【测绘课件】传统地形图测绘.ppt
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1、数字测图原理与方法,电子教案 山东科技大学 测绘学院 工程测量系,承上启下篇之:传统地形图测绘,地形图测绘:分控制测量、碎部测量两部分。 控制测量: 三角网、导线及交会测量等常规方法 GPS方法 全站仪方法 碎部测图: 平板仪测图、经纬仪测图等传统测图法 全站仪、GPS等地面数字测图法 航空摄影测量法,1 GPS控制测量 2 传统地形图测绘 3 测定碎部点的基本方法,承上启下篇之:传统地形图测绘,一、GPS系统的组成 GPS建立控制网的特点: 自动化程度高、全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等。 GPS系统组成: 空中GPS卫星星座、地面监控部分和用户设备部分(GPS接收机)三部分
2、。,1 GPS控制测量,1、 GPS卫星星座 由24颗卫星构成,21颗工作,3颗备用,均匀分布在6个轨道面上,轨道面倾角为55,各轨道面之间相距60,轨道平均高度20200km,卫星运行周期为11小时58分恒星时。 每颗GPS卫星装备有4台高精度原子钟,及无线电信号收发机和微处理机等设备。,1 GPS控制测量,GPS卫星信号种类: 两种调制波,一种组合了卫星导航电文、L1载波和C/A码、P码,另一种组合了卫星导航电文、L2载波和P码。 卫星导航电文:卫星星历、时间信息和时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息等内容。 载波:一种周期性的余弦波,分为L1载波和L2载波,波长分别为19和24,测
3、距误差分别为0.19和0.24cm。 C/A码:只调制在L1载波上,用于粗略测距和捕获GPS卫星信号,码元宽度约293.1m,测距误差可达29.32.9m。 P码:同时调制在L1和L2载波上,用于精密测距,码元宽度约为29.3m,测距误差约为2.930.29m。,1 GPS 控制测量,2、地面监控部分 由卫星监测站、主控站和信息注入站组成。 监控站5个:对连续观测GPS卫星和收集有关气象数据,初步处理并储存和传送到主控站,以确定卫星的精密轨道。 主控站1个:协调和管理所有地面监控系统的工作,并推算各卫星的星历、钟差和大气延迟修正参数并将这些数据和管理指令送至注入站。 注入站3个:将主控站传来的
4、数据和指令注入到相应卫星的存储器,并监测注入信息的正确性。 除主控站外均无人值守。,1 GPS 控制测量,地面监控部分,3、GPS用户接收机 包括主机、天线和电源。 功能:接收GPS卫星信号,获得导航和定位信息及观测量,并经初步数据处理而实现实时导航与定位。,1 GPS 控制测量,GPS 接收机,GPS接收机,GPS接收机,DSNP LEICA GARMIN,TRIMBLE ASHTECH JAVAD,二、GPS定位的基本原理 依据距离交会定位原理确定点位。利用三个及以上控制点可交会确定出天空中的卫星位置,反之,利用三个及以上卫星的已知空间位置也可交会出地面未知点的位置。,1 GPS 控制测量
5、,GPS定位: 5个基本原则,GPS 通过距离交会方法进行定位,通过测量发射信号到达测站的时间来确定卫星至测站的距离,为了测量时间,GPS需要精度非常高的时钟,GPS信号通过大气将有时间延迟,得到了测站至卫星的距离,还需要卫星在空间的位置,1,2,3,4,5,*,二、GPS定位的基本原理 1、测距码伪距测量与绝对定位 卫星发射的测距码到达接收机的传播时间(t)乘以光速(C) 即GPS卫星至地面GPS接收机间的距离。 卫星充当轨道上运动的控制点,观测值为测站至卫星的码伪距(由时间延迟计算得到) 因接收机时钟与卫星钟存在同步误差,故要同步观测4颗卫星,解算四个未知参数:纬度,经度,大地高程h,钟差
6、t,1 GPS 控制测量,码伪距观测,GPS码伪距单点绝对定位,若没有钟差,GPS接收机观测至三颗卫星的距离,就可以求出三维位置,但钟差是客观存在的,必须作为未知参数和三个坐标参数一并求解。 故GPS定位实质是求解四维坐标(三维空间加一维时间),需要对4颗以上的卫星进行同步观测。,z,y,x,PD1,PD2,PD3,PD4,S1,S4,S3,S2,Sn 卫星,PD1 伪距,x, y, z 测站坐标,XSN ; YSN ; ZSN已知卫星坐标 XR ; YR ; ZR测站坐标,空间大地直角坐标,大地坐标,XR 纬度(B) YR 经度 (L) ZR 高程 (h) dT 时间 T,转换,解算,误差方
