卫星导航技术的现状与发展(三)教程.ppt

现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座卫星导航定位技术的现状与发展卫星导航定位技术的现状与发展（三）（三）GNSS应用新技术应用新技术解放军信息工程大学测绘学院解放军信息工程大学测绘学院 翟翟 翊翊现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座一、GNSS差分技术原理：原理：原理：原理：将己知坐标点将己知坐标点将己知坐标点将己知坐标点(基准点基准点基准点基准点)上安置的卫星定位接收机上安置的卫星定位接收机上安置的卫星定位接收机上安置的卫星定位接收机所接收的卫星信号所接收的卫星信号所接收的卫星信号所接收的卫星信号(载波相位载波相位载波相位载波相位)，用于流动站观测，用于流动站观测，用于流动站观测，用于流动站观测信号的改正。以消除卫星钟、卫星星历误差；减信号的改正。以消除卫星钟、卫星星历误差；减信号的改正。以消除卫星钟、卫星星历误差；减信号的改正。以消除卫星钟、卫星星历误差；减弱电离层、对流层对定位的影响。弱电离层、对流层对定位的影响。弱电离层、对流层对定位的影响。弱电离层、对流层对定位的影响。基准站可以由一个或若干个固定参考站组成，差基准站可以由一个或若干个固定参考站组成，差基准站可以由一个或若干个固定参考站组成，差基准站可以由一个或若干个固定参考站组成，差分改正数据可从各个站播发，也可从数据中心播分改正数据可从各个站播发，也可从数据中心播分改正数据可从各个站播发，也可从数据中心播分改正数据可从各个站播发，也可从数据中心播发。每一个参考站服务于一定作用半径内所有的发。每一个参考站服务于一定作用半径内所有的发。每一个参考站服务于一定作用半径内所有的发。每一个参考站服务于一定作用半径内所有的GNSS GNSS GNSS GNSS 用户。对于准实时定位或实时精密定位的用用户。对于准实时定位或实时精密定位的用用户。对于准实时定位或实时精密定位的用用户。对于准实时定位或实时精密定位的用户服务半径可以达到户服务半径可以达到户服务半径可以达到户服务半径可以达到15151515公里。数据链可以用无线公里。数据链可以用无线公里。数据链可以用无线公里。数据链可以用无线电台，也可用电台，也可用电台，也可用电台，也可用GPRS/CDMAGPRS/CDMAGPRS/CDMAGPRS/CDMA。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座一、GNSS差分技术1.1.位置差分原理位置差分原理基准站：已知基准站：已知 坐标为：坐标为：GPSGPS测得的准备为：测得的准备为：基准站求得：基准站求得：基准站将这些改正数发给用户接收机，用户接收机基准站将这些改正数发给用户接收机，用户接收机利用这些改正数改正测得的点的坐标，提高点位精度。利用这些改正数改正测得的点的坐标，提高点位精度。要求：基准站与用户观测同一组卫星，近距离可以，要求：基准站与用户观测同一组卫星，近距离可以，距离较远就很难。距离较远就很难。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座一、一、GNSSGNSS差分技术差分技术要求：基准站与用户观测同一组卫星，近距离要求：基准站与用户观测同一组卫星，近距离可以，距离较远就很难。可以，距离较远就很难。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座一、GNSS差分技术2.2.载波相位差分（载波相位差分（RTK Real Time KinematicRTK Real Time Kinematic）由基准站将载波相位观测值及基准站信息仪器发送由基准站将载波相位观测值及基准站信息仪器发送给用户，用户将接收到的给用户，用户将接收到的GPSGPS卫星载波相位与基准站卫星载波相位与基准站的载波相位组成差分观测值，通过实时处理确定用户的载波相位组成差分观测值，通过实时处理确定用户位置。位置。3.3.广域差分广域差分（WADGPS）建立一个主差分站，将若干个基准站与主站一起建立一个主差分站，将若干个基准站与主站一起组成差分组成差分GPSGPS网。主差分站接收各个基准站的差分网。主差分站接收各个基准站的差分GPSGPS信号，将其组合形成在扩展区域内的有效差分信号，将其组合形成在扩展区域内的有效差分GPSGPS改改正电文，发送给用户站。