐標(biāo)，又稱為絕對定位；動態(tài)定位是確定運(yùn)動物體的三維坐標(biāo)。若將兩臺或兩臺以上GPS接收機(jī)分別安置在固定不變的待定點(diǎn)上，通過同步接收衛(wèi)星信息號，確定待測點(diǎn)間的相對位置，稱為相對定位。）2.偽距測量偽距測量就是測定衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，即由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得的距離。（說明：衛(wèi)星時(shí)鐘產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)偽隨機(jī)碼，與衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)碼模二相加后，調(diào)制在載波上向地面發(fā)送，經(jīng)過時(shí)間的延遲到達(dá)接收機(jī)天線

12、；接收機(jī)在自己的時(shí)鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)與衛(wèi)星偽隨機(jī)碼一樣的測距碼，稱為復(fù)制碼，并通過延時(shí)器使其延遲時(shí)間。將衛(wèi)星傳來的測距碼和接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的復(fù)制碼送入相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)處理。）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)改正因素：衛(wèi)星鐘的改正數(shù)、接收機(jī)鐘的改正數(shù)、電離層折射改正與對流層折射改正。這樣在任何一個(gè)觀測瞬間用戶至少要同時(shí)測定四顆衛(wèi)星的距離，以便解算出四個(gè)未知數(shù)。3.相對定位GPS相對定位，也叫差分GPS定位。（說明：相對定位的最基本情況是用兩臺GPS接收機(jī)，分別安置在基線的兩端，并同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對位置或基線向量。（1）是精度最高的一種定位方法，它廣泛地應(yīng)用于大地測量、精密工程測量

13、、地球動力學(xué)的研究和精密導(dǎo)航。這種方法一般可推廣到多臺接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過同步觀測GPS衛(wèi)星，以確定多條基線向量的情況。（2）因?yàn)樵趦蓚€(gè)觀測站或多個(gè)觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等，對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，所以利用這些觀測量的不同組合，進(jìn)行相對定位，便可有效地消除或減弱上述誤差的影響，從而提高相對定位的精度。（3）靜態(tài)相對定位，即設(shè)置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)是固定不動的，這樣便可能通過連續(xù)觀測，取得充分的多余觀測數(shù)據(jù)，以改善定位的精度。靜態(tài)相對定位，一般均采用載波相位觀測值（或測相偽距）為基本觀測量。實(shí)踐表明，對

14、中等長度的基線（100km500km），其相對定位精度可達(dá)10-610-7，甚至更好些。（4）動態(tài)相對定位，是用一臺接收機(jī)設(shè)在基準(zhǔn)站上固定不動，另一臺接收機(jī)要設(shè)在運(yùn)動載體上，兩臺接收機(jī)同步觀測相同的衛(wèi)星，以確定運(yùn)動點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置。動態(tài)相對定位根據(jù)觀測量不同通?？煞譃橐詼y碼偽距和以測相偽距為觀測量的動態(tài)相對定位；根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法，通常分為實(shí)時(shí)處理和測后處理。）4.載波相位測量載波相位測量是測定GPS衛(wèi)星載波信號到接收機(jī)天線之間的相位延遲。對衛(wèi)星載波與接收機(jī)基準(zhǔn)信號進(jìn)行相位測量，即可得到衛(wèi)星到接收機(jī)天線間用載波相位表達(dá)的距離觀測值（說明：（1）GPS衛(wèi)星載波上調(diào)制了測距碼和導(dǎo)航電文，所以，

15、GPS接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后，要將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲得載波，這一工作稱為重建載波。GPS接收機(jī)將衛(wèi)星重建載波與接收機(jī)內(nèi)由振蕩器產(chǎn)生的本振信號通過相位計(jì)比相，即可得到相位差。（2）用載波相位測量進(jìn)行相對定位一般是用兩臺GPS接收機(jī)，分別安置在測線兩端（該測線稱為基線），固定不動，同步接收GPS衛(wèi)星信號。利用相同衛(wèi)星的相位觀測值進(jìn)行解算，求定基線端點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的相對位置或基線向量。（3）載波相位相對定位普遍采用將相位觀測值進(jìn)行線性組合的方法。其具體方法有三種，即單差法、雙差法和三差法。）5.載波相位差分定位技術(shù)（RTK技術(shù)）RTK技術(shù)是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載

