(知识较全)——测绘基准解读课件.ppt
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1、2004.03.10,测绘基准,一、测绘基准交流会,2004.03.10,测绘基准,测绘基准,大地基准高程基准深度基准重力基准,2004.03.10,测绘基准,大地基准,基准的概念目前我国常用的坐标系统常用坐标系间的坐标换算,2004.03.10,测绘基准,大地基准 基准的概念,坐标:一组有序实数,表示n维欧氏空间中的一个点。坐标系:确定地面点或空间目标的位置所采用的参考 系(参照物)。基准:将几何坐标系按一定的关系放入物理坐标系中的一组必要参数。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,1980西安坐标系1954年北京坐标系WGS-84大地坐标系新1954年北京坐标
2、系(新54系)独立坐标系(地方坐标系),2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,1980西安坐标系 开始定义为 “1980国家大地坐标系”。 1982 年,经天文大地网整体平差建立,全网共48433点。 属参心坐标系, IAG-75椭球(IAG国际大地测量学协会),长半轴 a=6378140m; 扁率 =1/298.257,原点在陕西省泾阳县。 椭球定位: 1.椭球短轴平行于地球地轴(由地球质心指向1968.0JYD方向); 2.起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面; 3.椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我
3、国常用的坐标系统,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,1954年北京坐标系 50年代从前苏联引入(1942年普尔科夫坐标系),未进行整体平差,属参心坐标系, 克拉索夫斯基椭球体,长半轴 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。 主要缺点: 1.长半轴约大了108m ; 2.椭球定位西高东低,东部高程异常达67m; 3.不同区域接边处大地点坐标差达12m。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,WGS-84大地坐标系 美国国防部研制确定的大地坐标系,Z轴指向BIH(国际时间局)1984.0定义的协议地球极(CT
4、P)方向,X轴指向零子午面与CTP赤道交点,Y轴与X、 Z轴构成右手坐标系。 长半轴 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。属地心坐标系,原点在地球质心。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,新1954年北京坐标系(新54系)属于参心大地坐标系椭球的几何参数同“54系” a=6378245m; =1/ 298.3大地原点及椭球轴向同“80系”高程基准面为1956年黄海平均高程面点的坐标与“54系”接近,精度同“80系”,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,独立坐标系(地方坐标系) 为了减少投影变形或满足保密需
5、要,也可使用独立(地方)坐标系,坐标原点一般在测区或城区中部,投影面多为当地平均高程面。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,大地坐标大地纬度L 过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林尼治子午线起算,东正西负。大地经度 B在P点的子午面上, P点的法线PKP与赤道面的夹角。由赤道起算,北正南负。,2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,高斯平面直角坐标 经高斯克吕格正形投影,将椭球面上的点转换到平面上, 用直角坐标(x,y)表示。 中央子午线投影到平面上是一直线,作为纵坐标轴;赤道投影到平面上也是一直线,作为横坐标轴;中央子午线和赤道
6、交点的投影像是坐标原点。,x,y,0,X,Y,P(x,y),2004.03.10,测绘基准,大地基准 目前我国常用的坐标系统,高斯投影分带(山东省的经度为114 45122 40),2004.03.10,测绘基准,大地基准 常用坐标系间的坐标换算,严密平差法(用本网的观测数据,另网的起算点)公式严密换算法(80系 新54系)转换模型法(七参数法),2004.03.10,测绘基准,坐标系的变换,同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式,一种形式实际上就是一种坐标系。如空间直角坐标系(X,Y,Z)、大地坐标系(B,L)、平面直角坐标(x,y)等。通过坐标统的转换我们得到了BJ54坐标系统下的空间直角
7、坐标,我们还须在BJ54坐标系统下再进行各种坐标系的转换,直至得到工程所需的坐标。,2004.03.10,测绘基准,将空间直角坐标系转换成大地坐标系,得到大地坐标(B,L),L=arctan(Y/X)B=arctan (Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐标(B,L),2004.03.10,测绘基准,将大地坐标系转换成高斯坐标系,得到高斯坐标(x,y),按高斯投影的方法求得高斯坐标,x=F1(B,L),y=F2(B,L),2004.03.10,测绘基准,将高斯坐标系转换成任意独立坐标系,得到独立坐标(x,y),在小范围内测量,
8、我们可以将地面当作平面,用简单的旋转、平移便可将高斯坐标换成工程中所采用坐标系的坐标(x,y),x=xcos+ysiny=ycos-xsin,2004.03.10,测绘基准,GPS高程测量,大地高(Hg)正常高/正高(Hr/hg),2004.03.10,测绘基准,大地高系统,大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高,大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量,不具有物理意义,同一个点,在不同的基准下,具有不同的大地高。,2004.03.10,测绘基准,正高系统,正高系统是以大地水准面为基准面的高程系
9、统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离,正高用符号hg表示,2004.03.10,测绘基准,正常高系统,正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离,正常高用Hr表示。,2004.03.10,测绘基准,高程基准,目前,我国实际采用的高程系统为正常高,即地面点 A至似大地水准面的距离。,大地高,A,正高,正常高,高程异常,大地水准面差距,自然表面,大地水准面,似大地水准面,椭球表面,2004.03.10,测绘基准,高程基准,1956年黄海高程系 水准原点设在观象山,采用19501956年7年的验潮结果计
10、算的黄海平均海水面,推得水准原点高程为72.289m。1985国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系,采用19521979年共28年的验潮结果,并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正,计算的黄海平均海水面,推得水准原点高程为72.260m。,2004.03.10,测绘基准,我国高程异常图,2004.03.10,测绘基准,我国测绘基准存在的问题,天文大地网不能满足军事上对地心坐标系的需求。精度与现代大地测量手段(GPS) 相比不匹配,导致使用GPS时的精度损耗。1954年北京坐标系及 1980西安坐标系与 ITRF(国际地球参考框架)或WGS-84无明确的对应关系。,2004.