正电文，发送给用户站。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座 二、二、网络网络RTKRTK技术技术 在常规在常规RTK和差和差分分GPS技术基础上技术基础上发展的一种新技术。发展的一种新技术。在较大区域内建立在较大区域内建立多个坐标已知的多个坐标已知的GPS基准站，构成基准站，构成地区网状覆盖，以地区网状覆盖，以此为基础，计算和此为基础，计算和发播相位观测值误发播相位观测值误差改正信息，对用差改正信息，对用户进行实时改正的户进行实时改正的定位。定位。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座二、网络二、网络RTKRTK技术技术原理：原理：在一个地区建立若干个基准站，组成基准站网，基在一个地区建立若干个基准站，组成基准站网，基准站间距可由准站间距可由30-9030-90公里。公里。基准站基准站GNSSGNSS观测数据实时传到中心站，中心站经过观测数据实时传到中心站，中心站经过数据处理，在流动站附近建立虚拟参考站，并将虚拟数据处理，在流动站附近建立虚拟参考站，并将虚拟参考站观测数据通过无线通信网发布给定位用户。参考站观测数据通过无线通信网发布给定位用户。用户根据这个数据改正观测值，以提高定位精度。用户根据这个数据改正观测值，以提高定位精度。无线通信可通过互联网无线通信可通过互联网GPRS,GPRS,CDMACDMA进行进行RTCMRTCM数据传数据传输输现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座二、网络二、网络RTKRTK技术技术网络网络RTKRTK测量特点：测量特点：1.1.用户只需用一台接收机用户只需用一台接收机接收差分信号即可达到接收差分信号即可达到厘米级精度定位。厘米级精度定位。2.2.定位速度快。定位速度快。3.3.定位精度高。定位精度高。4.4.操作简单。操作简单。5.5.费用低。费用低。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座二、网络二、网络RTKRTK技术技术网络网络RTKRTK的工作过程的工作过程各基准站将同步观测数据传输给控制中心。各基准站将同步观测数据传输给控制中心。流动站将单点定位获得近似三维坐标传输给控制中心。流动站将单点定位获得近似三维坐标传输给控制中心。控制中心根据流动站和基准站发送的信息，实时的进控制中心根据流动站和基准站发送的信息，实时的进行处理和计算分析，获得流动站行处理和计算分析，获得流动站 虚拟基准站的观测数虚拟基准站的观测数据。据。虚拟基准站的观测数据通过无线通信网传输给流动站。虚拟基准站的观测数据通过无线通信网传输给流动站。流动站将观测数据和接收到虚拟基准站观测数据数据流动站将观测数据和接收到虚拟基准站观测数据数据联合实时处理，获取精确三维坐标，联合实时处理，获取精确三维坐标，现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座三、三、CORSCORS连续运行网络连续运行网络 利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图市话网市话网市话网市话网市话网市电信局监控分析中心卫星定位信号发射台FM电台基准站1基准站2基准站3基准站4基准站5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线Modem现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座拉萨拉萨北京北京海南海南武汉武汉西宁西宁哈尔滨哈尔滨乌鲁木齐乌鲁木齐全国全国GPSGPS连续运行基准站网络连续运行基准站网络现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座三、三、CORSCORS连续运行网络连续运行网络国外国外GNSSGNSS连续跟踪网概况连续跟踪网概况美国美国:由美国国家大地测量局牵头、联邦防空局等多由美国国家大地测量局牵头、联邦防空局等多家单位共同建立的家单位共同建立的250250个个GPSGPS基准站覆盖全美系统。该基准站覆盖全美系统。该系统主要通过因特网向全美和全球用户提供基准站坐系统主要通过因特网向全美和全球用户提供基准站坐标和基准站观测数据。用户可通过因特网卸载标和基准站观测数据。