GPS测量原理与应用.pptx

第六章GPS定位测量的数据处理与所有有测量任务相同,由GPS定位技术所获得测量数据,同样需要经过数据处理,方能成为合理而实用的成果。常规测量通常将某点在空间的位置分解为平面位置和高程位置关系,即分别用两个相对独立的坐标系统——平面坐标系统(经纬度、平面直角坐标)和高程坐标系统(正常高或正高)迭加表述,这种表达理论的不够严密还能构成一个完整的空间三维坐标体,但即能满足大多数测量定位的需要,因此,成为长期以来,几乎所有测量定位的主要表述方法。常规测量中,总的平面位置一般是用国家坐标系或地方独立坐标系表示,而高程则是用相对某一大地水准面的高程系来表示。(WGS-84坐标系)为依据来测定和表示总的空间位置,它即可用地心空间坐标系(X,Y,Z)表示,也可用椭球大地坐标系为大地纬度、大地经度、大地高(B,L,H)表示。在已有常规测量成果的区域进行GPS测量时,往往需要将由GPS测量获得的成果纳入到国家坐标系或地方独立坐标系,以保证已有测绘成果的充分利用,因此,GPS定位测量数据处理中,需要考虑如何将GPS测量成果由WGS-84世界地心坐标系转换至国家或地方独立坐标系。同其它测量数据处理一样,平差计算仍是GPS测量数据处理的主要任务之一。由于GPS测量数据是空间三维坐标系下的成果,所以对其进行的平差应是三维平差。另外,为了能和已有常规测量数据联合使用或处理,还需考虑GPS测量数据的二维平差。本章着重讨论的GPS网的三维平差和二维平差计算方法。由于GPS测量是在WGS-84地心坐标系中进行的,GPS定位获得的大地高是空间点至椭球面的高,即大地高是以椭球面为基准的高程系统,所获得的高程为相对于WGS-84椭球的大地高HGPS,由于椭球面是一个用于计算的几何面,所以,大地高是一个几何量,不具有物理意义。除了个别特殊用途外,要把GPS大地高转换为我国使用的正常高Hnormal或在实际工程中应用的正高Horthometric,即海拔高。因此,还必须研究如果由GPS大地高求得实用的正常高。:在地球重力场中,当水处于静止时的表面必定与重力方向(即铅垂线方向)处处正交。我们称这个与铅垂线正交的静止水平面为水准面。大地水准面:假设海水面处于静止平衡状况,并将它一直沿伸到地球陆地内部形成一个闭合的水准面,用来表示地球的形状,我们将这个水准面称为大地水准面。大地水准面是对地球的物理逼近,它可以较真实地反映地球的形状,但是地壳内部物质密度分布的不均匀,造成地面各点重力大小和方向不同,因此,与铅垂线处处正交的大地水准面是起伏不平的,因而它也很难以用简单的数学模型描述。要用它作为各种地面测量数据的计算基准面比较困难,必须寻找一个简单的适合测量计算的基准面。大地水准面相当接近于一个规则的具有微小扁率的数学曲面——旋转椭球。旋转椭球可用两个几何参数确定,即为椭球的长半径a和扁率f。这两个参数解决了椭球的形状和大小。为了将地面测量数据归算到椭球面上,仅仅知道它的形状和大小是不够的,还必须确定它与大地水准面的相关位置,也就是所谓的椭球定位和定向。另外,为了从几何特性和物理特性两个方面来研究全球的形状,则还要使椭球与全球大地水准面结合最为密切。现代大地测量中,采用四个参数来描述椭球的几何和物理特性。这四个参数是:(1)椭球的长半径α(解方程,用弧度测量的传统方法求出)。(2)地球重力场二阶带谐系数J2(J2与扁率存在一定解析关系)(卫星大地测量与卫星激光测距求出)。(3)地心引力常数与地球质量的乘积GM(卫星大地测量解算)。(4)地球自转角速度ω(天文观测求出)。地心坐标系,就是一个将椭球中心与地球质心重合,且与全球大地水准面最为密合的旋转椭球。