16、波相位基礎(chǔ)上，能實(shí)時(shí)提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的高精度觀測成果。15-5GPS測量的實(shí)施摘要內(nèi)容：介紹在城市與工程控制網(wǎng)中采用GPS定位的方法和工作程序。講課重點(diǎn)：GPS測量的觀測工作。講課難點(diǎn)：GPS測量的網(wǎng)形設(shè)計(jì)。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、GPS測量內(nèi)容GPS測量的實(shí)施過程與常規(guī)測量的一樣，包括方案設(shè)計(jì)、外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三部分。二、GPS控制網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)1.精度要求GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行GPS測量的基礎(chǔ)。它應(yīng)根據(jù)用戶提交的任務(wù)書或測量合同所規(guī)定的測量任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其內(nèi)容包括測區(qū)范圍、測量精度、提交成果方式、完成時(shí)間等。設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)是國家測繪局頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范

17、及建設(shè)部頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程。2.GPS測量精度指標(biāo)GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)，通常是以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間距離誤差mD=a+b10-6來表示。不同用途的GPS網(wǎng)的精度是不一樣的，GPS控制網(wǎng)分為A、B、C、D、E五個(gè)等級。三、網(wǎng)形設(shè)計(jì)1.GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要考慮問題（1）可靠性設(shè)計(jì)由于無線電定位受外界環(huán)境影響大，所以在圖形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮成果的準(zhǔn)確可靠，并應(yīng)考慮有可靠的檢驗(yàn)方法。GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，以增加檢查條件，提高網(wǎng)的可靠性。布設(shè)通常有點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點(diǎn)混合連式等四種方式。點(diǎn)連式是指相鄰?fù)綀D形（多臺儀器同步觀測衛(wèi)星獲得由基線的閉合圖形）僅由一個(gè)公共點(diǎn)連接，

18、這樣構(gòu)成的圖形檢查條件太少，一般很少使用。邊連式是指同步圖形之間由一條公共邊連接。（說明：這種方案的連接邊較多，非同步圖形的觀測基線可組成異步觀測環(huán)（稱為異步環(huán)），異步環(huán)常用于觀測成果的質(zhì)量檢查。所以邊連式比點(diǎn)連式可靠。）網(wǎng)連接是指相鄰?fù)綀D形之間有兩個(gè)以上公共點(diǎn)相連接。（說明：這種方法需要4臺以上的儀器。這種方法的幾何強(qiáng)度和可靠性更高，但是花費(fèi)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)也更多，常用于高精度控制網(wǎng)。）邊點(diǎn)混合連接（說明：是指將點(diǎn)連接和邊連接有機(jī)結(jié)合起來，組成GPS網(wǎng)。這種網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)是周圍的圖形盡量以邊連接方式，在圖形內(nèi)部形成多個(gè)異步環(huán)。利用異步環(huán)閉合差進(jìn)行檢驗(yàn)，保證測量可靠性。）另外：在低等級GPS測量或

19、碎部測量時(shí)可用星形布設(shè)。這種方式常用于快速靜態(tài)測量，優(yōu)點(diǎn)是測量速度快，但是沒有檢核條件。為了保證質(zhì)量，可選兩個(gè)點(diǎn)作基準(zhǔn)點(diǎn)。（2）平面控制坐標(biāo)聯(lián)系設(shè)計(jì)為了求定GPS網(wǎng)坐標(biāo)與原有地面控制網(wǎng)坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，要求至少有三個(gè)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)與地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合。（3）高程控制坐標(biāo)聯(lián)系設(shè)計(jì)為了利用GPS進(jìn)行高程測量，在測區(qū)內(nèi)GPS點(diǎn)位盡可能與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，或者進(jìn)行等級水準(zhǔn)聯(lián)測。（4）通視、選點(diǎn)、建標(biāo)志設(shè)計(jì)GPS點(diǎn)盡量選在視野開闊、交通方便的地點(diǎn)，并要遠(yuǎn)離高壓線、變電所及微波輻射干擾源。GPS點(diǎn)雖然不需要通視，但是為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測和擴(kuò)展，要求控制點(diǎn)至少與一個(gè)其他控制點(diǎn)通視，或者在控制點(diǎn)附近300m外

