测绘测绘

• 测绘是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统 (GPS) 、遥感 (RS) 、地理信息系统 (GIS) 为技术核心，将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。

测绘要素：控制测量测绘要素：控制测量• 为了限制误差的累积和传播，保证测图和

施工的精度及速度，测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。即先进行整个测区的控制测量，再进行碎部测量。控制测量的实质就是测量控制点的平面位置和高程。测定控制点的平面位置工作，称为平面控制测量；测定控制点的高程工作，称为高程控制测量

控制网：类型：平面控制测量（ｘ，ｙ）　　　高程控制测量 　Ｈ等级：国家控制网：它是全国各种比例尺测图的基本控

制。它用精密仪器、精确方法测定，并进行严格的数 据处理，最后求定控制点的平面位置和高程

　　　城市控制网 　　　小地区控制网 　　测量规范：《国家三角测量和精密导线测量规范》《全

球定位系统（ＧＰＳ）测量规范》《国家一、二等水准测量规范》《国家三、四等水准测量规范》

图根钢尺量距导线测量的技术要求图根钢尺量距导线测量的技术要求

城市水准测量主要技术要求城市水准测量主要技术要求

GPS 定位原理及应用简介

1 、 GPS 的定义及历史1 ）定义

全球定位系统 GPS （ Global Positioning System ） ,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统 ,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。

22 ）） GPSGPS 的产生与发展——由的产生与发展——由 TRANSITTRANSIT 到到GPSGPS •1957 年 10 月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生•1958 年 12 月开始设计 NNSS(Navy Navigation Satellite System) – TRANSIT ，即子午卫星系统。 1964 年 1 月该系统正式运行。 1967 年 7 月系统解密以供民用。•卫星： 6 颗•极地轨道•轨道高度： 1100km•信号频率： 400MHz 、 150MHz•绝对定位精度： 1m•相对定位精度： 0.1m~0.5m•定位原理：多普勒定位•存在问题：卫星少，无法实现实时定位；轨道低，难以精密定轨；频率低，难以消除电离层影响。•1973 年 12 月，美国国防部（ DOD ）批准研制 GPS 。•1978 年 2 月 22 日，第 1 颗 GPS 试验卫星发射成功。•1989 年 2 月 14 日，第 1 颗 GPS 工作卫星发射成功。

• 1991 年，在海湾战争中， GPS 首次大规模用于实战。

• 1993 年， IGS 成立。• 1995 年 7 月 17 日， GPS 达到 FOC – 完全

运行能力（ Full Operational Capability ）。• 1999 年 1 月 25 日，美国副总统戈尔宣布，将

斥资 40 亿美圆，进行 GPS 现代化。• 2000 年 1 月 1 日， Y2K 问题。• 2000 年 5 月 1 日，美国总统克林顿宣布， GP

S 停止实施 SA 。（实际停止实施 SA 是 5 月2 日）

• 经历 20 年，耗资 300 亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。

22 、、 GPSGPS 的组成的组成 GPS 定位系统由 GPS 卫星空间部分、地面控制部分和用户 GPS 接收机三部分组成。

空间部分空间部分

• 24 颗卫星（ 21+3 ）• 6 个轨道平面• 55º 轨道倾角• 20200km 轨道高度（地面高度）• 12 小时（恒星时）轨道周期• 5 个多小时出现在地平线以上（每颗星）

11 ）空间部分）空间部分由由 2121 颗工作卫星颗工作卫星

和和 33 颗备用卫星。颗备用卫星。

GPS卫星图片 1

GPS卫星图片 2

22 ）地面控制部分。）地面控制部分。

Colorado springs

55

Hawaii

Ascencion Diego Garcia

kwajalein

1 个主控站 :Colorado springs( 科罗拉多 . 斯平士 ) 。

3 个注入站 :Ascencion( 阿森松群岛 ) 、 Diego Garcia( 迭哥伽西亚 ) 、 kwajalein( 卡瓦加兰 ) 。

5 个监控站： 以上主控站、注入站及 Hawaii( 夏威夷 ) 。

33 ）用户接收机部分）用户接收机部分

GPS 接收机的基本类型分导航型和大地型。

大地型接收机又分单频型和双频型。

图片：导航型图片：导航型 GPSGPS 机机

手持型 GPS机 车载型 GPS机

大地型大地型 GPSGPS 接收机接收机

单频机 双频机

3 、 GPS 特点： 1 ）定位精度高 应用实践已经证明， GPS 相对定位精度在 50KM

以内可达 10-6 ， 100-500KM 可达 10-7 ， 1000KM 可达10-9 。在 300-1500m 工程精密定位中， 1 小时以上观测的解其平面其平面 位置误差小于 1mm 。

2 ）观测时间短 随着 GPS 系统的不断完善，软件的不断更新，目

前， 20KM 以内相对静态定位，仅需 15-20 分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM 以内时，流动站观 测时间只需 1-2 分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

3 ） 测站间无须通视 4 ）可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。

GPS 可同时精确测定测站点的三维坐标。 目前 GPS 水准可满足四等水准测量的精度。

5 ） 操作简便 随着 GPS 接收机不断改进，自动化程度越来越

高，有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积 越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。 使野外工作变得轻松愉快。

6 ）全天候作业 目前 GPS 观测可在一天 24 小时内的任何时间进

行 , 不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。

7 ）功能多、应用广 GPS 系统不仅可用于测量、导航，还可用于测

速、测时。测速的精度可达 0 。 1M/S ，测时 的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。