7、程,4 个观测量 4 个等式 4 个参数,GPS单点绝对定位,二、GPS定位的基本原理 2、载波相位测量与相对定位 测定GPS卫星信号发射的载波信号在传播路径上的相位变化值,来确定信号传播的距离。 与伪距观测方程相比,主要有三点不同: 一是增加了整周未知数参数。 二是电离层产生的信号延迟符号相反(伪距滞后,相位超前。 三是相位观测值噪声远小于伪距的观测噪声。,1 GPS 控制测量,(1)载波相位测量,信号量测精度优于波长的1/100 L1,L2载波波长分别为L1=19cm, L2=24cm,比C/A码波长C/A=293m要短得多 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
8、)定位高得多的测距精度,可以消去卫星钟的系统偏差 可以消去接收机时钟的误差,可以消去轨道(星历)误差的影响 可以削弱大气折射对观测值的影响,(2)组成星际、站际两次差分观测值,(3)解算初始整周未知数,测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 (1)初始整周未知数n;(2) t 0至t i 时刻的整周记数Ci;(3)相位尾数i 如果信号没有失锁,则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n 为了利用载波相位进行定位,必须设法先解算出初始整周未知数,取得总观测值n+Ci+ i,(4)初始整周未知数的确定与定位精度的关系,如果无法准确解出初始整周未知数,则定位精度难以优于1m 随着初始整周未知数解算
9、精度的提高,定位精度也相应提高 一旦初始整周未知数精确获得,定位精度不再随时间延长而提高 经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数 快速静态定位将这个过程缩短到5-8分钟(双频接收机),1 GPS 控制测量,二、GPS定位的基本原理 2、载波相位测量与相对定位 相对定位:在两个测站上用两台GPS接收机同步观测相同的GPS卫星进行载波相位测量,以确定两点间的相对位置(即基线向量)。 多台接收机安置在不同的测站上同步观测GPS卫星,可确定多条基线向量,在一个端点坐标已知的情况下,可用基线向量推求另一点的坐标。,1 GPS 控制测量,二、GPS定位的基本原理 2、载波相位测量与相对定
10、位 静态相对定位:将GPS接收机固定在测站上不动对GPS卫星作同步观测。 一般采用载波相位观测值为基本观测量,在此基础上作差分处理,即对相位观测值作差,消除一些多余参数,利用观测值的线性组合组成误差方程。 此差分方法可消除或减弱多种误差对定位的影响,且减少了解算工作量。差分法有单差法、双差法和三差法等形式。静态相对定位在同步观测12小时的情况下,相对定位精度可以达到毫米级。,载波相位相对定位,站星双差,站星历元三差,站间单差,1 GPS 控制测量,二、GPS定位的基本原理 2、载波相位测量与相对定位 动态相对定位:一台GPS接收机固定在坐标已知的基准点上,另一台接收机在运动中对GPS卫星进行同
11、步观测,并同时接收来自基准点上接收机发出的数据信息,从而实时解算运动接收机的瞬间坐标,这种实时动态定位技术即GPS RTK(RTK, Real Time Kinematic)测量技术,其定位精度可达厘米级。 GPS RTK测量和全站仪测量是大比例尺数字测图中碎部点测量的两种重要方法。,三、GPS测量误差 分为三类误差: 1、与GPS卫星有关的误差: 包括卫星的星历误差和卫星钟误差,两者都属于系统误差,可在GPS测量中采取一定的措施消除或减弱,或采用某种数学模型对其进行改正。,1 GPS 控制测量,三、GPS测量误差 2、与GPS卫星信号传播有关的误差: 包括电离层折射误差、对流层折射误差和多路
12、径误差。 电离层折射误差和对流层折射误差即信号通过电离层和对流层时,传播速度发生变化而产生时延,使测量结果产生系统误差。 测站周围反射物反射的卫星信号进入接收机天线,和直接来自卫星的信号产生干涉,从而使观测值产生偏差,即为多路径误差,取决于测站周围观测环境,具有一定的随机性,属于偶然误差。,1 GPS 控制测量,三、GPS测量误差 分为三类误差: 3、与GPS信号接收机有关的误差: 包括接收机的观测误差、接收机的时钟误差和接收机天线相位中心的位置误差。 接收机的观测误差具有随机性质,是一种偶然误差,通过增加观测量可以明显减弱其影响。 接收机时钟误差,是指接收机内部安装的高精度石英钟的钟面时间相