20、布設(shè)一個(gè)通視良好的方位點(diǎn)，以便建立聯(lián)測方向。選點(diǎn)時(shí)除了應(yīng)遠(yuǎn)離產(chǎn)生磁場源的地方和保證觀測站在視場內(nèi)周圍障礙物的高度角應(yīng)小于1015外，其它要求及建立標(biāo)志同常規(guī)控制測量。四、GPS測量的觀測工作1.外業(yè)觀測計(jì)劃設(shè)計(jì)（1）編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)圖利用衛(wèi)星預(yù)報(bào)軟件，輸入測區(qū)中心點(diǎn)概略坐標(biāo)、作業(yè)時(shí)間、衛(wèi)星截止高度角15等，利用不超過20天的星歷文件即可編制衛(wèi)星預(yù)報(bào)圖。（2）編制作業(yè)調(diào)度表應(yīng)根據(jù)儀器數(shù)量、交通工具狀況、測區(qū)交通環(huán)境及衛(wèi)星預(yù)報(bào)狀況制定作業(yè)調(diào)度表。作業(yè)表應(yīng)包括：觀測時(shí)段（測站上開始接收衛(wèi)星信號到停止觀測，連續(xù)工作的時(shí)間段），注明開、關(guān)機(jī)時(shí)間；測站號、測站名；接收機(jī)號、作業(yè)員；車輛調(diào)度表。2.

21、野外觀測（1）安置天線天線安置是GPS精密測量的重要保證。要仔細(xì)對中、整平，量取儀器高。儀器高要用鋼尺在互為120方向量三次，互差小于3mm，取平均值后輸入GPS接收機(jī)。（2）安置GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)應(yīng)安置在距天線不遠(yuǎn)的安全處，連接天線及電源電纜，并確保無誤。（3）按順序操作按規(guī)定時(shí)間打開GPS接收機(jī)，輸入測站名、衛(wèi)星截止高度角、衛(wèi)星信號采樣間隔等。（說明：一般情況下，GPS接收機(jī)只需3分鐘即可鎖定衛(wèi)星進(jìn)行定位。若儀器長期不用，超過3個(gè)月，儀器內(nèi)的星歷過期，儀器要重新捕獲衛(wèi)星，這就需要12.5分鐘。GPS接收機(jī)自動化程度很高，儀器一旦跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定位，接收機(jī)自動將觀測到的衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航文件

22、以及測站輸入信息以文件形式存入接收機(jī)內(nèi)。作業(yè)員只需要定期查看接收機(jī)工作狀況，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)排除，并做好記錄。接收機(jī)正常工作過程中不要隨意開關(guān)電源、更改設(shè)置參數(shù)、關(guān)閉文件等。）（4）GPS接收機(jī)記錄的數(shù)據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差參數(shù)；觀測歷元的時(shí)刻和偽距觀測值及載波相位觀測值；GPS絕對定位結(jié)果；測站信息。3.觀測數(shù)據(jù)下載及數(shù)據(jù)預(yù)處理觀測成果的外業(yè)檢核是確保外業(yè)觀測質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)定位精度的重要環(huán)節(jié)。所以外業(yè)觀測數(shù)據(jù)在測區(qū)時(shí)就要及時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，對外業(yè)預(yù)處理成果，按規(guī)范要求嚴(yán)格檢查、分析，根據(jù)情況進(jìn)行必要的重測和補(bǔ)測。4.內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理一般采用軟件處理，主要工作內(nèi)容有基線解算、觀測成果檢核及G

23、PS網(wǎng)平差，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理完畢后應(yīng)寫GPS測量技術(shù)報(bào)告并提交有關(guān)資料。15-6實(shí)時(shí)GPS的應(yīng)用摘要內(nèi)容：介紹GPS實(shí)時(shí)定位差分的原理及應(yīng)用。講課重點(diǎn)：實(shí)時(shí)GPS測量的應(yīng)用。講課難點(diǎn)：實(shí)時(shí)GPS測量的應(yīng)用。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、實(shí)時(shí)GPS的測量原理GPS實(shí)時(shí)差分定位的原理是在已有精確地心坐標(biāo)的點(diǎn)上安放GPS接收機(jī)（稱為基準(zhǔn)站），利用已知的地心坐標(biāo)和星歷計(jì)算GPS觀測值的校正值，并通過無線電通信設(shè)備（稱為數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運(yùn)動中的GPS接收機(jī)（稱為流動站）。流動站利用校正值對自己的GPS觀測值進(jìn)行修正，以消除上述誤差，從而提高實(shí)時(shí)定位精度。GPS實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動站和無線電通信鏈三部