用户可通过因特网卸载CORSCORS基基准站数据进行事后精密定位。准站数据进行事后精密定位。德国德国 :建立了一个由建立了一个由200200个左右个左右GPSGPS跟踪站组成的长跟踪站组成的长期运行、覆盖全国的多功能期运行、覆盖全国的多功能GPSGPS差分定位导航服务体差分定位导航服务体系，作为国家的空间数据基础设施。系统将取代原由系，作为国家的空间数据基础设施。系统将取代原由标石组成的国家大地点，构成德国新的国家动态大地标石组成的国家大地点，构成德国新的国家动态大地测量框架测量框架 日本日本 :建设建设12001200个遍布全日本的格网式个遍布全日本的格网式GPSGPS永久站阵永久站阵列，形成国家的现代列，形成国家的现代“电子大地测量网点电子大地测量网点”及超高精及超高精度的地壳运动监测网络系统。度的地壳运动监测网络系统。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座德国德国SAPOSSAPOS 德国国家测量管理部门德国国家测量管理部门联合德国测量、运输、联合德国测量、运输、建筑、房屋和国防等部建筑、房屋和国防等部门，把各部门的差分门，把各部门的差分GPSGPS计划协调统一起来，计划协调统一起来，建立的一个长期连续运建立的一个长期连续运行的、覆盖全国的多功行的、覆盖全国的多功能差分能差分GPSGPS定位导航服定位导航服务体系，务体系，同时同时SAPOSSAPOS也构成了德也构成了德国国家动态大地测量框国国家动态大地测量框架。架。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座国内国内GNSSGNSS连续跟踪网概况连续跟踪网概况城市参考站网：城市参考站网：省级参考站网：省级参考站网：深圳市参考站网深圳市参考站网 广东省参考站网广东省参考站网 上海市参考站网上海市参考站网 江苏省参考站网江苏省参考站网 北京市参考站网北京市参考站网 浙江省参考站网浙江省参考站网 天津市参考站网天津市参考站网 福建省参考站网福建省参考站网 福州市参考站网福州市参考站网 河北省参考站网河北省参考站网 昆明市参考站网昆明市参考站网 山东省参考站网山东省参考站网 南京市参考站网南京市参考站网 河南省参考网站河南省参考网站 广州市参考站网广州市参考站网 内蒙参考站网内蒙参考站网 成都市参考站网成都市参考站网 武汉市参考站网武汉市参考站网 合肥市参考站网合肥市参考站网 哈尔滨市参考站网哈尔滨市参考站网 西安市参考站网西安市参考站网 青岛市参考站网青岛市参考站网 重庆市参考站网重庆市参考站网 淄博市参考站网淄博市参考站网 南宁市参考站网南宁市参考站网 苏州市参考站网苏州市参考站网现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座四、四、RTK RTK 技术的应用技术的应用 GPSGPS从大地测量及工程控制测量向地形测量、施从大地测量及工程控制测量向地形测量、施工放样、变形监测及机械施工控制方向发展。工放样、变形监测及机械施工控制方向发展。城市基础建设城市基础建设城市控制网测量城市控制网测量城市规划应用城市规划应用国土资源调查国土资源调查(林业、矿产、国土林业、矿产、国土)地籍及房地产测绘地籍及房地产测绘水利工程控制及施工测量水利工程控制及施工测量滑坡及泥石流等地质灾害测量滑坡及泥石流等地质灾害测量机械和结构物的安全监测机械和结构物的安全监测大气监测大气监测现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座1.1.1.1.城市规划的应用城市规划的应用城市规划的应用城市规划的应用 市政建设规划对市政建设规划对GNSSGNSS的需求：的需求：1.1.用用于于城城市市建建设设规规划划测测量量：需需要要各各种种大大中中比比例例尺尺地地形图测绘和更新；形图测绘和更新；2.2.市市测测绘绘院院的的需需求求：建建立立北北京京市市动动态态测测量量坐坐标标框框架架、作为测量基准、测绘各种比例尺地形图；作为测量基准、测绘各种比例尺地形图；3.3.满满足足各各种种土土建建工工程程测测量量任任务务：设设计计、施施工工、放放样样、竣工、管理；竣工、管理；4.4.大型建筑物变形及地面沉降测量。大型建筑物变形及地面沉降测量。这这些些任任务务要要求求精精度度比比较较高高、有有的的要要求求实实时时性性强强，所以需要所以需要RTKRTK技术。技术。