空間數(shù)據(jù)獲取之GPS

1、空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)之GPS上海數(shù)慧系統(tǒng)技術(shù)有限公司徐春雷目錄傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)GPS技術(shù)應(yīng)用案例手持GPS/GIS系統(tǒng)一、引言 為什么進(jìn)行測(cè)量測(cè)量的任務(wù)是什么二、目前常見的空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)（如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等）航空(近景)攝影測(cè)量技術(shù)GPS技術(shù)遙感技術(shù)三、傳統(tǒng)測(cè)量的一般原理1. 坐標(biāo)系WGS84坐標(biāo)系西安84坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系 2.測(cè)量的一般原理2.1高程坐標(biāo)獲取的原理水準(zhǔn)測(cè)量原理圖大地水準(zhǔn)面的確定（1956年黃海平均海平面）在全國(guó)布置水準(zhǔn)控制網(wǎng)在水準(zhǔn)控制網(wǎng)上用水準(zhǔn)測(cè)量的方法就可得到每一 點(diǎn)的高程坐標(biāo)坐標(biāo)原點(diǎn)的確定（如西安84坐標(biāo)原點(diǎn)）大地控制網(wǎng)的建立在大地控制網(wǎng)的控制點(diǎn)的基礎(chǔ)

2、上通過導(dǎo)線測(cè)量的方法就可得到地面上任一點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)2.2 平面坐標(biāo)獲取的原理四、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)GPS4.1.GPS的簡(jiǎn)介4.1.1 GPS簡(jiǎn)介 GPS（Global Positioning System）系統(tǒng)是一項(xiàng)跨世紀(jì)的高新技術(shù)，是20世紀(jì)空間技術(shù)上的最重大的成就之一。1994年，GPS系統(tǒng)的全部24顆衛(wèi)星部署完畢，整個(gè)系統(tǒng)全面建成，投入運(yùn)行。GPS能在全球范圍內(nèi)向任意多用戶提供高精度、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)的三維測(cè)速、三維定位和時(shí)間基準(zhǔn)，加之其方便靈活、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的特點(diǎn)，使它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，滿足了各種用戶的需要。目前，GPS的單點(diǎn)定位精度為1015米。欲得到更高精度，可

3、以通過差分來得到，差分后的精度可至厘米級(jí)。4.1.2 GPS發(fā)展簡(jiǎn)史1973年12月 美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)它的海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航衛(wèi)星定時(shí)測(cè)距全球定位系統(tǒng)（Navigation Satellite Timing and Ranging Global Pisitioning System），簡(jiǎn)稱全球定位系統(tǒng)（GPS）。1974-1988年 GPS整個(gè)研制發(fā)展計(jì)劃經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)的研制和試驗(yàn)、工程的發(fā)展和完成三個(gè)階段，經(jīng)過10余年的試驗(yàn)，保證了該系統(tǒng)的成功和良好的特性。1988年 開始發(fā)射第一代實(shí)用工作星座BLOCK。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為7.5年。1988-1994年 分布于六個(gè)軌道上

4、的24顆（3顆備用）工作衛(wèi)星全部升空正常運(yùn)行。1997年 開始發(fā)射了新一代的工作衛(wèi)星BLOCKR以逐步更新BLOCKGPS系統(tǒng)，計(jì)劃發(fā)20余顆衛(wèi)星，設(shè)計(jì)壽命為10年。 目前美國(guó)正在開發(fā)型GPS衛(wèi)星的第三代，即BLOCKF型衛(wèi)星，第一顆F衛(wèi)星將于2002年發(fā)射。4.1.3 GPS系統(tǒng)的組成空間星座部分由24顆衛(wèi)星組成，其中包括3顆備用 衛(wèi)星。這些衛(wèi)星可以向地面用戶發(fā)送定位信息（導(dǎo)航電文和星歷信息）。地面監(jiān)控部分包括監(jiān)控站、主控站、注入站。用戶設(shè)備部分指的是終端設(shè)備，如測(cè)量型GPS接收 機(jī)、導(dǎo)航型GPS接收機(jī)。4.2GPS的測(cè)量原理GPS絕對(duì)定位的原理，是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線間的距離觀測(cè)量