44 、、 GPSGPS 技术应用技术应用 1 ） GPS 在大地控制测量中的应用 GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中 。时至今日，可以说 GPS 定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。 我们一般将应用 GPS 卫星定位技术建立的控制网叫 GPS 网。归纳起来大致可以将 GPS 网分为两大类： 一类是全球或全国性的高精度 GPS 网，这类 GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里， 其主要任务是做为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的 GPS 网，包括城市或矿区 GPS 网， GPS 工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至 几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务

用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和 图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。

GPS 新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。特别是应用 RTK 新技术， 甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、 地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、 打印机输出各种比例尺的图件。

应用 RTK 技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（如伪距或相位观测值）及已知数据 （如基准站点坐标）实时传输给流动站 GPS 接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到 四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比 GPS 静态、快速静态定位 需要事后进行处理来说，其定位效率会大大提高。故 RTK 技术一出现，其在测量中的 应用立刻受到人们的重视和青睐。

22 ）） GPSGPS 在地形、地籍及房地产测量中的应用在地形、地籍及房地产测量中的应用

33 ）） GPSGPS 在其他领域中的应用在其他领域中的应用

农业领域中的应用

林业管理方面的应用

旅游及野外考察中的应用

55 、、 GLONASSGLONASS 系统系统 GLONASS 是 GLObal NAvigation Satellite System( 全球导航卫星系统 ) 的字头缩写，是前苏联从 80 年代初开始建设的与美国 GPS 系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。

　　 GLONASS 系统的卫星星座由 24 颗卫星组成，均匀分布在 3 个近圆形的轨道平面上，每个轨道面 8 颗卫星，轨道高度 19100公里，运行周期 11 小时 15 分，轨道倾角 64.8° 。

与美国的 GPS 系统不同的是 GLONASS 系统采用频分多址 (FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星（ GPS 是码分多址（ CDMA ），根据调制码来区分卫星）。每颗 GLONASS 卫星发播的两种载波的频率分别为 L1=1,602+0.5625k(MHz) 和 L2=1,246+0.4375k(MHz) ，其中 k=1～ 24 为每颗卫星的频率编号。所有 GPS 卫星的载波的频率是相同，均为 L1=1575.42MHz 和 L2=1227.6MHz 。

GLONASS 卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码： S码和 P码。

GLONASS 系统从理论上有 24 颗卫星，但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题，实际上目前只有 8 颗。

GLONASS 系统单点定位精度水平方向为 16m ，垂直方向为 25m 。

66 、伽俐略系统 、伽俐略系统 GALELIGALELIOO

• 系统组成：• ①卫星星座：由 3 个独立的圆形轨道， 30 颗 GNS

S 卫星组成（ 27 颗工作卫星， 3 颗备用卫星） 。卫星的轨道倾角 i =56° ；卫星的公转周期 T=14h23m14S 恒星时；轨道高度 H=23616km 。

• ②地面系统：在欧洲建立 2 个控制中心；在全球构建监控网。

• ③定位原理：与 GPS 相同。• ④定位精度：导航定位精度比目前任何系统都高。

• 计划实施：• ① 1994 年开始进入方案论证阶段；• ② 2003 年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段；• ③ 2008 年整个伽利略（ GNSS ）系统建成并投入使用；

77 、北斗一号、北斗一号

88 、、 GPSGPS 定位方法分类定位方法分类 （ 1）绝对 /单点定位 (point positioning)——确定观测点在 WGS-84 系中的坐标，即绝对位置。

（ 2）相对定位 (relative positioning)——确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标，即相对位置。

99 、、 GPSGPS 定位原理定位原理

我 们 必 定 在 以 R1 为 半 径 的 球 面 的 某 个 点 上

R1

2 个 球 面 相 交 成 一 个 圆 弧

点 位 被 限 制 在 一 曲 线 上

R1

R2

3 个球面相交成一个点3 个距离段可以确定纬度，经度，和高程

点 的 空 间 位 置 被 确 定

R1

R2

R3

• 把卫星视为已知的控制点，在已知其瞬间坐标下，以 GPS 卫星和用户接受机天线之间的距离为观测量，进行空间距离交会，从而确定地面接受机的位置。

11 ）伪距测量原理）伪距测量原理伪距：卫星发射的测距码信号到达 GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的量测距离。

D = c· t△

22 ）载波相位测量）载波相位测量

33 ）影响）影响 GPSGPS 测量的误差因素测量的误差因素 • 大气层的影响• 多路径效应 • 卫星轨道误差 • 卫星钟差 • 地球自转 • 相对论效应 • 已知点坐标偏差 • 天线相位中心

1010 、、 GPSGPS 的后处理测量方法的后处理测量方法

1 ）静态测量 (static surveying)

（ 1）方法：将几台 GPS 接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测 4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至 1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。

（ 2 ）用途

是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。

（ 3 ）精度

可达到（ 5mm+1ppm ）

动态测量动态测量 (kinematic surveying)(kinematic surveying)

（ 1 ）方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1 点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过 15km。

（ 2 ）用途：适用于精度要求不高的碎部测量。（ 3 ）精度：可达到（ 10~20mm+1ppm ）

RTKRTK 用途：适用于精度要求不高的施工放样及用途：适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。碎部测量。

作业范围：目前一般为 10km左右。

精度：可达到（ 10~20mm+1ppm ）

endend

谢谢