GPS概论-第九章-GPS应用

1全球定位系统概论资源与环境学院林承达[e-mail]2第九章GPS应用•GPS定位技术以其精度高、速度快、费用低、方便快捷等特点广泛应用于各行各业，成为当代国民经济，人们生产生活的重要部分。3GPS在各领域的应用•GPS特点：–全球地面连续覆盖–功能多，精度高–实时定位–应用广泛–观测之间无需通视–定位精度高–观测时间短提供三位坐标–操作简便–全天候作业4GPSRTK技术在数字校园测图中的应用GPS是英文GlobalPositioningSystem的缩写，意即全球定位系统。是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。RTK(RealTimeKinematic)技术又称载波相位动态实时差分技术。它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。5技术路线6收集测区资料7华中农业大学四等GPS联测网图8野外测量9电台设置移动站设置移动站天线高电台面板10野外测量基准站主机移动站主机电台采集手簿发射天线电源南方测绘灵锐S82GPS双频接收机RTK平面精度：±1cm+1ppmRTK高程精度：±2cm+1ppm11接收卫星数目超过5颗、空间位置精度因子（PDOP）5、HRMS与VRMS残差要求范围在3.5cm以下，状态达到固定解.点名X坐标Y坐标高程固定解平面精度高程精度卫星PDOPPT23373754.712533359.74522.395100.0120.02081.90PT33373650.499534100.78722.449100.0130.01972.30PT43373864.074534957.43722.147100.0140.02072.40PT63373343.031534901.37920.381100.0130.03372.40PT73372567.516534860.08020.393100.0120.03063.50PT93372425.850534378.40122.562100.0100.03363.20PT193372545.343533929.81929.374100.0080.03463.00PT203372697.337533560.66727.866100.0100.03581.60PT233372703.030533096.60125.551100.0110.02681.60PT223372983.985532967.43226.934100.0100.02281.70PT213373032.476532726.48222.875100.0100.02271.90PT153373142.090532268.01124.574100.0110.02491.60PT183372989.068534101.53431.952100.0110.02372.70控制点的校正数据12内业成图1314GPS精细农业15试验田点位坐标coordinatesofexperimentalfieldpoint点号经度纬度高程P1003373284.042534495.25624.748P1013373282.224534495.59324.699P1023373283.767534503.00224.619P1033373285.595534502.69024.645P1043373285.711534503.41024.607P1053373283.746534503.64524.633P1063373285.823534512.63424.631P1073373287.519534512.37824.572P1083373287.835534513.26324.582P1093373286.016534513.76024.553P1103373290.251534520.02524.762P1113373290.251534520.02524.76216面积计算areaCalculation17显示面积18昆明市连续运行GPS参考站系统1立项背景昆明市连续运行GPS参考站系统是昆明市城市空间数据基础设施的重要组成部分。该系统的基本任务是建成一个由若干连续运行的GPS参考站组成的参考站系统，实时获取参考站带有时间标记的位置信息，通过数据通信网络如因特网和广播网等方式，为需要测量和导航的用户提供坐标和GPS测量数据，以满足各种不同行业、不同用户对精密定位、快速和实时定位、导航的需要。192系统设计（1）总体目标首期将由6个新建的GPS参考站组成，平均站间距在40Km左右，可覆盖昆明市和部分区县，面积约6000平方公里。系统的基本目标：能够连续不断地对各参考站进行数据采集，并监测GPS卫星原始观测数据及其质量，数据采样率达20Hz，它不仅适合于高精度平面及高程测量等测绘工作，而且也可应用于导航、形变监测、地震预报、气象预报、水文、板块运动、潮汐研究、海洋应用、物探、火山/滑坡监测等领域。20（2）技术设计依据名称编号发布单位《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314-2001国家技术监督局《差分全球定位系统（DGPS）技术要求》GB/T17424-1998国家技术监督局《测绘技术设计规定》CH/T1004-1999国家测绘局《测绘技术总结编写规定》CH1001-1991国家测绘局《城市测量规范》CJJ8-99中华人民共和国建设部《IGSSiteGuidelines》2004Apil14IGSCentralBureau/JPL《混凝土结构设计规范》GBJ10-89中华人民共和国建设部《电子计算机机房设计规范》GB50174-93国家技术监督局、建设部《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-2001中华人民共和国信息产业部《建筑物防雷设计规范》，2000年修订版GB50057-94中华人民共和国建设部《计算机信息系统防雷保安器》CA173-1998中国公安部《工程测量规范》GB50026-93中华人民共和国建设部213参考站系统的建设（1）参考站选址和建网原则站址基础坚实稳定，避开地质构造不稳定的区域；远离周边一些易于产生多路径信号源的地方，如高大建筑物，金属物体反射面，树林，水域等，一般距离应不小于100m；站址10度以上高度角天空无障碍物；站址应远离电磁信号干扰源，如微波站，无线电发射台，高压线和雷击区等，一般距离应不小于100m；站址应便于接入市电、通讯线路，且稳定、安全和可靠；避开交通要道线路附近，但到达站址要交通便利；便于管理和维护，保证设备安全。