WGS-84三維無約束平差坐標在GPS測量中的運用

1、WGS-8 釬差坐標在 GPSM 量中的運用韶關(guān)市國土資源信息中心郭建華摘要：本文基于 GPSffi 對定位和坐標轉(zhuǎn)換原理，針對 GPSM 量中的 WGS-84f 本地坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)的選擇進行研究，結(jié)合實際測量工作，介紹 WGS-8 奪差坐標在實際測量過程運用，提高工作效率的作業(yè)方法。關(guān)鍵詞：WGS-8 楝標系，網(wǎng)平差，坐標轉(zhuǎn)換，RTKAbstract:BasedonGPSrelativepositioningandcoordinateconversionmechanismforGPSmeasurementsinWGS-84coordinatesystemwiththelocaltransfo

2、rmationparametersofselection,incombinationwiththeactualmeasurements,introducedAdjustmentWGS-84:oordinatestheuseoftheactualmeasurementprocess,improveefficientwayofoperating.Keywords:WGS-84coordinatesystem,networkadjustment,coordinatetransformation,RTK1 .引言全球定位系統(tǒng)（GPS 技術(shù)的出現(xiàn)，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特點被廣泛應用到測繪

3、及其他領(lǐng)域，大大的提高了測繪工作的效率，減輕了測繪工作者的外業(yè)勞動強度。由于 GP 繇統(tǒng)是一個全球性的定位和導航系統(tǒng)，其坐標也是全球性的。目前 GPS 測量所使用的協(xié)議地球坐標系成果 WGS-84 世界大地坐標系（WorldGeodeticSystem）,所有的 GPSW 量成果都是基于 WGS-8 舞標系的，包括單點定位的坐標以及相對定位中解算的基線向量。實際使用的測量成果往往是屬于某一國家坐標系或地方坐標系，實地坐標系與 WGS-8 鈍標系之間一般存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，深入了解 WGS-8 楝標將對 GPSW 量有很大的促進作用，能提高 GPS 勺工作效率。2 .WGS-8 楝標獲取GP

4、SW 量首先是要獲取點位的坐標位置，由于絕對定位（也稱單點定位）的結(jié)果受到衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的鐘差、以及衛(wèi)星信號傳播過程中大氣延遲誤差的影響較為顯著，定位精度一般較差，通常在 10 米左右，獲取精確的 WGS-8 地心坐標一般有兩種方法。第一種是聯(lián)測附近的 IGS 跟蹤站，通過長時間靜態(tài)觀測，獲取基線向量，然后使用 IGS跟蹤站的精確 WGS-84標進行三維約束平差，獲取當?shù)攸c的高精度 WGS-84 坐標。這種方法需要使用高精度的 GPSS 線解算軟件和網(wǎng)平差軟件，計算的工作量也非常大。第二種是通過單機長時間觀測，采用精密單點定位軟件利用事后精密星歷解算出精確的WGS-8 舞標，也需要特殊的

5、軟件和大量的計算工作。3 .相對定位對于 GPSiM!用戶很難得到精確的 WGS8 坐標，常規(guī)的 GPSM 量一般使用相對定位的方式測量各點間的相對位置關(guān)系，確定同步跟蹤相同的 GPS1 星信號的若干臺接收機之間的相對位置的定位方法稱為相對定位。采用相對定位獲取 WGS-8 舞標的流程如下：通過靜態(tài)觀測可以獲得 GPSR 收機之間的 GPS線向量，GPSS 線向量表示了各測站間的一種位置關(guān)系，即測站與測站間的坐標增量。GPSS 線向量與常規(guī)測量中的基線是有區(qū)別的，常規(guī)測量中的基線只有長度屬性，而 GPSS 線向量則具有長度、水平方位和垂直方位等三項屬性。GPSS 線向量是 GPSW 步觀測的直

6、接結(jié)果，也是進行 GPS平差，獲取最終點位的觀測值。GPS平差就是從解算出的基線向量中挑選獨立基線構(gòu)成閉合圖形，以三維基線向量及其相應的方差-協(xié)方差陣作為觀測信息， 進行 GPS 網(wǎng)的最小約束平差或無約束平差， 求得 GPS點在 WGS-8 鈍標系下的三維平差坐標。由于 GPSS 線向量中已包含了在 WGS-8 姓標系中的尺度和三維坐標軸的指向信息，以此為觀測值作 GPM 平差的誤差方程秩虧數(shù)僅為 3,只要固定 GPS位置基準點上的由已知點給出三維坐標，即增加三個位置基準條件，就能獲得網(wǎng)中各點的三維坐標的最小二乘解。常規(guī)GPSM 量中三維無約束平差一般選取控制網(wǎng)中一個長時間單點定位獲得的 WG

