工程測量課件：GNSS測量原理與方法

GNSS測

量原

理與方法

GNSS測量原理與方法GNSS測量原理與方法了解GNSS1認識GNSS接收機及其使用2實施GNSS控制測量3GNSS碎部測量4目錄CONTENTGNSS放樣測量56.1了解GNSSGNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）泛指全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，從本質(zhì)上講，GNSS是一個全球性位置與時間的測定系統(tǒng)，包括諸多衛(wèi)星星座、接收機與監(jiān)測系統(tǒng)。也就是說它是由多個衛(wèi)星導航定位及其增強型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)。從功能上講，GNSS是以人造衛(wèi)星作為“航向標”的無線電導航系統(tǒng)，為全球陸、海、空、天的各類載體提供全天候、高精度的位置、速度和時間信息(Positioning,NavigationandTiming,PNT)，它又稱為天基定位、導航和授時系統(tǒng)。6.1.1GNSS定位原理與組成GNSS技術利用在空間飛行的衛(wèi)星不斷向地面廣播發(fā)送某種頻率（這些頻率加載了某些特殊定位信息的無線電信號）來實現(xiàn)對空間點位的定位測量。GNSS一般都包含三個組成部分，空間運行的衛(wèi)星星座、地面控制臺、用戶部分。衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息，即“定位”。（1）GNSS定位原理為實現(xiàn)三維坐標的定位，測定地面某點P在坐標系中的三維坐標，需要獲取三個衛(wèi)星至測站（P點）的距離。衛(wèi)星到測站之間的距離，可以通過衛(wèi)星發(fā)射的測距碼獲得，常稱之為偽距觀測量；也可以通過加載測距碼和導航信息的載波的相位數(shù)測量獲得，常稱之為載波相位觀測量。（2）GNSS的組成GNSS系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分組成。6.1.2GNSS定位基本方法根據(jù)待定點位的運動狀態(tài)，GNSS定位方法可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位；根據(jù)定位模式的不同，可分為絕對定位、相對定位和差分定位。6.1.2GNSS定位基本方法1．靜態(tài)定位和動態(tài)定位（1）靜態(tài)定位靜態(tài)定位是待定點相對于周圍固定點無相對運動的定位方法，認為GNSS接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。通過大量的重復觀測，高精度測定衛(wèi)星信號的傳播時間，根據(jù)已知衛(wèi)星的瞬間位置，確定接收機的三維坐標。靜態(tài)定位多余觀測量大、可靠性強、定位精度高，是測量工程中精密定位的基本方法。（2）動態(tài)定位在進行GNSS定位時，動態(tài)定位認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。動態(tài)定位是待定點相對于周圍固定點顯著運動（相對于地球運動）的定位方法，例如以車輛、艦船、飛機和航天器等為載體，實時測定GNSS信號接收機的瞬間位置。動態(tài)定位發(fā)展速度最快，應用較廣。6.1.2GNSS定位基本方法2．絕對定位和相對定位（1）絕對定位絕對定位也稱為單點定位，即在一個待定點上，使用一臺接收機獨立跟蹤系統(tǒng)衛(wèi)星，測定待定點（天線）的絕對坐標。絕對定位的優(yōu)點是作業(yè)方式簡單，可以實現(xiàn)單機作業(yè)。絕對定位采用偽距觀測量，一般用于導航和精度要求不高的應用，如船舶、飛機、勘探、海洋作業(yè)等概略導航定位。（2）相對定位相對定位也稱為差分定位，采用兩臺或兩臺以上的接收機，同步跟蹤相同的衛(wèi)星信號，確定接收機天線間的相對位置（三維坐標或基線向量）。相對定位一般采用載波相位測量，相對精度達±5毫米，一般在大地測量、精密工程測量等領域具有廣泛應用。6.1.2GNSS定位基本方法3.實時動態(tài)差分定位實時動態(tài)差分（Real-TimeKinematic，RTK）定位是在已知坐標點或任意未知點上安置1臺GNSS接收機（稱為基準站），利用已知坐標和衛(wèi)星星歷計算出觀測值的校正值，并通過無線電通訊設備（稱數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運動中的GNSS接收機（稱為移動站），移動站應用接收到的校正值對自身的觀測值進行改正，以消除衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差、大氣電離層和對流層折射誤差的影響。實時動態(tài)差分定位需要使用帶實時動態(tài)差分功能的RTK接收機才能夠進行，動態(tài)差分實時定位方法主要有三種：（1）位置差分（2）偽距差分（3）載波相位實時動態(tài)差分6.2 認識GNSS接收機及其使用GNSS接收機基準站和移動站兩大部分組成。以南方內(nèi)置電臺模式GPS接收機為例，其構(gòu)造如圖所示。其中，基準站GNSS接收機包括GNSS接收機主機、三腳架、基座、天線、UHF發(fā)射天線、量高尺和測高片等各個部件；移動站GNSS接收機包括GNSS接收機主機、對中桿、UHF接收天線、手薄等各個部件。6.3 實施GNSS控制測量1儀器架設GNSS控制點測量前，需各組同時到達各自相應的測量控制點，架設儀器，對中，整平。2量取儀器高儀器高用卷尺量測標志點到儀器測量基準件的上邊處，共量測三次，取3次測量的平均值作為最終值，并記錄在手簿上測量基準件6.3 實施GNSS控制測量3記錄點名、儀器號、儀器高以及開始觀測時間。4觀測按照規(guī)程要求，GNSS控制測量時，各測站應滿足下列要求：觀測模式設為靜態(tài)觀測，衛(wèi)星截止高度角≥15°，有效觀測衛(wèi)星顆數(shù)≥4，觀測時段長度≥60min，時段數(shù)≥1，數(shù)據(jù)采集間隔20s，天線安置對中誤差≤1mm，兩次丈量天線高之差≤3mm，PDOP≤8，任一衛(wèi)星有效觀測時間≥15min。