24、分組成?；鶞?zhǔn)站：接收GPS衛(wèi)星信號并實(shí)時(shí)向流動提供差分修正信號。流動站：接收GPS衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站發(fā)送的差分修正信號，對GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行修正，并進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。二、實(shí)時(shí)GPS測量特點(diǎn)GPS動態(tài)差分定位方法有位置差分、偽距差分、載波相位實(shí)時(shí)差分及廣域差分，各自分別具有不同特點(diǎn)。1.位置差分是將基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)偽距單點(diǎn)定位得到的坐標(biāo)值與已知坐標(biāo)作差分，無線電傳送的是坐標(biāo)修正值，流動站用坐標(biāo)修正值對其坐標(biāo)進(jìn)行修正。位置差分精度可達(dá)510m。但是位置差分要求流動站接收機(jī)單點(diǎn)定位所用的衛(wèi)星與基準(zhǔn)站求修正值時(shí)所用的衛(wèi)星完全一致。若有一顆衛(wèi)星不一樣就可能產(chǎn)生45m以上的誤差。2.偽距差分（RTD）利用基準(zhǔn)

25、站已知坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷，求衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的幾何距離作為距離精確值，將此值與基準(zhǔn)站所測的偽距值求差作為差分修正值，通過數(shù)據(jù)鏈傳給流動站。流動站接收差分信號后，對所接收的每顆衛(wèi)星的偽距觀測值進(jìn)行修正，然后再進(jìn)行單點(diǎn)定位。由于偽距差分是對每顆衛(wèi)星的偽距觀測值進(jìn)行修正，所以不要求基準(zhǔn)站和流動站接收的衛(wèi)星完全一致，只要有4顆以上相同衛(wèi)星即可。其左分精度取決于差分衛(wèi)星個(gè)數(shù)、衛(wèi)星空中分布狀況及差分修正值延遲時(shí)間。偽距差分精度為310m?；鶞?zhǔn)站距流動站距離可達(dá)200300km。近年來又發(fā)展利用相位觀測值精化偽距值，以提高差分精度，稱為相位平滑偽距差分，其差分精度可達(dá)到1m。3.載波相位實(shí)時(shí)差分（RTK）由于載波相

26、位觀測值精度高，若通過數(shù)據(jù)鏈將基準(zhǔn)站載波相位觀測值傳到流動站，在流動站進(jìn)行實(shí)時(shí)載波相位數(shù)據(jù)處理，其定位精度可達(dá)到12cm。RTK差分距離不可太遠(yuǎn)，目前最遠(yuǎn)可到30km。另外流動站是否能進(jìn)行RTK差分，取決于數(shù)據(jù)通信可靠性和流動站載波相位觀測值是否失鎖。目前在城市測量中因受周圍環(huán)境影響，實(shí)時(shí)動態(tài)RTK還很難使用，但在空曠地區(qū)、海上應(yīng)用較多。4.廣域差分廣域差分是利用大范圍內(nèi)建立的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)跟蹤衛(wèi)星信號。利用跟蹤網(wǎng)已知坐標(biāo)和原子鐘，求每顆衛(wèi)星的星歷改正值、衛(wèi)星鐘改正值及電離層改正參數(shù)，并通過無線電臺向用戶流動站發(fā)送。流動站接收這些修正信息，并對觀測值進(jìn)行修正。差分修正后的精度可達(dá)到13m。差分范圍