7、S-8 楝標作為參考點，通過 GPSS 線向量提供網(wǎng)的方位基準和尺度基準，推算其他點的 WGS-8 密標，然后確定整個網(wǎng)相對的 WGS-8 蟀標。GPSS 線向量網(wǎng)的平差，除了可以解求出待定點的坐標以外，還可以發(fā)現(xiàn)和剔除 GPSS 線向量觀測值和地面觀測中的粗差，消除由于各種類型的誤差而引起的矛盾，并評定觀測成果的精度?；诨鶞收镜南鄬Χㄎ?，也能獲得相對精度厘米級的 WGS-8 楝標，如 RT 砌量，相當于由單基線組成的星型網(wǎng)。4 .WGS-8 楝標的應用由于常規(guī) GPS量是基于相對定位模式的，獲得的 WGS8 坐標成果是某一時刻的相對網(wǎng)中某一點的位置，無法獲取準確的固定的 WGS-8 楝標，

8、這就使得為獲取當?shù)刈鴺硕嬎愕淖鴺宿D(zhuǎn)換關(guān)系也是不固定的。實際上 GPSW 量的相對精度是非常高的，靜態(tài)相對定位達到毫米級，動態(tài)相對定位達到厘米級。不同時刻的觀測結(jié)果或者采用不同的網(wǎng)型進行觀測計算，相對位置的變化是很小的,可以認為僅僅是計算的誤差。GPS 測量獲得的坐標都是基于 WGS-84參考框架的，具有相同的坐標基準，不同的是坐標原點有所偏移，在相同坐標基準下的轉(zhuǎn)換是準確而嚴密的，不同時刻采用不同的網(wǎng)平差方式獲得的 WGS-8 他標之間只存在一個簡單的平移，旋轉(zhuǎn)量可以看做是計算產(chǎn)生的微小誤差，可忽略不計。即 Xa=Xb+，XYa=Yb+，Y在一定范圍內(nèi)只需要一個 WGS84:標控制點即可求出

9、偏移的常數(shù)， 也就是只要先進行一次平移，就可以建立基于某一個點的相對固定的 WGS-8 律標系統(tǒng)，固定某一個地方的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。這種方法應用在 RTKM 量中將大大提高 GPS量的作業(yè)效率， 不再需要通過野外采集多個控制點進行坐標轉(zhuǎn)換的過程。實際的操作也非常簡單：第一步搜集控制點的 WGS-8 蟀標和地方坐標， 計算坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系， 若已經(jīng)建立了坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系， 通過當?shù)刈鴺丝梢苑此?WGS-8蟀標；第二步在 if5 制點上架設 RTK 基準站，輸入控制點的 WGS-8 他標，若手簿中已有了坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，可以直接輸入地方坐標；第三步檢測 1 個控制點，開始 RTK 作業(yè)。5 .應用實例一：單基站與

10、網(wǎng)絡 RTK 的簡單并網(wǎng)廣東省建立了全省的連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng) （GDCORS,由于在韶關(guān)地區(qū)基站分布較少，平均距離超過 50 公里，下午電離層活躍，采用全省整網(wǎng)計算的改正信息很難收斂，固定比較困難，需要采用常規(guī)的 RTK1 式進行聯(lián)合作業(yè)。GDCORSE 正常使用的時段，精度高、覆蓋區(qū)域廣，為了方便日常使用，我們先通過聯(lián)測 GPS-D 級點，建立了韶關(guān)市區(qū)的基于 COR 望考站網(wǎng)的 WGS-8 蟀標與 1980 西安坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，輸入手簿中。在 GDCORS 常使用時段，可以在測區(qū)選擇合適的地方布設 23 個圖根點，按照網(wǎng)絡RTK 的觀測要求觀測，再經(jīng)過事后數(shù)據(jù)處理獲取點位的 WGS-8

11、 蟀標，這樣獲得的坐標相對于 COR 參考站網(wǎng)是固定的，而且是厘米級精度的。架設 RTK 時，采用手工輸入坐標的方法輸入 WGS-8 楝標，這樣就把基于 RTK 參考站的星型網(wǎng)與 COR 參考站網(wǎng)統(tǒng)一起來， 使用已經(jīng)求得的轉(zhuǎn)換關(guān)系進行坐標轉(zhuǎn)換就能得到所需的地方坐標了。為了檢驗這種作業(yè)方法的精度和可靠性，我們利用拓普康 CR-3 天線配備 GRS-1手簿，連接 GDCORS 行了 24 小時的長時間觀測，每 60 秒記錄一個坐標數(shù)據(jù)，通過篩選處理，得到一個固定站的 WGS-8 楝標，利用這個坐標設置 RTKX 準站，基準站設備為拓 普 康 CR-3 雙 星 扼 流 圈 天 線 和 Gb-500

