GPS定位原理及其在测量中的应用和现状.ppt

GPS定位原理及其在测量中的应用和现状,目录,一.概述 二.GPS定位概述 三.GPS定位原理 四.测量定位的应用现状及其发展,1.近、现代的常规（地面）定位方法,采用的仪器设备尺：铟钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪激光和红外仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪无线电、微波仪器：Loran-C，雷达观测方法角度或方向观测距离观测距离差观测,一.概述,2.常规（地面）定位方法的局限性,观测点之间需要保证通视需要事先布设大量的地面控制点/地面站无法同时精确确定点的三维坐标难以确定地心坐标平面、高程控制网破坏严重、很多点位难以寻找观测受气候、环境条件限制控制网存在误差积累、精度不高控制网点位分布不均匀平面点多在山顶并远离测区平面与高程控制分离、没有统一的控制系统,一.概述,一.概述,3.GPS 技术的广泛应用。,全球定位系统(Global Positioning System GPS)是全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。在通信行业，交通、运输部门，地理信息系统，电子商务领域，电脑制造商、通信设备商 均有长足的应用 被誉为即通讯、互联网之后的第三个信息技术增长点。,GPS优点：测站间无需通视数学模型简单，且能同时确定点的三维坐标易于实现全天候观测在长距离上仍能获得高精度的定位结果 目前GPS应用现状：绝大部分的控制测量用GPS实现RTK测量技术全面普及高智能亚米级手持GPS应用展开 前景：高精度、智能化、小巧化、网络化。,4.GPS定位技术的优点和应用,一.概述,什么是全球定位系统全球定位系统 GPS 的英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与测距全球定位系统），简称 GPS 有时也被称作NAVSTAR GPS。根据Wooden 1985年所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。,1.GPS定位系统的概述,二.GPS定位概述,2.GPS发展简史1957年10月4日 第一颗人造卫星 Sputnik I（苏）发射成功。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。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。1999年8月21/22日子夜，GPS发生GPS周结束翻转(EOW)问题。2000年1月1日，Y2K问题。2000年5月1日，美国总统克林顿宣布，GPS停止实施SA。（实际停止实施SA是5月2日）,二.GPS定位概述,3.GPS的系统组成 由空间部分、地面部分和用户部分等组成,二.GPS定位概述,3.1 空间部分（Space Segment）GPS卫星星座设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星 6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星当前星座：28颗,二.GPS定位概述,GPS卫星类型试验卫星：Block 工作卫星：Block Block：存储星历能力为14天，具有SA和ASBlock A（Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反Block R（Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯Block F（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率,Block IIA,Block IIR,Block IIA,Block IIF,二.GPS定位概述,GPS卫星 作用：接收、存储导航电文生成用于导航定位的信号（测距码、载波）发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调制在载波上的测距码和导航电文）接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置,二.GPS定位概述,卫星的载波信号与调制 GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号示意图如下,二.GPS定位概述,3.2 地面监控部分（Ground Segment）主控站：1个监测站：5个注入站：3个通讯与辅助系统,二.GPS定位概述,主控站：除协调和管理地面监控系统外，主要任务：1）根据观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。2）提供全球定位系统的时间基准。3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。4）启用备用卫星代替失效工作卫星监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。1）对卫星进行跟踪观测 2）记录气象数据 3）将数据传送到主控站注入站：主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。,二.GPS定位概述,二.GPS定位概述,3.3 用户部分（User Segment）组成用户接收设备接收GPS发射的无线电信号，获得必要的定位i信息和观测量，经数据处理完成定位工作。GPS接收机和数据处理软件、微处理机和终端设备组成。,。,二.GPS定位概述,1.3 用户部分（User Segment）组成用户接收设备接收GPS发射的无线电信号，获得必要的定位i信息和观测量，经数据处理完成定位工作。GPS接收机和数据处理软件、微处理机和终端设备组成。,。,三.GPS定位原理,二.GPS林业应用的发展方向,1.测绘行业技术手段迅猛发展的启示。,测绘技术手段的三个阶段;经典测量阶段：光学仪器、激光仪器。GPS测量阶段：单独的测量设备的应用。网络测量阶段：融合各种测量手段的网络化阶段。,二.GPS林业应用的发展方向,2.新的测量技术手段给林业测绘的影响。,高精度、低价格的测量设备必然广泛应用。林业应用必然会走向网络化、数字化、现代化。,三.CORS原理应用简介,1.什么是GPS的网络cors技术。