土木工程测量3S技术.ppt

本章要点本章要点：：（（1））全球定位系统及其定位原理全球定位系统及其定位原理（（2））GPS应用应用（（3））遥感（遥感（RS）技术基本原理）技术基本原理（（4））RS应用应用（（5））摄影测量基本原理摄影测量基本原理（（6））地理信息系统及其应用地理信息系统及其应用9. 3S技术技术1.GPS定位系统：定位系统：美国，共美国，共24颗卫星颗卫星 1973年年12月月~1978年年2，发射第一颗试验卫星，发射第一颗试验卫星 1978年年2月月~1989年年2月，发射第一颗工作卫星月，发射第一颗工作卫星 1989年年2月月~1995年年4月，实现全天候导航、定月，实现全天候导航、定位和定时（第一代）位和定时（第一代） 覆盖范围：覆盖范围：全球，目前民用服务全球免费全球，目前民用服务全球免费 定位精度：定位精度： 1））单点定位：单点定位：10~15米米 2））静态相对定位：静态相对定位：10-6~10-79.1 当前全球定位系统的发展概况当前全球定位系统的发展概况2. GLONASS定位系统：前苏联定位系统：前苏联 组成：组成：21颗工作卫星及颗工作卫星及3颗备用卫星（现颗备用卫星（现17颗）颗） 分布：分布：3个轨道平面内个轨道平面内 研究时间：研究时间：1982年开始研究，计划年开始研究，计划2009年完成年完成 覆盖范围：覆盖范围：全球（全球（2007年底覆盖全俄罗斯）年底覆盖全俄罗斯） 定位精度：定位精度：约约1米米3. Galileo（伽利略）导航系统：欧盟（伽利略）导航系统：欧盟 组成：组成：27颗工作卫星及颗工作卫星及3颗备用卫星颗备用卫星 分布：分布：3个轨道平面个轨道平面 筹建时间：筹建时间：2002年，计划于年，计划于2011年建成年建成 覆盖范围：覆盖范围：全球全球 定位精度：定位精度：1米之内米之内4. 北斗导航定位系统：中国北斗导航定位系统：中国 1983年提出创建北斗导航定位系统，年提出创建北斗导航定位系统，2000年年10月及月及12月相继发射两棵卫星，目前共有月相继发射两棵卫星，目前共有4颗。

颗覆盖范围：覆盖范围：中国及周边国家及地区中国及周边国家及地区 定位精度：定位精度：10米米 功能：功能：快速实时定位（精度与快速实时定位（精度与GPS相当），简相当），简短通信（可一次传送短通信（可一次传送120个汉字短文），精密个汉字短文），精密授时（可提供授时（可提供20ns的时间同步精度）的时间同步精度） 目前，日本、印度也在追求发展独立的卫星目前，日本、印度也在追求发展独立的卫星定位系统以色列、乌克兰等国加入了伽利定位系统以色列、乌克兰等国加入了伽利略的研究计划略的研究计划卫星导航定位系统的用途：卫星导航定位系统的用途： 海空导航、车辆引行、导弹制导、海空导航、车辆引行、导弹制导、精密定位、工程测量、动态观测、精密定位、工程测量、动态观测、设备安装、时间传递、速度测量设备安装、时间传递、速度测量等等9.2.1 GPS技术的结构组成技术的结构组成 1. 空间部分：空间部分：卫星卫星 2. 用户部分：用户部分：GPS接收机接收机 9.2 GPS技术技术3. 地面控制站（主控站、监控站及注入站）地面控制站（主控站、监控站及注入站）监控站监控站主控站主控站注入站注入站用户用户卫星卫星9.2.2 GPS工作流程工作流程9.2.3 GPS定位原理定位原理1. 定位原理：定位原理： 静静态态定定位位----待待定定点点在在协协议议地地球球坐坐标标系系中中的的位置被认为是固定不动的定位方法位置被认为是固定不动的定位方法 动动态态定定位位----用用户户接接收收天天线线处处在在运运动动状状态态，，则则 确定运动中的点的位置成为动态定位确定运动中的点的位置成为动态定位 绝绝对对定定位位----测测定定待待定定点点在在协协议议地地球球坐坐标标系系中中 的绝对位置，又称单点定位的绝对位置，又称单点定位 相相对对定定位位----选选择择地地面面某某个个固固定定点点作作为为参参考考点点，，测测定定另另一一个个点点相相对对参参考考点点的的位位置置称称为为相相对定位对定位2. 常用定位方法常用定位方法（（1）静态绝对定位：）静态绝对定位： 空间距离交会（四距离交会）空间距离交会（四距离交会） 观测量：观测量：GPS卫星与用户卫星与用户 接收天线之间的距离接收天线之间的距离 特点：特点：只用一台接收机，只用一台接收机， 速度快，灵活方便，速度快，灵活方便， 无多值性问题无多值性问题 不足：不足：精度差精度差（（2）静态相对定位：）静态相对定位： 同步观测量求差确定相对位置同步观测量求差确定相对位置观测量：观测量：载波相位载波相位优优 点：点：定位精度高，目前可达定位精度高，目前可达2mm不不 足足：：定定位位观观测测时时间间长长，，同同步步观观测测4颗颗卫卫星星需要需要0.5~3h或更长或更长（（3）实时差分（）实时差分（RTK）定位：）定位： 应用带实时差分功能的应用带实时差分功能的GPS接收机进行实时观测定接收机进行实时观测定位位基准站：基准站：放置于已知点，目的获取改正量，通过数据放置于已知点，目的获取改正量，通过数据链发布链发布数据链：数据链：接收来自接收来自 基站的数据并向基站的数据并向 周围发布周围发布移动站：移动站：接收接收GPS 卫星信号及基站卫星信号及基站 信号，共同处理信号，共同处理 消除钟差及折射消除钟差及折射 误差。