5、為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。其原理實(shí)際上就是空間后方交會(huì)的原理。絕對(duì)定位原理圖4.2GPS的特點(diǎn)4.2.1 GPS優(yōu)點(diǎn)全天候站間無需通視定位精度高可獲取三維坐標(biāo)4.2.2 GPS缺點(diǎn)受電磁干擾在建筑物下，或城市等高層建筑密集區(qū)很難接收到足夠多的衛(wèi)星信號(hào)4.3GPS的一些技術(shù)4.3.1 差分技術(shù)什么是差分技術(shù)差分技術(shù)的種類4.3.2RTK（real time kinematic）技術(shù) 什么是RTK技術(shù) RTK系統(tǒng)的組成（GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)）4.4GPS的應(yīng)用前景GPS(全球定位系統(tǒng)）能為全球任意地點(diǎn)、任意多個(gè)用戶同時(shí)提供高精度、

6、全天候、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維定位、三維測(cè)速和時(shí)間基準(zhǔn)。其應(yīng)用前景具體體現(xiàn)以下五大方面： GPS在導(dǎo)航方面的應(yīng)用（車載導(dǎo)航、物流配送等）在導(dǎo)航方面的應(yīng)用（車載導(dǎo)航、物流配送等） GPS測(cè)繪應(yīng)用測(cè)繪應(yīng)用 GPS精密工程測(cè)量和工程變形監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用精密工程測(cè)量和工程變形監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用 監(jiān)測(cè)地球大氣監(jiān)測(cè)地球大氣 GPS授時(shí)授時(shí)GPS在地球動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用在地球動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用4.4測(cè)量數(shù)據(jù)如何進(jìn)入GIS系統(tǒng)測(cè)量模擬數(shù)據(jù)（如紙質(zhì)地圖）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（如DWG格式）數(shù)字化所需格式（如shp、coverage等）格式轉(zhuǎn)換GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)五、應(yīng)用案例基于GPS/GIS的測(cè)量巡檢系統(tǒng) 5.1問題的提出對(duì)工作人員在野外的工作進(jìn)行

7、有效的堅(jiān)督降低成本、方便測(cè)量工作 提高巡檢工作的工作效率5.2系統(tǒng)的總體框架圖GIS通訊數(shù)據(jù)交換堅(jiān)控中心5.3 系統(tǒng)的功能圖 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能基于PDA的GPS/GIS系統(tǒng)客戶端監(jiān)控中心基本地圖功能GPS功能通訊功能巡檢功能通訊功能基本地圖功能差分功能5.4 功能實(shí)現(xiàn) 5.4.1 嵌入式GIS功能的實(shí)現(xiàn) 操作系統(tǒng)平臺(tái)：WinceGIS平臺(tái)：Hmap 開發(fā)語言：EVC5.4.2 GPS定位功能的實(shí)現(xiàn) GPS信號(hào)的格式(SIRF格式、NMEA格式)GPS信號(hào)中語句的意義讀取信號(hào)中的28、30號(hào)語句并計(jì)算坐標(biāo)，要考慮電離層的影響、地球自轉(zhuǎn)等因素、進(jìn)行坐標(biāo)變換5.4.3 GPRS功能的實(shí)現(xiàn)通過GPRS卡以短消息的形式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控站與移動(dòng)終端之間的通訊5.4.4 差分功能的實(shí)現(xiàn)采用的是平滑偽距差分平滑偽距差分的原理：GPS接收機(jī)接收到的GPS信號(hào)會(huì)受到電離層、對(duì)流層等的影響，事實(shí)上是會(huì)有個(gè)時(shí)間延遲。為了去掉這一影響，我們?cè)谝阎鴺?biāo)點(diǎn)的基準(zhǔn)站上裝一GPS，可以算出某一刻用v * t 所得的距離