13、对于GPS标准时间的偏差,是一种系统误差,但可采取一定的措施予以消除或减弱。 接收机天线相位中心的位置误差,因天线相位中心随着GPS信号强度和输入方向的不同而发生变化,致使其偏离天线几何中心而产生系统误差。,1 GPS 控制测量,四、GPS控制网的布设形式 多台接收机在相同时段内相对定位方法同时连续跟踪相同卫星组。 同步观测时各GPS点组成的图形称为同步图形。 当同步观测GPS接收机台数大于等于3时,由GPS观测边(独立或非独立)构成的多边形闭合环,称为同步闭合环。 同步环闭合差。 由数条不同时段观测的独立的GPS边所构成的非同步多边形,称之为异步环。 异步环闭合差。,1 GPS 控制测量,四
14、、GPS控制网的布设形式 1、星形网 只需两台GPS接收机,作业简单,常用于快速静态定位和动态定位中。 因各基线之间不构成闭合图形,因此其不具有抗粗差的能力。一般仅在工程测量、地籍测量和碎部测量等中应用。 2、点连式网 相邻同步图形之间仅有一个公共点连接成的网。以这种方式布设的GPS网,没有或仅有少量的异步图形闭合条件。因此,点连式网抗粗差能力不强,特别是粗差定位能力差,网的几何强度也较弱。,1 GPS 控制测量,四、GPS控制网的布设形式 3、边连式网 即相邻同步图形之间用一条公共基线连接。具有大量的非同步图形闭合条件,及大量的重复基线边,故几何强度较高,具良好的自检能力,能有效发现测量中的
15、粗差,具较高的可靠性。 4、网连式网 即相邻同步图形之间有二个以上公共点相连接,相邻同步图形之间存在相互重叠的部分。具有相当高的几何强度和可靠性,但通常需要4台或更多的GPS接收机,观测工作量较大,作业费用较高。,1 GPS 控制测量,五、GPS控制网的外业观测 主要包括接收机天线安置、开机观测与记录。 天线安置包括对中、整平、天线定向及量取天线高。对中与整平同常规测量仪器相同,定向是使天线顶面的定向标志指向正北。天线安置完成后,接通接收机与电源、天线的连接电缆,即可启动接收机进行观测。 接收机锁定卫星并开始记录数据后,观测员可进行必要的输入(如点名、时段号、天线高等)和查询操作。另外,在观测
16、过程中,观测员应在观测始末及中间各观测并记录气象资料一次。 外业观测结束后,即用基线解算软件解出各条基线,根据解算基线时软件提供的基线质量指标标准,及同步环、异步环和重复基线闭合差等三个GPS外业质量控制指标来衡量外业验算。 GPS接收机采集并记录的是接收天线到卫星的伪距、载波相位、卫星星历等数据,要得到定位成果,还需经过数据预处理、基线向量解算和GPS网平差等一系列的数据处理。,1 GPS 控制测量,小 结,熟记GPS系统的组成、GPS测量误差 理解GPS定位的基本原理 了解GPS控制网的布设形式和外业观测,传统测图实质:即图解测图,通过测量将碎部点展绘在图纸上,以手工方式描绘地物和地貌,具
17、有测图周期长、精度低等缺点,主要适用于小区域、大比例尺的地形测图。 传统测图应按照一定的程序进行工作, 在收集资料和现场初步踏勘的基础上,拟定技术计划; 进行测区的基本控制测量和图根控制测量; 进行测图前的一系列准备工作,以保证测图工作的顺利进行; 在测站点密度不够时要对测站点进行加密; 逐点完成碎部测图工作; 进行图边测图和野外接图; 完成检查、验收,野外原图整饰等碎部测图的结束工作。,2 传统地形图测绘,经纬仪法(又称极坐标法)测图 : 1、安置经纬仪在测站点A上,并量取仪器高, 选择另一已知点B作为起始方向(零方向)并瞄准; 2、在测站点A附近适当位置安置图板,并将分度规的中心圆孔固定在
18、图板上a点; 3、用经纬仪照准碎部点P上的标尺,读取碎部点方向与起始方向间的水平角(称为碎部点方向角)、视距、垂直角;,2 传统地形图测绘,经纬仪测图法: 5、计算出测站点至碎部点的水平距离和碎部点的高程; 6、按碎部点方向角放置分度规,并在分度规直径刻划线上依照比例尺量取测站点至碎部点水平距离的图上长度; 7、由此可定出P点在图上的位置,并在点旁注记碎部点的高程。,3 碎部测图的方法,经纬仪测图,第九章 大比例尺地形图测绘 9.1 碎部测图的方法,课堂实习一 传统地形图测绘,任务:经纬仪测图法测图 工具: DJ6经纬仪及架腿1套,小平板及架腿1套,水准尺1把,皮尺1把,小钢尺1把,铁三角架1