误差9.2.4 GPS技术在土木工程中的应用技术在土木工程中的应用 1. 在控制测量中的应用在控制测量中的应用 （（1））建立新的地面控制网建立新的地面控制网(点点)；检核和改善已；检核和改善已有地面网；对已有的地面网进行加密等有地面网；对已有的地面网进行加密等 （（2））在航空摄影测量中，利用在航空摄影测量中，利用GPS可以测定机可以测定机载传感器的坐标和定向载传感器的坐标和定向 2．在地形测绘及道路纵剖面测量中的应用．在地形测绘及道路纵剖面测量中的应用 利用利用GPS RTK结合全站仪在地形复杂的地段进结合全站仪在地形复杂的地段进行地形测量以及进行长距离的道路中线测量可行地形测量以及进行长距离的道路中线测量可以加快工作进度、提高工作效率以加快工作进度、提高工作效率 3．在工程变形监测中的应用．在工程变形监测中的应用 GPS可以监测大型建筑物变形、大坝变形、可以监测大型建筑物变形、大坝变形、城市地面及资源开发区地面的沉降、滑波、城市地面及资源开发区地面的沉降、滑波、山崩、火山爆发；监测地壳变形，为地震预山崩、火山爆发；监测地壳变形，为地震预报提供具体数据。

报提供具体数据 4．在海洋测绘中的应用．在海洋测绘中的应用 岛屿间的联测，大陆架控制测量，浅滩测量，岛屿间的联测，大陆架控制测量，浅滩测量，浮标测量，港口、码头测量，海洋钻井平台浮标测量，港口、码头测量，海洋钻井平台定位以及海底地形、海洋区的地球重力场测定位以及海底地形、海洋区的地球重力场测量  9.3.1 9.3.1 概述概述遥感技术：遥感技术：不直接接触远处被测物体，使用现不直接接触远处被测物体，使用现代化的电子和光学仪器（遥感器）感测物体辐代化的电子和光学仪器（遥感器）感测物体辐射和反射的电磁波信号，经加工处理，从而提射和反射的电磁波信号，经加工处理，从而提取对了解物体或现象有用的信息，以达到识别取对了解物体或现象有用的信息，以达到识别物体的目的物体的目的 物体基础：物体基础：物体具有辐射和物体具有辐射和反射电磁波的特性，辐射或反射电磁波的特性，辐射或反射强度与物体内部原子结反射强度与物体内部原子结构和物体的物理特性有关，构和物体的物理特性有关，并随波长变化并随波长变化9.3 遥感技术遥感技术9.3.2 遥感分类遥感分类（（3）按应用领域划分：）按应用领域划分： 1））地球资源遥感技术地球资源遥感技术 2））环境遥感技术环境遥感技术 3））气象遥感技术气象遥感技术 4））海洋遥感技术。

海洋遥感技术 （（4）按使用的运载工具划分：）按使用的运载工具划分： 1））航天遥感技术（航天遥感技术（高度在高度在500KM~900KM）） 2））航空遥感技术（航空遥感技术（高度在高度在3000M~5000M）） 3））地面遥感技术地面遥感技术 9.3.3 遥感技术应用遥感技术应用 （（1）在测图方面）在测图方面 编制各种类型的地图，包编制各种类型的地图，包括地形图和各种专题地图更新各种小比例尺的括地形图和各种专题地图更新各种小比例尺的地形图地形图 （（2）在环保方面）在环保方面 了解高原、高山、高寒地了解高原、高山、高寒地区及沙漠等很难到达区域的江、河、湖、海位置区及沙漠等很难到达区域的江、河、湖、海位置和数量，以及水质和水量等和数量，以及水质和水量等 （（3）） 在水利方面在水利方面 调查洪水淹没范围，记录调查洪水淹没范围，记录洪水发展过程分析了解冰雪地区冰雪融化情况，洪水发展过程分析了解冰雪地区冰雪融化情况，预报融雪洪水预报融雪洪水 （（4）在地质方面）在地质方面 为地质填图提供资料；找出为地质填图提供资料；找出潜在的矿区；确定大断层，从而确定地震的震潜在的矿区；确定大断层，从而确定地震的震中中（（5）在农林业利用方面）在农林业利用方面 确定农作物受冻、病确定农作物受冻、病虫害情况，土地利用调查，判定森林病虫害，虫害情况，土地利用调查，判定森林病虫害，估计砍伐木材体积和更新的面积。