11、03.10,测绘基准,我国测绘基准存在的问题,GPS空间网密度不够,使城市GPS控制网以及工矿独立网难以连接到国家GPS控制网系统。标石破坏严重,并且这种情况还在继续。参心坐标系,分量与 ITRF有 100m以上的偏差,54坐标系采用克拉索夫斯基椭球,长半轴 a值也相差100m以上。以上原因直接影响到GPS在我国的推广应用(包括范围、规模)。,2004.03.10,测绘基准,我国测绘基准存在的问题,高程基准复测周期过长(710年),现势性不强,由于地壳运动、地下水过量开采引起的地面下沉,使许多国家高精度水准点无法在实际生产中起到高程控制的作用(如:苏、杭、无锡的例子,以及浙江的跨海大桥工程)。
12、以单站(青岛验潮站)为高程起算点,而我国海岸线数千公里。标石破坏严重(主要由于公路建设等)。,2004.03.10,测绘基准,深度基准,1956年前我国采用最低低潮面1956年后我国采用理论深度基准面深度基准与陆地高程的起算面不同海图上的等深线不代表某点的实际深度,2004.03.10,测绘基准,重力基准,直接测量重力加速度的方法,称为绝对重力测量。测定两点的重力差,再推求某点的重力称为相对重力测量。70年代前,全球大部分地区采用的是维也纳重力基准和波茨坦重力基准。国际重力基准网(IGSN-71)是世界第一个多点重力基准。,2004.03.10,测绘基准,二、GPS测距原理,2004.03.1
13、0,测绘基准,GPS测距,伪距测量载波相位测量,2004.03.10,测绘基准,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 = ct t = t2 - t1,通过测量卫星信号从发射时刻到接收时刻之间的时延,然后乘以光速得到距离观测量。 传播时间由接收机内部码跟踪环路通过比较卫星时钟 产生的测距码和接收机复制的结构完全一致的码之间相关 最大。含有卫星和接收机钟差,大气延迟。不是卫星到接 收机的实际距离,称为伪距,2004.03.10,测绘基准,GPS伪距测量原理,2004.03.10,测绘基准,距离观测值的计算,接收机至卫星的距离借助于卫星发
14、射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C t,2004.03.10,测绘基准,2022/11/30,37,接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距,地心,Si,Pij,Pj,ri,Rj,有关各观测量及已知数据如下:r 为已知的卫地矢量P为观测量(伪距)R为未知的测站点位矢量,对卫星进行测距,2004.03.10,测绘基准,2022/11/30,38,采用载波相位观测值,发自卫星的电磁波信号:,信号量测精度优于波长的1/100载波波长(L1=19cm, L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m
15、)短得多所以,GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的成果精度,L1载波,L2载波,C/A码,P-码,2004.03.10,测绘基准,GPS载波相位测量原理,相位测量原理:麦可斯维电磁理论,电磁波在传播过程中相位保持不变。 载波相位观测值是接收机测得卫星信号的载波相位与本 振产生的相位的差值。 GPS卫星信号含有多种定位信息,除以上两种观测量以外,有的接收机如Trimble 4000SST 还可以给出载波相位变化率(即多普勒频移)用于动态用户测速。,2004.03.10,测绘基准,三、GPS定位模式,s1,s2,s3,s4,本振信号,卫星信号,2004.03.1
16、0,测绘基准,GPS定位模式,单点定位相对定位独立确定待定点在坐标系中的位置称为单点定位;确定同步跟踪相同GPS卫星信号的若干台接收机之间相对位置的方法称为相对定位。静态定位快速静态定位走走停停动态定位一般,待定点相对周围固定点没有可察觉的运动称为静态定位;否则,动态。VRS,2004.03.10,测绘基准,GPS定位模式,C/A码单点定位 15-25米(5.7M)P-码单点定位 1-3米伪距实时差分(RTD) 亚米级载波相位实时差分(RTK) 厘米级静态相对定位 毫米-厘米级快速静态定位 厘米级相对动态定位(后处理) 厘米-分米级,2004.03.10,测绘基准,单点定位-后方交会,首先我们
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