6.3 實施GNSS控制測量5觀測結(jié)束后，記錄關機時間。6技術要求①天線高量取讀數(shù)精度至1mm。②觀測前后兩次天線高，并且兩次量取結(jié)果之差不超過3mm。③GNSS接收機連續(xù)同步采集時段長度不少于45分鐘。7注意事項①網(wǎng)形布設時應注意保證全網(wǎng)的連通性，且網(wǎng)內(nèi)控制點間至少留一個通視方向。②靜態(tài)觀測過程中，如發(fā)現(xiàn)儀器未嚴格對中，也不準重新調(diào)儀器，觀測中不準重新開機，開機關機聽從調(diào)配。③接收機周圍不使用干擾衛(wèi)星信號的通訊設備，以減弱誤差，接收機周圍應當視野開闊，削弱多路徑誤差。觀測結(jié)束后，應及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機上并備份。④每組靜態(tài)觀測之前要求保持儀器電量充足，并熟悉靜態(tài)觀測的操作。⑤充分利用符合要求的舊有控制點。

6.4 GNSS碎部測量1新建項目點擊“項目”，再點擊“項目信息”新建項目，建完單擊“確定”。2坐標系設置以新建西安80坐標系為例，新建工程文件后，點擊“項目信息”，在“系統(tǒng)”里面，進行自定義坐標系

6.4 GNSS碎部測量3設備連接手簿開機后，在Hi-Survey中，點擊“設備”，進入藍牙連接GPS主機界面，連接GPS主機。4移動站設置主要進行數(shù)據(jù)鏈設置，點擊“移動站”，設置“數(shù)據(jù)鏈”

6.4 GNSS碎部測量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（1）采集已知控制點WGS84坐標（2）添加控制點對應已知坐標（3）求轉(zhuǎn)換參數(shù)

6.4 GNSS碎部測量6碎部點測量采集碎部點坐標對中整平之后，顯示固定解，即可測量

6.4 GNSS碎部測量7碎部點數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯和導出（1）碎部點數(shù)據(jù)的瀏覽所采集的碎部點坐標可以到“項目”→“坐標數(shù)據(jù)”中查詢；“坐標數(shù)據(jù)”中的“坐標點”坐標只能查看和顯示，以及編輯坐標點的“描述”，不允許“添加”或“刪除”。（2）數(shù)據(jù)的導出點擊“項目”→“數(shù)據(jù)交換”→選擇導出的格式和導出文件名，導出數(shù)據(jù)時注意選擇格式，南方數(shù)據(jù)格式選擇“*.dat”。

6.5 GNSS放樣測量1新建項目點擊“項目”，再點擊“項目信息”新建項目，建完單擊“確定”項目名：測區(qū)+日期+測量員6.5 GNSS放樣測量2坐標系設置（1）新建國家2000坐標系新建工程文件后，點擊“項目設置”，在“系統(tǒng)”里面，進行自定義坐標系6.5 GNSS放樣測量（2）新建西安80坐標系新建工程文件后，點擊“項目信息”，在“系統(tǒng)”里面，進行自定義坐標系6.5 GNSS放樣測量（3）選擇已有坐標系如果之前已經(jīng)建立坐標系，則可以直接先擇已有坐標系6.5 GNSS放樣測量3設備連接手簿開機后，在Hi-Survey中，點擊“設備”，進入藍牙連接GPS主機界面6.5 GNSS放樣測量4移動站設置主要進行數(shù)據(jù)鏈設置，點擊“移動站”，設置“數(shù)據(jù)鏈”6.5 GNSS放樣測量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（1）采集已知控制點WGS84坐標點擊測量→碎部測量→對中整平（固定解）→點擊屏幕上的平滑采集，之后修改點名目標高，保存。保存時注意一定要修改模標高（天線高）6.5 GNSS放樣測量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（2）添加控制點對應已知坐標點擊“坐標數(shù)據(jù)”添加兩個控制點對應的已知坐標6.5 GNSS放樣測量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（3）求轉(zhuǎn)換參數(shù)點擊“項目”→“參數(shù)計算”，“計算類型”選擇“四參數(shù)+高程擬合”→“添加”6.5 GNSS放樣測量5求轉(zhuǎn)換參數(shù)（4）轉(zhuǎn)換參數(shù)精度檢驗點擊測量→碎部測量→對中整平（固定解）—點擊屏幕上的或者鍵盤上的，實測某一控制點或者坐標核對一下所采集的坐標是否符合要求（和已知點對比）6.5 GNSS放樣測量6界址點坐標導入及放樣（1）界址點數(shù)據(jù)的導入首先將手簿與電腦連接，之后將電腦上需要放樣的坐標點數(shù)據(jù)文件復制到手簿“/可移動磁盤/