27、可達(dá)到1000km。三、實(shí)時(shí)GPS測量的應(yīng)用由以上各種GPS實(shí)時(shí)差分定位的特點(diǎn)可知位置差分、偽距差分及廣域差分的精度為中級，只能滿足部分精度要求不太高的測量工作，如水下地形測量、資源調(diào)查勘察及工程勘察等工作中，實(shí)時(shí)動態(tài)RTK定位技術(shù)即基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地提供觀測點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位成果，并達(dá)到厘米級的高精度。所以實(shí)時(shí)動態(tài)（RTK）廣泛用于工程測量中。根據(jù)用戶的要求，目前實(shí)時(shí)動態(tài)定位值采用的作業(yè)模式主要有：1.快速靜態(tài)測量這種測量模式要求GPS接收機(jī)在每一用戶站上，靜止地進(jìn)行觀測，在觀測過程中連同接收到的基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐

28、標(biāo)。如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)的要求，便可適時(shí)的結(jié)束觀測工作。采用這種模式作業(yè)時(shí)，用戶站的接收機(jī)在流動過程中，可以不必保持對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，其定位精度可達(dá)12cm。這種方法可用于城市、礦山等區(qū)域性的控制測量，工程測量和地籍測量等。2.準(zhǔn)動態(tài)測量同一般的準(zhǔn)動態(tài)測量一樣，這種測量模式通常要求流動的接收機(jī)在觀測工作開始之前，首先在某一起始點(diǎn)上靜止地進(jìn)行觀測，以便使用快速解算整周未知數(shù)的方法實(shí)時(shí)地進(jìn)行初化工作。初始化后，流動的接收機(jī)在每一觀測站上，只需靜止觀測數(shù)歷元，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算流動站的三維坐標(biāo)。目前，其定位的精度可達(dá)厘米級。這種方法要求接收機(jī)在觀測

29、過程中，保持對所測量衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖，便需重新進(jìn)行初始化的工作。準(zhǔn)動態(tài)實(shí)時(shí)測量模式，通常主要應(yīng)用于地籍測量、碎部測量、路線測量和工程放樣等。3.動態(tài)測量動態(tài)測量模式一般需首先在某一起始點(diǎn)上靜止地觀測數(shù)分鐘，以便進(jìn)行初始化工作。之后，運(yùn)動的接收機(jī)按預(yù)定的采樣時(shí)間間隔自動地進(jìn)行觀測，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地確定采樣點(diǎn)的空間位置。（說明：目前，其定位的精度可達(dá)厘米級。這種測量模式仍要求在觀測過程中，保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖，則需重新進(jìn)行初始化。這時(shí)，對陸上的運(yùn)動目標(biāo)來說，可以在衛(wèi)星失鎖的觀測點(diǎn)上，靜止地觀測數(shù)分鐘，以便重新初始化，或者利用動態(tài)初始化（AROF）技術(shù)

30、，重新初始化，而對海上和空中的運(yùn)動目標(biāo)來說，則只有應(yīng)用AROF技術(shù)，重新完成初始化的工作。實(shí)時(shí)動態(tài)測量模式主要應(yīng)用于航空攝影測量和航空物探中采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位，航道測量，道路中線測量，以及運(yùn)動目標(biāo)的精密導(dǎo)航等。目前，實(shí)時(shí)動態(tài)測量系統(tǒng)已在約20km的范圍內(nèi)，得到了成功的應(yīng)用。相信，隨著數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備性能和可靠性的不斷完善和提高，數(shù)據(jù)處理軟件功能的增強(qiáng)，它的應(yīng)用范圍將會不斷地?cái)U(kuò)大。）15-7GIS與RS技術(shù)簡介摘要內(nèi)容：介紹地理信息系統(tǒng)（GIS）與遙感技術(shù)（RS）。講課重點(diǎn)：地理信息系統(tǒng)（GIS）、RS技術(shù)的應(yīng)用。講課難點(diǎn)：地理信息系統(tǒng)（GIS）的概念、RS技術(shù)的概念。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、GIS技術(shù)