,连续运行参考站系统可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LANWAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位，伪距)，各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统。CORS集网络RTK技术、GPS主板技术、计算机网络技术、数据通讯技术的发展成就于一身，是目前GPS测量技术发展的一个方向，促进了GPS在测量和其他领域的应用。,GPS技术应用的日益广泛和不断发展，各种用途的连续运行参考站系统（CORS）相继建成随着互联网的高速发展，区域和世界范围内的信息和数据交换已变得相当容易，这就决定了由多基站构成网络式的GPS服务体系成为GPS技术发展的最终目标，这种影响在实时动态定位领域产生了革命性的进步。,三.CORS原理应用简介,2.CORS网络技术的兴起。,方式图解,三.CORS原理应用简介,3.CORS的原理图解。,三.CORS原理应用简介,4.作业示意图,世界上许多国家和地区，先后建立了不同技术水平或不同应用层次的CORS系统。美国连续运行参考站网系统（CORS）加拿大的主动控制网系统（CACS）澳大利亚悉尼网络RTK系统（SydNet）德国卫星定位与导航服务系统（SAPOS）瑞士永久性GPS定位导航系统（SCORS）日本GPS连续运行站网的综合服务系统（GeoNet）,三.CORS原理应用简介,网络CORS站的定位模式虽然控制范围大，但需要的投资也是巨大的。1.此项技术长期被国外的一、两个品牌的公司垄断。2.国内代理在没有竞争的情况高额收费，在国内建设动则需要几百万的资金，且服务费用高，时间长。3.严重阻碍了发展，前期只有少量的行业和地区能够建设。,三.CORS原理应用与发展,5.投资大，建设时间长。,四.南方CORS的发展与特点,1.从单基站起步，打破国外技术垄断,单基站CORS基础测绘低投入高收益的解决方案。适用于在固定区域内作业的测量单位。连续运行，无需人员职守。作用半径可达基站为中心40km，覆盖一般中小城市及其周边区域。无需反复求取转换参数。,四.南方CORS的发展与特点,1.从单基站起步，打破国外技术垄断,10多万的投入，安装简单方便，两三个工作日即可完成，中小单位皆可自建。南方130多家省地级公司随时提供CORS技术服务。,南方单基站CORS成熟应用于200多个单位，以小、快、灵的方式解决中小区域的网络化测量，成为国内建站最多的公司之一。,南方自主知识产权的网络参考站系统（NRS），通过了由工程院院士魏子卿、许其凤等专家组成的鉴定委员会的验收，标志着南方网络CORS技术打破了进口垄断，目前NRS系统已为多个城市提供网络CORS服务。,四.南方CORS的发展与特点,2.南方网络参考系统（NRS）的突破。,四.南方CORS的发展与特点,3.南方网络参考系统（NRS）的突破。,南方国产化CORS基站的研制开发项目纳入国家863计划，获得国家资金支持，南方CORS屹立于行业科技的潮头。,四.南方CORS的发展与特点,4.南方网络参考系统（NRS）。,利用网络参考站对覆盖区域进行系统综合误差建模。覆盖范围网外30公里，实现移动站厘米级实时定位。同一系统内作业,成果坐标框架统一、精度分布均匀。自主知识产权，性价比高,南方网络参考站系统NRS,四.南方CORS的发展与特点,南方NRS系统特点,网络CORS模式提供真正的网络CORS解决方案以网络CORS模式工作时，网络初始化时间最短为 300秒基线浮动恢复固定时间30秒采用DEEP-NRS技术，使网的可用性大大提高采用RTK算法进行完备性检查数据加密技术,四.南方CORS的发展与特点,南方NRS系统兼容所有RTK,支持Eagle GPS 的通讯协议支持国际通用的GPS差分网络传输协议 NTrip协议，支持国内外各种型号的GPS接入服务。支持多种差分格式RTCM2.x(含RTD)CMR RTCA RTCM30,四.南方CORS的发展与特点,NRS将GPS应用带入更广阔的领域,将部分取代常规测量布控精度更高、更均匀单人测量系统无需重复求取参数稳定、统一的参考坐标框架跨行业，面向不同类型的用户提供了数据完整性监控,四.南方CORS的发展与特点,五.南方GIS采集系统,手持GPS手持式的GPS接收机,集成接收天线定位解算主板电源系统微型电脑应用软件其他设备,手持GPS分类,五.南方GIS采集系统,低精度手持GPS,麦哲伦台湾的“高明（Garmin）”,单点定位,五.南方GIS采集系统,高精度手持GPS南方S750,定位部分(GPS)测量型天线：平板天线，具有相位中心高精度主板:进口，定位高精度定位精度：亚米级数据处理部分(PDA)英国品牌，高配置处理器、内存大屏幕、大容量等,五.南方GIS采集系统,英特尔520MHz CPU大内存：128RAMWindowsCE 5.0操作系统（Mobile）内置标准蓝牙VGA分辨率,3.6英寸彩色液晶屏全数字键盘录入 USB通讯、SD卡扩展,高精度手持GPS的显著特点,五.南方GIS采集系统,广域星基增强系统SBAS,“星站差分”单机可实现实时差分，高精度定位,五.南方GIS采集系统,单机高精度定位（区域内）无需自建基准站主板自带功能，无需附件无需付费地球同步卫星，与L1同频率基于WGS84亚洲MSAS,欧洲EGNOS,美洲WAAS,星站差分的特点,实时差分接入各种CORS、网络基准站,内置高品质GPRS模块使用RTD差分格式接入CORS系统,野外数据实时回传，实现监控功能连接网络基准站（如S86等）实时差分,五.南方GIS采集系统,动态后差分测量高精度解算软件,现场无法搜索到差分信号，采集后由精确的办公室后处理软件，输出高精度成果,五.南方GIS采集系统,功能齐备、专业易用的应用软件,数据采集快捷键操作（测点，查看）偏移存储（野外不可达区域）点、线、面穿插采集数据字典（定制）,五.南方GIS采集系统,多种格式导出Excel(CSV)AutoCAD（CASS）MapInfoArcGis,专业工具包坐标转换 面积计算参数求取网络调试,灵活应用：导航放样,分层显示背景图片,地图纠正实时回传,扩展应用bmp,gif,jpg,pcx,png,tga,tif DXF（R12）,五.南方GIS采集系统,实时差分改正：亚米级（CEP）（外部源修正或SBAS）后差分处理：亚米级（CEP）静态：水平5mm+1ppm，高程10mm+1ppm(典型值要求最少能锁定5颗卫星，PDOP小于6，SNR最小值为39dBHz，且有合理的多路径条件等),定位精度说明：,五.南方GIS采集系统,谢 谢,