22（2）参考站选址23（3）参考站的建设墩标的建设GPS参考站时应选在地质结构稳定的地面，但有时因条件限制需选在建筑物楼顶上。电涌防护的建设为了防止参考站电子设备遭受雷电袭击，将各种线路之间安装电涌保护器（SurgeProtectiveDevices，SPD），用于各类通信系统对各种雷电电流、操作过电压等进行保护的器件。后备电源系统的建设采用UPS后备电源供电。在一般情况下，整套系统是依赖AC交流电源运行，但当电源中断时，后备电源可自动代替主电源使各项设备连续运行达大约四十八小时。后备电源系统包括一台电源控制充电器、电压转换及一组多个深充电池。24④GPS参考站的硬件配备GPS参考站设备安装连接示意图25（4）数据中心的建设数据中心是整个系统非常重要的一个部分，配备一台服务器与6台GRX1200ProGPS参考站接收机相连。（5）通讯系统的建设参考站与数据中心间的数据通讯RTK数据播发的数据通讯在数据中心将数据发送到FTP或Web服务器264参考站系统的组成及功能（1）系统构成GPS参考站子系统、通讯网络子系统、数据控制中心子系统、用户应用子系统等组成。（2）系统各部分的功能GPS参考站子系统：由6个参考站组成，主要功能是全天24小时不间断地接收GPS卫星信号、采集原始数据；通讯网络子系统：由1条静态IP和6条动态IP组成的VPN网络以及GSM/GPRS无线通讯网组成，功能是实时传输各参考站GPS数据至数据中心和发送RTK改正数到流动站用户；数据控制中心子系统：由服务器和相应的软件构成，功能是控制、监控、下载、处理、发布和管理各参考站GPS数据，计算网络RTK改正数，生成各种格式的改正数据，并发给流动站用户。用户应用子系统：由不同的流动站组成，功能是接收改正数，并解算出流动站的精确位置。275系统的关键技术（1）GPS参考站系统VPN组网通讯系统通过动态ADSL利用VPN虚拟专网技术组成GPS定位数据通讯网络，把各参考站与数据中心连接起来。（2）主副站技术实时动态定位解算主副站技术是基于最新多站、多系统、多频（L1,L2,L5）和多信号非差处理算法，采用著名的LAMBDA算法和SmartCheck技术和卡尔曼滤波方法进行严格实时平差的通用软件包。选择距流动站最近的一个有效参考站作为主站，一定半径范围内至少二个其他有效的参考站作为副站，主站和副站自动组成一个单元进行网解，发送主站差分改正数和副站与主站改正数的差值给流动站，对流动站进行加权改正，最后得到精确坐标。286系统测试结果（1）有效服务范围：网络RTK：覆盖参考站网内区域以及网外20Km半径覆盖的范围，共6000平方公里；单站RTK：最大达到53.4KM,满足0~30KM;（2）可利用性：从多次测试的结果统计为96.9%;（3）可靠性：从多次测试的结果比较统计为100%;（4）兼容性：除使用徕卡系列产品，测试期间仅使用南方S80进行了兼容性测试，能够接收昆明网络RTK数据并能快速得到固定解（5）系统能提供的原始数据格式有徕卡专用格式LB2，国际通用格式RINEX；差分数据格式有：RTCMV2.0，2.1，2.2，2.3，3.0以及CMR/CMR+。29（6）系统精度：内符合精度网络RTK单站RTK最大平面点位精度(cm)4.753.98最小平面点位精度(cm)0.170.67平均平面点位精度(cm)2.053.1内符合精度表30外符合精度网络RTK单站RTK与已知WGS-84的比较与已知昆明87坐标的比较与已知WGS-84的比较最大平面差值度(cm)4.66.73.98最小平面差值(cm)0.50.10.67平均平面差值(cm)2.53.13.1最大高程差值(cm)10.9最小高程差值(cm)0.6平均高程差值(cm)4.6外符合精度表31GPS参考站系统在控制测量中的应用•参考站系统的应用•1）建立并维护一个高质量地心坐标基准。•参考站建立起来之后，利用参考站的长期跟踪数据和因特网上随时可以收集的周边地区固定参考站的观测数据，周期性地更新参考站的地心坐标，相对精度可以达到10-8至10-9左右，绝对精度可望优于分米级。•（2）取代常规测量控制网。•参考站网的基本功能相当于现有的国家或城市基本控制网。•（3）实现城乡GIS系统的实时更新。•参考站网系统的建成，任何野外实时采集的信息都可以连同它们的空间属性数据一起，通过系统的逆向数据通道反馈到市县不同类型的GIS系统数据库中，实时进行数据库的更新。32•（4）满足地球物理与环境监测的需求。•参考站网的一个重要应用领域就是满足地球物理与环境监测方面的需要。其中包括与周边地区连续跟踪参考站进行数据交换，分析研究所在板块相对于其它周边板块的运动规律，也支持地震监测等部门从事参考站网服务区内流动监测点位进行毫米级精度的监测研究作业。•（5）服务于公共安全。•（6）GPS气象学。•GPS气象学是最近一二十年内形成的一门新兴学科，利用GPS无线电信号穿越大气圈时受到电离层与对流层的弥散效应和出现的折射现象，进行数值分析，特别是可以精确地提取大气层中的水气含量和分布，从而对可能出现的降水时间和强度作出前所未有的精确预报，服务于当地的农业、交通、旅游、体育和社会公共活动的精密部署，减少灾害性天气给各行各业带来的生命财产损失。33•（7）地面施工机械的自动引导。•参考站系统建成后，野外地面机械施工的用户可以通过引进或开发