31、地理信息系統(tǒng)（GIS）通常以圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為特征分為兩大類型：矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。一般來說柵格結(jié)構(gòu)容易與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，建立GIS和RS集成化系統(tǒng)；而矢量數(shù)據(jù)需要通過矢量至柵格的轉(zhuǎn)換，才能與遙感數(shù)據(jù)集成使用。1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從幾何上說，空間目標(biāo)可劃分為點(diǎn)、線、面、體四種基本類型。在圖面上的點(diǎn)、線、面實(shí)體，可以用采樣點(diǎn)X、Y坐標(biāo)表達(dá)。在地理信息系統(tǒng)中，除了記錄空間目標(biāo)的幾何位置數(shù)據(jù)外，還要考慮與這個(gè)目標(biāo)有關(guān)的屬性信息以及空間目標(biāo)之間的相互關(guān)系，以滿足空間查詢和空間分析的需要。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出和最具特色的優(yōu)點(diǎn)是能夠完全顯示地表達(dá)結(jié)點(diǎn)、弧段、面塊之間所有關(guān)聯(lián)關(guān)系。2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來自遙感、攝影測量

32、和掃描的數(shù)據(jù)是柵格形式，格網(wǎng)數(shù)字地面模型是柵格形式。在GIS中，有許多種基于柵格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些節(jié)省存貯空間，有些則操作效率高。類型：柵格矩陣；行程編碼；四叉樹編碼3.矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)雖然柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)，但柵格結(jié)構(gòu)精度低，并難以建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些缺點(diǎn)正好可以用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以克服，所以現(xiàn)在許多GIS軟件中，既含有柵格結(jié)構(gòu)又保持矢量結(jié)構(gòu)，以形成一種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它不是矢量與柵格結(jié)構(gòu)的簡單混合，而是一種既有矢量特點(diǎn)又有柵格性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（說明：由這種方式建立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既有矢量的特點(diǎn)，精度較高，容易建立拓?fù)潢P(guān)系，又有柵格的性質(zhì)，容易進(jìn)行空間疊置分析和易于與遙感影像數(shù)據(jù)結(jié)合。）4.

33、GIS數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心問題之一是設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)模型。目前常用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型以及面向目標(biāo)模型。（說明：數(shù)據(jù)源是GIS的瓶頸問題，解決GIS數(shù)據(jù)源的手段，一類是基于柵格結(jié)構(gòu)的RS數(shù)據(jù)源，包括對航片、地圖的掃描所獲得的數(shù)據(jù)源；另一類是基于矢量結(jié)構(gòu)的大地測量數(shù)據(jù)，如經(jīng)緯儀、慣性測量系統(tǒng)、DGPS、TSS（全站儀測定系統(tǒng)）等野外直接測量獲得的數(shù)據(jù)，包括對地形圖的手扶跟蹤數(shù)字化。前者數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)性好，但數(shù)據(jù)精度和空間分辨往往不能令人滿意。后者是用戶關(guān)心和便于使用的，實(shí)際上這些數(shù)據(jù)有很大的局限性。）二、

34、RS技術(shù)1.發(fā)展階段遙感技術(shù)（RS）作為一種空間探測技術(shù)至今已經(jīng)歷了地面遙感、航空遙感和航天遙感三個(gè)階段。2.遙感器遙感器從第一代的航空攝影機(jī)，第二代的多光譜攝影機(jī)、掃描儀，很快發(fā)展到第三代的固體掃描儀（CCD）；遙感器的運(yùn)載工具，從飛機(jī)很快發(fā)展到衛(wèi)星、宇宙飛船和傳輸從圖像的直接傳輸發(fā)展到非圖像的無線電傳輸；而圖像像元也從地面80m80m很快發(fā)展到40m40m，30m30m，20m20m，10m10m，6m6m，1m1m。3.系統(tǒng)組成RS系統(tǒng)通常由空間信息采集系統(tǒng)、地面接收和預(yù)處理系統(tǒng)、地面實(shí)況調(diào)查系統(tǒng)和信息分析系統(tǒng)構(gòu)成。4.數(shù)字圖像處理的過程RS數(shù)字圖像處理的過程就是幾何、輻射校正、信息定量