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座2.2.2.2.市国土地和房屋管理的应用市国土地和房屋管理的应用市国土地和房屋管理的应用市国土地和房屋管理的应用 主要用于：主要用于：1.1.土土地地管管理理：包包括括土土地地规规划划、土土地地调调查查、土土地地征征用用管理等；管理等；2.2.房房屋屋管管理理：城城镇镇和和村村庄庄地地籍籍调调查查、房房产产权权管管理理、房屋测绘、房产纠纷调查；房屋测绘、房产纠纷调查；3.3.矿矿产产管管理理：矿矿产产资资源源开开发发，矿矿产产资资源源勘勘查查、评评价价，矿矿产产资资源源保保护护和和产产权权纠纠纷纷，地地质质灾灾害害监监测测和和防防治治要求精度在厘米级，需要要求精度在厘米级，需要RTKRTK和和RTDRTD技术。技术。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座全站仪全站仪SZCORSSZCORS的定位服务的定位服务测图作业测图作业测图作业测图作业现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座3.3.3.3.市公安交通及公路管理的应用市公安交通及公路管理的应用市公安交通及公路管理的应用市公安交通及公路管理的应用 公路局需求：公路局需求：1.公路规划、设计、勘查测量；公路规划、设计、勘查测量；2.公路施工测量；公路施工测量；3.公路维护测量；公路维护测量；4.大桥安全性监测；大桥安全性监测；交通管理局：交通管理局：车车辆辆管管理理和和调调度度，以以及及车车辆辆导导航航所所需需精精度度从从厘厘米米级级到米级、需要到米级、需要RTK和和RTD。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座4.4.4.4.水利部门的应用水利部门的应用水利部门的应用水利部门的应用 水利部门对水利部门对GNSS需求面比较广。需求面比较广。1.主主要要用用于于水水利利工工程程建建设设：工工程程控控制制测测量量、施施工工放放样、水工涵洞贯通测量，水利工程地形图测绘；样、水工涵洞贯通测量，水利工程地形图测绘；2.河道和水工建筑变形测量：大坝位移、堤坝测量；河道和水工建筑变形测量：大坝位移、堤坝测量；3.水土保持：土地利用、水土流失、滑坡监测；水土保持：土地利用、水土流失、滑坡监测；4.防防洪洪抢抢险险：堤堤坝坝监监测测、防防洪洪指指挥挥调调度度其其要要求求精精度度从从毫毫米米到到米米级级。实实时时性性要要求求比比较较高高。需需采采用用RTK技术。技术。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座5 5 5 5RTKRTKRTKRTK应用从工程走向机械和结构物的安全监测应用从工程走向机械和结构物的安全监测应用从工程走向机械和结构物的安全监测应用从工程走向机械和结构物的安全监测 RTK技术在工程中应用很普遍如：用于图根控制、技术在工程中应用很普遍如：用于图根控制、地形测绘、房地产测量、施工放样等。地形测绘、房地产测量、施工放样等。这些年开始用于大型结构物安全监测、机械自动这些年开始用于大型结构物安全监测、机械自动化安装吊装，如大楼、大桥安全监测；施工机械化安装吊装，如大楼、大桥安全监测；施工机械自动监控、集装箱吊装等有广阔应用前景。自动监控、集装箱吊装等有广阔应用前景。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座RTK RTK RTK RTK 应用应用应用应用现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座6.6.6.6.应用于农业飞防应用于农业飞防应用于农业飞防应用于农业飞防现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座7.7.7.7.科学实验科学实验科学实验科学实验FASTFASTFASTFAST望远望远望远望远镜镜镜镜馈源仓现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座8.8.8.8.林业部门的应用林业部门的应用林业部门的应用林业部门的应用 1.1.森林保护测量；森林保护测量；2.2.森林播种和飞防系统。森林播种和飞防系统。其所需精度为厘米级和米级，需用其所需精度为厘米级和米级，需用RTKRTK和和RTDRTD技术。技术。