19、个,量角器1块。 自备: 聚脂薄膜图纸1张,三角板1块,白纸、铅笔、橡皮若干。 在原控制点观测数据基础上进行,总计6学时。 上交资料: 碎部测量记录表1张,1:500地形图1张,实习报告。,一、碎部点的坐标计算 1、极坐标法 在坐标已知点P上安置全站仪或测距经纬仪,测站定向后,观测测站点至碎部点方向、天顶距和斜距,计算碎部点的平面直角坐标。 多数情况下,棱镜中心能安置在待测碎部点0上。 已知量:P点坐标,极角T0,极径S0,则0点位置为:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 1、极坐标法 棱镜只能安置在碎部点周围,可由对棱镜位置的观测,推算待定碎部点坐标。棱镜相对于待定碎部点的位置
20、有1、2、3、4四种情况。 已知: P点坐标,观测:极角T0,棱镜至站点、待定点间的距离Si、 li 则1、2、3、4各点位置为:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 2、方向交会法 (1)两个测站的前方交会。 已知:A、B坐标,观测:AJ、BJ方向TAJ、TBJ, A、B、J逆时针排列。 用余切公式或下列公式计算J点坐标:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 2、方向交会法 (2)一个测站观测方向与一个已知方向的交会。 已知:A、B、P点坐标,AB方向TAB;观测:PJ方向TPJ。 则J点坐标:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 3、量距法 (1)距离交
21、会法 已知:A、B坐标,A、B、J按逆时针编号 量测:边长AJ、BJ 则J点坐标为:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 3、量距法 (2)偏距法 : 已知:A、B坐标, AJ、BJ间夹角为直角 量测:边长BJ,AJ,则J点坐标: J在AB左为正,右为负 则J点坐标:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 3、量距法 (3)插点法 : 已知: JA、JB两点位置;量测:距离S1、S2 则,J1、J2 坐标为:,2 测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 4、方向距离交会法 已知:测站点P、碎部点A的坐标。 量测:AJ长S,PJ方向角TPJ,则J点坐标为: 式中:,2
22、测定碎部点的基本方法,一、碎部点的坐标计算 5、直角坐标法(支距法) 已知:A、B点坐标,过J作垂线JM垂直AB 量测:距离AM、MB 则J点坐标为: J点在AB左侧时,坐标为: J点在AB右侧时,坐标为:,2 测定碎部点的基本方法,二、碎部点高程的计算 常采用普通三角高程测量(传统测图)或电磁波测距三角高程测量(地面数字测图)测定碎部点的高程。 采用经纬仪或大平板进行传统测图时,高程计算为: 采用全站仪或测距经纬仪进行地面数字测图时,高程计算为:,2 测定碎部点的基本方法,小 结,熟记经纬仪法测图基本原理,并在课堂实习中通过操作实践,掌握其步骤。 熟记测定碎部点坐标的基本方法,理解这些方法原
23、理,大学课件出品 版权归原作者所有 联系QQ :910670854 如侵权,请告知,吾即删 更多精品文档请访问我的个人主页 http:/ 却聪明得太迟 把钱省下来,等待退休后再去享受 结果退休后,因为年纪大,身体差,行动不方便,哪里也去不成。钱存下来等养老,结果孩子长大了,要出国留学,要创业做生意,要花钱娶老婆,自己的退休金都被拗走了。,人生太短,聪明太晚(2),当自己有足够的能力善待自己时,就立刻去做,老年人有时候是无法做中年人或是青少年人可以做的事,年纪和健康就是一大因素。小孩子从小就告诉他,养你到高中,大学以后就要自立更生,要留学,创业,娶老婆,自己想办法,自己要留多一点钱,不要为了小孩
24、子而活我们都老得太快却聪明得太迟,我的学长去年丧妻。这突如其来的事故,实在叫人难以接受,但是死亡的到来不总是如此。学长说他太太最希望他能送鲜花给他,但是他觉得太浪费,总推说等到下次再买,结果却是在她死后,用鲜花布置她的灵堂。这不是太蠢愚了吗?! 等到、等到.,似乎我们所有的生命,都用在等待。,人生太短,聪明太晚(3),等到我大学毕业以后,我就会如何如何我们对自己说 等到我买房子以后! 等我最小的孩子结婚之后! 等我把这笔生意谈成之后! 等到我死了以后 人人都很愿意牺牲当下,去换取未知的等待;牺牲今生今世的辛苦钱,去购买后世的安逸 在台湾只要往有山的道路上走一走,就随处都可看到农舍变精舍,山坡地
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