gps大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

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1、武漢大學(xué)GPS大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換學(xué)院:武漢大學(xué)班級(jí)學(xué)號(hào):200953103417學(xué)生姓名:程衛(wèi)旗指導(dǎo)教師:黃聲享-20-武漢大學(xué)摘要GPS(GlobalPositioningSystem)測(cè)量具有全天候、快速、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn),但是長(zhǎng)期以來(lái),工程應(yīng)用領(lǐng)域只是利用了GPS測(cè)量中的平面位置信息,浪費(fèi)掉了高程信息,也就是沒(méi)有充分利用并開(kāi)發(fā)GPS資源。如果GPS水準(zhǔn)方法在一定范圍內(nèi)可替代低等級(jí)幾何水準(zhǔn)測(cè)量,不僅可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益,而且也為通過(guò)GPS測(cè)量確定大地水準(zhǔn)面的研究提供了參考。因此,GPS測(cè)定正

2、常高的研究具有一定的科學(xué)價(jià)值及現(xiàn)實(shí)意義。GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后,可以得到兩點(diǎn)間基線向量及高精度大地高差,若已知一點(diǎn)大地高,便可求得全網(wǎng)任一點(diǎn)的大地高。大地高是以橢球面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng),而我國(guó)采用的是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的正常高系統(tǒng),因此,需將大地高轉(zhuǎn)換為正常高。關(guān)鍵詞:GPS,高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換-20-武漢大學(xué)目錄1緒論-3-1.1引言-3-1.2GPS全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介-3-1.3GPS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀-4-1.4我國(guó)高程系統(tǒng)現(xiàn)狀-5-1.5GPS高程轉(zhuǎn)換概況-5-1.6本論文所研究的內(nèi)容-6-2高程基準(zhǔn)起算面及其相

3、互關(guān)系-6-2.1平均海平面與高程基準(zhǔn)面-6-2.2大地水準(zhǔn)面與似大地水準(zhǔn)面-8-2.3參考橢球面與大地水準(zhǔn)面的關(guān)系-10-3GPS大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)-11-3.1坐標(biāo)系統(tǒng)分類-11-3.1.1空間直角坐標(biāo)系-12-3.1.2平面直角坐標(biāo)系-13-3.1.3大地坐標(biāo)系-13-3.2GPS測(cè)量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)-13-3.2.1WGS-84坐標(biāo)系-13-3.2.21954年北京坐標(biāo)系-13-3.3坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系-14-3.3.1空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間大地坐標(biāo)-14-3.3.2大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面直角

4、坐標(biāo)-15-3.4高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)-17-3.4.1大地高系統(tǒng)-17-3.4.2正高系統(tǒng)-17-3.4.3正常高系統(tǒng)-17-3.4.4三種高程系統(tǒng)間的關(guān)系:-18-結(jié)論-19-參考文獻(xiàn)-20--20-武漢大學(xué)1緒論1.1引言大地水準(zhǔn)面是與平均海平面最接近的一個(gè)重力等位面,大地水準(zhǔn)面表征了地球的基本幾何和物理特性,不論從大地測(cè)量發(fā)展需要還是從其對(duì)地學(xué)相關(guān)研究和服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要作用來(lái)看,不斷精化全球和區(qū)域大地水準(zhǔn)面是大地測(cè)量學(xué)的最重要的任務(wù)之一。大地水準(zhǔn)面或似大地水準(zhǔn)面是一個(gè)國(guó)家高程系統(tǒng)的起算基準(zhǔn)面,其格網(wǎng)

5、數(shù)值模型可以看作一種測(cè)定正常高的參考框架。水準(zhǔn)測(cè)量的參考基準(zhǔn)只是大地水準(zhǔn)面上一個(gè)特定的點(diǎn),即在一個(gè)選定的驗(yàn)潮站上確定的平均海面上的一點(diǎn),且假定此平均海面就是大地水準(zhǔn)面,其他所有地面點(diǎn)的正常高都要從這一點(diǎn)出發(fā),通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量路線的高程傳遞來(lái)測(cè)定,由精密水準(zhǔn)測(cè)量建立的國(guó)家高程控制網(wǎng),是水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定高程的由精密GPS大地高測(cè)量可以確定所測(cè)點(diǎn)的正常高由下式計(jì)算或N和ζ分別為大地水準(zhǔn)面差距和高程異常,N和ζ由大地水準(zhǔn)面模型提供,因此可以認(rèn)為所用模型起到了由GPS測(cè)定正常高的參考框架作用。從這個(gè)意義上說(shuō),建立和精化大地水

6、準(zhǔn)面模型,就是現(xiàn)今GPS定位時(shí)代建立和維護(hù)國(guó)家高程參考框架,和建立國(guó)家高精度GPS定位網(wǎng)或傳統(tǒng)的國(guó)家高程控制網(wǎng)具有同樣重要的意義,也是一個(gè)國(guó)家發(fā)展測(cè)繪事業(yè)的一項(xiàng)大地測(cè)量基礎(chǔ)建設(shè)。1.2GPS全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介GPS全球定位系統(tǒng)的英文全稱是“NavigationbySateliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem”。該系統(tǒng)于1973年12月由美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)他的海陸空三軍聯(lián)合研制,最初作為軍事用途。該系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn),可

7、向各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度、時(shí)間信息。自1974年起,經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)研制、生產(chǎn)作業(yè)三個(gè)階段。GPS分為三大部分:空間部分(GPS衛(wèi)星星座)、地面控制部分(主控站、監(jiān)測(cè)站和注入站)、用戶設(shè)備部分(GPS接收機(jī))。GPS系統(tǒng)地空間部分由24顆衛(wèi)星組成(其中3顆為備用),其基本參數(shù)是:衛(wèi)星顆數(shù)為21+3,衛(wèi)星軌道面?zhèn)€數(shù)為6,衛(wèi)星高度為20200km,軌道傾角為55度,衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分(恒星時(shí)12小時(shí)),載波頻率為1575.42MHz-20-武漢大學(xué)和1277.60MHz。衛(wèi)星通過(guò)天頂時(shí),

8、衛(wèi)星可見(jiàn)時(shí)間為5小時(shí),在地球表面上任何時(shí)刻,在高度角15度以上,平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星,最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。在用GPS信號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航時(shí),為解算測(cè)站上的三維坐標(biāo),必須觀測(cè)4顆以上的GPS衛(wèi)星,簡(jiǎn)稱定位衛(wèi)星。這些衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的位置幾何分布對(duì)定位精度有一定的影響。導(dǎo)航定位時(shí),把GPS衛(wèi)星作為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn),來(lái)解求待定點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。衛(wèi)星的位置是由衛(wèi)星發(fā)射的星歷——描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)算得的。GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷,是

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