35、化、信息復(fù)合、圖像增強(qiáng)、信息特征提取、圖像分類等一系列圖像處理和技術(shù)研究，為各類型區(qū)的遙感綜合調(diào)查提供了大量的優(yōu)質(zhì)圖像，并在定量化、智能化，以及和RS與GIS的集成等方面開展研究。（說明：RS圖像的實(shí)質(zhì)是一張電磁波輻射的能量平面分布圖，包括圖像所表現(xiàn)出的灰度或彩色；圖像的空間位置；電磁波長；獲取圖像的時(shí)間等。一幅掃描圖像是由時(shí)間t決定的諸多像元（探測器的瞬時(shí)視場）組成的。一幅可觀察的圖像是一個(gè)二維光強(qiáng)度的函數(shù)，它既反映了圖像灰度的大小，也反映了圖像灰度的分布。由此可見，所謂光學(xué)圖像就是人眼可觀察的圖像，其基本特點(diǎn)是：它的灰度（或彩色）在像幅幾何空間（二維）和圖像灰度空間（第三維）上的分布都是連

36、續(xù)的無間斷的。RS信息源主要來源于地物對太陽輻射的反射作用，識別地物主要依據(jù)于RS量測地物灰展值的差異，實(shí)踐中出現(xiàn)“同物異譜”和“同譜異物”是可能的。）15-8“3S”集成技術(shù)與應(yīng)用簡介摘要內(nèi)容：介紹“3S”技術(shù)中，RS與GIS的集成、RS與GPS的集成、GPS與GIS的集成、“3S”集成。講課重點(diǎn)：“3S”技術(shù)的應(yīng)用。講課難點(diǎn)：“3S”技術(shù)的的概念。講授重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、“3S”“3S”不是GPS、GIS、RS的簡單組合，而是將其通過數(shù)據(jù)接口嚴(yán)格地、緊密地、系統(tǒng)地集成起來，使其成為一個(gè)大系統(tǒng)。RS與GPS、RS與GIS、GIS與GPS的兩兩集成有許多研究與應(yīng)用成果。（說明：“3S”系統(tǒng)是一個(gè)

37、集多種功能和特點(diǎn)的對地觀測手段（主要是RS、DPS、GPS和其它大地測量儀器、專業(yè)傳感器）于一體，向GIS和RS數(shù)字圖像處理系統(tǒng)提供具有足夠數(shù)量、精度、可靠性、完備性的空間數(shù)據(jù)，通過空間分析、預(yù)測、決策確保地學(xué)問題優(yōu)化、系統(tǒng)地解決。“3S”是高度自動化、實(shí)時(shí)化、智能化的對地觀測系統(tǒng)，這種系統(tǒng)，不僅具有自動、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能夠智能化地分析和運(yùn)用數(shù)據(jù)，為多種應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢，并回答用戶可能提供的各種復(fù)雜問題。“3S”系統(tǒng)在土地、地質(zhì)、采礦、石油、軍事、土建、管線、道路、環(huán)境、水利、林業(yè)等多種領(lǐng)域的開發(fā)、調(diào)查、評價(jià)、監(jiān)測、預(yù)測中發(fā)揮基礎(chǔ)和信息提供的作用；為決策科學(xué)化提供

38、依據(jù)和保障。）二、RS與GIS的集成1.RS為GIS的提供信息源比較理想的是將RS的分類圖像數(shù)據(jù)直接順利地進(jìn)入GIS中，經(jīng)過柵矢轉(zhuǎn)化形成空間矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，滿足GIS的多種應(yīng)用和需求。（說明：利用攝影測量像片或RS衛(wèi)星，經(jīng)糾正、處理，形成正射影像圖，進(jìn)一步目視判讀之后，可編制出多種專題用圖，這些圖件經(jīng)過掃描或手扶跟蹤數(shù)字化之后成為數(shù)字電子地圖，進(jìn)入到GIS中，實(shí)現(xiàn)多重信息的綜合分析，派生出新的圖形和圖件。例如；公路選線中根據(jù)地形圖、土壤圖、地質(zhì)水文圖和選線的約束條件模型派生出最佳路線圖。）2.GIS為RS提供空間數(shù)據(jù)管理和分析的技術(shù)手段為解決“同物異譜”和“同譜異物”，從單純的RS數(shù)字圖像處理，解決難度較大，若將GIS與RS結(jié)合起來，此類問題就易于解決。（說明：如GIS將地形劃分為陽坡、陰坡、半陰半陽坡及高山、中山、低山，配合RS進(jìn)行地表植被分類，就能獲得很好的效果。）3.RS與GIS的三種結(jié)合方式GIS與RS有三種結(jié)合方式：分開