估计砍伐木材体积和更新的面积 （（7）在城市建筑方面）在城市建筑方面 提供地理信息和城市发提供地理信息和城市发展的分析资料展的分析资料神五拍下的地球神五拍下的地球汶川地震航遥图汶川地震航遥图-1成都地区图像成都地区图像汶川地震航遥图汶川地震航遥图-2汶川地震航遥图汶川地震航遥图-3卫星遥感图中的厦门岛卫星遥感图中的厦门岛 定义：定义：摄影测量是一门通过对非接触传感系摄影测量是一门通过对非接触传感系统所产生的影像及其数字描述进行记录、量测和统所产生的影像及其数字描述进行记录、量测和判释的过程，来获取目标及其环境的可靠信息的判释的过程，来获取目标及其环境的可靠信息的工艺科学和技术工艺科学和技术9.4.1 摄影测量的分类摄影测量的分类 按距离远近划分：按距离远近划分：（（1））航天摄影测量航天摄影测量（（2））航空摄影测量航空摄影测量（（3））地面摄影测量地面摄影测量（（4））近景摄影测量近景摄影测量（（5））显微摄影测量显微摄影测量 按用途划分：按用途划分：（（1）） 地形摄影测量地形摄影测量（（2））非地形摄影测量非地形摄影测量9.4 摄影测量摄影测量 9.4.2 地形摄影测量学的任务地形摄影测量学的任务 测绘各种比例尺地形图，建立测绘各种比例尺地形图，建立地形数据库，并为各种地理信息系统地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。

和土地信息系统提供基础数据9.4.3 航空摄影的工作方法航空摄影的工作方法航空摄影照片（不同土地利用摄影图片）航空摄影照片（不同土地利用摄影图片）航空摄影照片（城区摄影图片）航空摄影照片（城区摄影图片）航空摄影照片（河流地貌摄影图片）航空摄影照片（河流地貌摄影图片）航空摄影照片判读航空摄影照片判读 地理信息是加拿大测量学家地理信息是加拿大测量学家R．．F．．Tomlinson l963年提出的在计算机软件年提出的在计算机软件和硬件支持下，以一定的格式输入、存储、和硬件支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示、绘制和综合分析应用地理信检索、显示、绘制和综合分析应用地理信息的技术系统息的技术系统 地理信息系统地理信息系统(Geographic information System，简称，简称GIS) 9.5 地理信息系统地理信息系统9.5.1 地理信息系统的几个特征地理信息系统的几个特征 1. 理论与技术支持理论与技术支持 理论支持：理论支持：地理学及测绘学地理学及测绘学 技术支持：技术支持：计算机科学和信息科学计算机科学和信息科学 2. 操作对象操作对象 空间数据，包括地理实体位置、拓扑关系以空间数据，包括地理实体位置、拓扑关系以及相关的属性关系数据及相关的属性关系数据 3. 主要功能主要功能 （（1）） 空间分析能力空间分析能力 （（2））实体表达能力实体表达能力9.5.2地理信息系统的组成地理信息系统的组成 1. 数据数据 （（1）） 空间型空间型(位置位置)数据，数据， （（2））属性数据属性数据2. 硬件：硬件：各种档次的计算机及网络环境各种档次的计算机及网络环境3. 软件软件 用于数据采集，数据编辑、存储、管理、分析用于数据采集，数据编辑、存储、管理、分析应用和结果显示等多种基本功能。

应用和结果显示等多种基本功能4. 定制定制 制定一些处理某些典型问题的步骤和方法制定一些处理某些典型问题的步骤和方法5. 人才人才 掌握掌握GIS的基本知识、熟悉使用的设备、熟悉的基本知识、熟悉使用的设备、熟悉分析问题的模型分析问题的模型9.5.5 地理信息系统的应用领域地理信息系统的应用领域 （（1））环境保护、管理、分析与评价；环境保护、管理、分析与评价； （（2））资源开发、保护、分析与应用；资源开发、保护、分析与应用； （（3））城市规划、建设与管理；城市规划、建设与管理； （（4））公共设施公共设施(如上下水道、煤气、电力、通如上下水道、煤气、电力、通信等信等)的规划、设计与管理；的规划、设计与管理； （（5））土地、森林利用与管理；土地、森林利用与管理； （（6））地形图测绘、维护与更新；地形图测绘、维护与更新； （（7））政府宏观调控与宏观决策；政府宏观调控与宏观决策； （（8））军事演习与战争；军事演习与战争； （（9））灾情、旱情的预报与结果分析灾情、旱情的预报与结果分析3维维--GIS2维GIS2维GIS。