利用 RTK技術求解 WGS-84與國家 -80坐標系坐標轉換參數的探討

龔長兵,朱 艷

(1.黑龍江省航務勘察設計院;2.中國建材黑龍江總隊)

1 引 言

近年來,GPS技術被廣泛應用于測繪領域,由于它精度高,全天侯,操作簡便,無需起始點間相互通視等優點,對于經典的測量技術是一次重大的突破,特別是RTK(RealTime Kinematic)技術的成熟,更是把靜態 GPS技術向前推進一大步,它是GPS測量技術與數據傳輸技術相結合的組合系統,除了有靜態 GPS技術的優點外,更具有觀測時間短、靈活方便、實時顯示三維坐標及精度等特點,使得城市基礎測繪、規劃放線及地籍測量變得簡單、快捷、可靠。

2 RTK轉換參數的確定

2.1 RTK的測量原理及四種測量方法

RTK測量技術,是以WGS-84坐標為基礎的全球通用的一種動態測量技術,是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術。它利用基準站接收機對所有可見GPS衛星進行連續觀測,并將其觀測數據,通過無線電傳輸設備,實時發送給用戶觀測站。在用戶站上,接收機在接收 GPS衛星信號的同時,又接收基準站傳輸過來的觀測數據,根據相對定位的原理,實時計算并顯示用戶站的三維坐標及精度,精度可達到厘米級,基準站與用戶站距離可達 20km。而在大范圍的測區,基準站不能固定在某一個點上,它根據用戶站的需要,在測區均勻布設幾個架設基準站的控制點。

RTK的測量方法根據需要通常有 4種方法：第 1種是“無投影無轉換”,就是直接用接收機在基準站和用戶站接收 WGS-84坐標,測后利用“點校正”方法處理,求得地方坐標。這種方法至少需要在 4個已知點上測量并進行點校正”,使用起來很不方便;第 2種方法是“從庫中提取”,該方法實際上是WGS-84坐標到國家 -80坐標的一種轉換形式,不適合城市獨立坐標系;第 3種方法是“輸入比例因子”,該方法更不適合城市規劃測量;第 4種方法是“鍵入參數”,該方法是在一個地區均勻合理地利用 5個以上已知的控制點(已知的控制點越多,精度越高),利用靜態觀測的方法,用相關的軟件進行基線處理,無約束平差,求得各點的WGS-84坐標,再把 WGS-84坐標及地方坐標鍵入到 TSC手薄里,進行“點校正”,即可求得一套參數。然后把基準站架設到測區內任何一個控制點上,鍵入該點的城市獨立坐標,檢核一個已知點后,用戶站便可測量,測出的坐標即是城市獨立三維坐標。通過試驗和應用,我們認為第4種方法是適用可行的方法。

2.2 概況

哈伊高速公路北起黑龍江省伊春市,南至黑龍江省省會哈爾濱,是連接黑龍江省南北的交通干線。本次測量的為哈伊高速 0～ 116km。其地理坐標東經 128°02′～ 128°49′,北緯 47°00′～ 47°43′之間。

2.3 轉換參數的求解過程

測區控制測量已有相關部門完成,根據以上原理和測繪規范要求,選用求解參數控制點不少于 4個,而且控制點最大點間距不大于 8km,為此我們將整個測區分為 20個參數求解段,每個工作段中與相鄰段各有 2個以上公共控制點。下面我們以 89～98km為例,進行說明。

下面以 89～97km為例,該段共選擇了 6個控制點,控制點成果見表 1。

表 1 控制點成果表

控制點選擇完成后,我們采用中海達公司手簿提供的七參數解算程序,按照上述成果依次輸入,所得殘差均小于0.002m,滿足解算要求。解算參數后并應用,其參數如下。轉換參數：

WGS-84坐標系參數：

投影：軸墨卡托投影;

中央子午線：129°;

半長軸：6378137.0;

扁率：298.257222932。

國家 -80坐標系參數：

投影中央子午線：129°;

半長軸：6378140.0;

扁率：298.257。

七參數：

模型：布爾沙;

⊿ X(m)：36.5204360031;

⊿ Y(m)：150.8176112832;

⊿ Z(m)：-71.0999477231;

⊿ а(″)：-3.327950885;

⊿ в(″)：-2.6189898403;

⊿ г(″)：-0.1241965445;

⊿ k：-0.0000039135。

2.4 參數可靠性的檢驗

求出 WGS-84坐標與國家-80坐標的轉換參數后,基準站就可以架設在該段的任何一個控制點上,配置好基站,檢核一個已知點后,用戶站在能接收到信號且解類型為窄帶固定解的前提下,在測區內可任意測量,測出的三維坐標就是國家 -80坐標。為了使測區內的控制點接收信號方便,我們將基準站架設在測區中間的 GP677點上,用戶站在已知點上檢核。測區內已有三維坐標的 GP675、GP732兩點也在檢核之列。經過檢驗與已知坐標相比較,得出以下差值。

檢核點與已知點的比較：最大點位中誤差：±0.027m,最小點位中誤差：±0.015m,最大高程誤差：±0.023m,最小高程誤差：±0.001m。

這一結果說明,我們所求的轉換參數是正確的,為今后對該測區的任何位置進行測量,提供可靠的起算資料。

3 結 語

(1)求得 WGS-84坐標與國家-80坐標的轉換參數,可以方便地在該城市或該城市的某一區域進行動態測量,不受起始點和地形點的限制,克服了許多用常規儀器和靜態GPS觀測帶來的不利因素,從而大大地縮短觀測時間,提高了工作效率。

(2)為了求得該測區準確的參數,選用合理的控制點,不僅能覆蓋該測區的所有范圍,而且能方便地架設基準站。因此這些點一般選在：①高大建筑物上或地勢較高、視野開闊、周圍障礙物的高度角小于 10°～15°的位置;②所選控制點能覆蓋測區邊緣,離開測區邊緣小于1km的位置;③基站點應離開高壓鐵塔、發射塔或強功率發射裝置大于 200m的位置;④測量點離開大面積水域 200m以上距離,以減弱多路徑效應的影響。

(3)在內業處理時,應剔除不合理的校正點。因為該測區唯一的參數,是由不少于 5個校正點確定的,不合理的點,會使轉換參數不準確,降低實時定位的精度。此外,選取已知控制點時,應該多選幾個點,假如有不合理的點,剔除以后仍然要保證校正點不低于 5個。

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[1]城市測量規范(CJJ8-99).

[2]周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛星測量原理與應用[M].測繪出版社,1999.