12、雙 頻 雙 星 GNSS1 收 機 ， RTK 流 動 站 為TopconGRS-1 雙頻雙星接收機，CORSIS 標檢測使用彳來卡 1250 型雙頻 GPSft 收機。坐標檢查情況如下：點號RTK實測坐標（mCORS；測坐標（m較差（cm）XY高程XY高程NXNYHHWX*54.743*57.99693.621*54.751*57.99393.614-0.80.30.7JSD*16.685*15.024121.944*16.673*15.028121.9401.2-0.40.4G27*50.360*66.925110.457*50.353*66.928110.4420.7-0.31.5G40

13、*86.462*77.44293.098*86.465*77.44493.114-0.3-0.2-1.6G36*94.146*61.85658.584*94.149*61.85158.599-0.30.5-1.5G37*50.086*60.47352.381*50.047*60.47952.4013.9-0.6-2.0G04*72.931*11.89176.497*72.949*11.88976.469-1.80.22.8G07*85.741*95.56871.421*85.771*95.55871.412-3.01.00.8G09*29.376*63.04967.585*29.379*63.

14、04167.581-0.30.80.4G42*90.525*57.19985.432*90.524*57.20785.4180.1-0.81.4G22*33.923*46.35589.825*33.918*46.36789.8430.5-1.2-1.8G12*95.156*19.46883.806*95.154*19.46883.8000.20.00.6G14*95.518*36.705103.247*95.499*36.707103.2361.9-0.21.1G05*94.349*04.82667.867*94.352*04.82867.830-0.3-0.23.7點位較差中誤差 2.4cm

15、,大部分點位較差小于 2cm,通過統(tǒng)計分析可以看出， RTK 實測的坐標精度與 CORSS 本一致，滿足常規(guī)測量的需要。6 .應用實例二：竣工測量坐標系恢復某鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地整理竣工測量，測區(qū)面積約 2 平方公里，因為施工，原有的控制點已基本被破壞，經(jīng)過實地踏勘，原來布設的 5 個 GPS 點，僅存一個 E6,位于測區(qū)中一戶居民樓頂。利用 RTK 作業(yè)模式，采用 WGS-8 蟀標相對固定的方法，我們可恢復原有的控制網(wǎng)，避免重復投入。使用過程分三步。首先，收集原有的 GPS差成果，地形測量時采用中海達 GPS8 行觀測，計算軟件為HDS2003 在平差報告中找到自由網(wǎng)平差坐標。如下圖：2.4自由網(wǎng)平船坐

16、標序號點名緯度姓度卬&$）高程點位中誤差中逞蓮gj中演至W中謾善亙100E22.4:Lfis55.375STHLI43OL:3T.99B37E0.0111睢&6口00E4詔H：*07034H麗曲:琥03333E隱用城0.0121o.atQgD.0054Ou0LOE324;LT;19.E2呻NlUiiWsi.5ID47E12包3gg0.01270.0IMSa.ooQRI1200E62l:LT!10.M3BSWH4.iflli.iM.11236E324.87250.01120.0G5LD.0043o.oogf尻Eioa弧而帆詢也114:01:50/1崎鴕I2X06530s,0094

17、O.OOrM0,0029.0(X82C-PS1efisrni158.12SLM560.0019OrOMO7GPSC科曳出90144Nii.3357265.-Qi199IE0.00660.000100220.0S5S然后找到控制網(wǎng)經(jīng)過二維約束平差和高程擬合得到的 1980 西安坐標系成果，利用自由網(wǎng)平差坐標和西安 80 坐標，在軟件中計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立兩坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將計算得到的參數(shù)直接輸入手簿。坐標轉(zhuǎn)換殘差如下：系統(tǒng)B東坐標北坐標平面伊)|高程平面+高程E1-000270.0120Q.01230.00030,0123E200001-0.01200.0120-0.00030.0120E4

18、00C410.00070.0042C.0001口叫轉(zhuǎn)E5-0.0016-0.00340.003B-0.00030.0033E&000010.00270.002T0.00020.0027第三步，在 RTKa 準站上進行 WGS-8 楝標平移。在 E6 點上設置基準站時，采用手工輸入基準站坐標的方法，輸入自由網(wǎng)平差中得到的 WGS-8 竊緯度坐標。這樣就建立了測區(qū)相對于基準站固定的 WGS-8 柞標系統(tǒng)，也固定了該測區(qū) WGS-8 柞標與 1980 西安坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。利用 RTK 實測圖根控制點檢測原圖上存在的房角等固定地物，點位誤差均在 10cm 以內(nèi)。 經(jīng)過檢測說明基于 E6 基準站和內(nèi)業(yè)計算的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)建立的坐標系統(tǒng)與地形測量時的坐標系統(tǒng)是一致的，這樣就恢復了原有的控制網(wǎng)，避免了在控制測量上的浪費。7 .結(jié)語雖然常規(guī)