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座 9.9.9.9.气象部门的应用气象部门的应用气象部门的应用气象部门的应用 利利用用GNSSGNSS进进行行北北京京地地区区大大气气水水汽汽分分布布测测试试。进进行行城城市市小小区区域域中中短短期期预预报报水水汽汽含含量量。为为满满足足奥奥运运场场馆馆或或大大型型活活动动对对天天气气预预报报的的要要求求，GNSSGNSS基基准准点点间间隔应在隔应在30KM30KM左右。左右。GNSSGNSS气气象象学学要要求求厘厘米米级级地地心心坐坐标标、亚亚米米级级卫卫星星轨轨道道。要要求求GNSSGNSS数数据据实实时时性性强强，至至少少每每隔隔半半小小时时回回传一次传一次。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座10.10.10.10.地质灾害上应用地质灾害上应用地质灾害上应用地质灾害上应用现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座五、技术上的思考五、技术上的思考1.研发自主产权的新一代研发自主产权的新一代CORS管理与服务平台管理与服务平台提供提供NETRTK、PPP、RTD、RTK等多种服务等多种服务适合中国的通信网络适合中国的通信网络2.探索省级、国家级系统的建立方法。探索省级、国家级系统的建立方法。多中心系统的构造技术多中心系统的构造技术多中心、多用户、大区域系统的管理与服务技术多中心、多用户、大区域系统的管理与服务技术系统可靠性、可用性、精度等服务质量保障技术。系统可靠性、可用性、精度等服务质量保障技术。3.多套系统的资源共享技术多套系统的资源共享技术共享资源，避免重复投资。共享资源，避免重复投资。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座五、技术上的思考五、技术上的思考4.低成本的系统建造技术低成本的系统建造技术低使用费用：通信费用低使用费用：通信费用系统内部通信费用系统内部通信费用系统向用户的通信费用系统向用户的通信费用低工程成本低工程成本5.系统测试技术系统测试技术6.系统实时监控和管理技术系统实时监控和管理技术完好性监测技术完好性监测技术智能化、分布式的系统管理技术智能化、分布式的系统管理技术现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座六、管理上的思考1.1.结合各领域特点，不断开发结合各领域特点，不断开发CORSCORS应用应用 LBSLBS，车载应用，车载应用灾害防治灾害防治.2.2.着重研究着重研究CORSCORS的经济模式的经济模式经济模式大于技术模式经济模式大于技术模式如何经营、如何管理、风险控制等；如何经营、如何管理、风险控制等；数据共享的组织和管理模式：部门协调、行数据共享的组织和管理模式：部门协调、行业协调；业协调；探讨非技术因素对系统直接或间接的影响。探讨非技术因素对系统直接或间接的影响。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座七、结束语七、结束语全全球球卫卫星星定定位位技技术术具具有有全全天天候候、高高精精度度、实实时时等等功功能能，可可为为气气象象观观测测、地地震震监监测测、城城市市测测绘绘、水水利利监监控控、农农业业、林林业业的的调调查查、国国土土祥祥查查等等提提供供了了快快捷捷便便利利的的手手段段。对对城城市市的的现现代代化化管管理理、规规划划和和基基本本建建设设、灾害监测、社会经济发展有着十分重要的意义。灾害监测、社会经济发展有着十分重要的意义。建建立立城城市市卫卫星星定定位位综综合合应应用用服服务务系系统统是是一一个个覆覆盖盖全全市市、布布局局合合理理、科科学学设设计计的的卫卫星星定定位位服服务务网网络络系系统统。它它的的建建设设不不但但可可以以解解决决低低水水平平重重复复建建设设的的局局面面，大大大大降降低低建建设设和和管管理理成成本本，也也为为城城市市的的经经济济建建设设提提供供有有力力的的保保障障，为为政政府府的的科科学学抉抉择择提提供供可可靠靠依依据据，可可发挥极大的社会效益和经济效益。发挥极大的社会效益和经济效益。现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y新新技技术术讲讲座座欢迎欢迎 批评指正批评指正 谢谢 谢！谢！