利用 RTK技術(shù)求解 WGS-84與國家 -80坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的探討

龔長兵,朱 艷

(1.黑龍江省航務(wù)勘察設(shè)計院;2.中國建材黑龍江總隊)

1 引 言

近年來,GPS技術(shù)被廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)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(yōu)點,對于經(jīng)典的測量技術(shù)是一次重大的突破,特別是RTK(RealTime Kinematic)技術(shù)的成熟,更是把靜態(tài) GPS技術(shù)向前推進(jìn)一大步,它是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的組合系統(tǒng),除了有靜態(tài) GPS技術(shù)的優(yōu)點外,更具有觀測時間短、靈活方便、實時顯示三維坐標(biāo)及精度等特點,使得城市基礎(chǔ)測繪、規(guī)劃放線及地籍測量變得簡單、快捷、可靠。

2 RTK轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定

2.1 RTK的測量原理及四種測量方法

RTK測量技術(shù),是以WGS-84坐標(biāo)為基礎(chǔ)的全球通用的一種動態(tài)測量技術(shù),是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。它利用基準(zhǔn)站接收機(jī)對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測,并將其觀測數(shù)據(jù),通過無線電傳輸設(shè)備,實時發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上,接收機(jī)在接收 GPS衛(wèi)星信號的同時,又接收基準(zhǔn)站傳輸過來的觀測數(shù)據(jù),根據(jù)相對定位的原理,實時計算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及精度,精度可達(dá)到厘米級,基準(zhǔn)站與用戶站距離可達(dá) 20km。而在大范圍的測區(qū),基準(zhǔn)站不能固定在某一個點上,它根據(jù)用戶站的需要,在測區(qū)均勻布設(shè)幾個架設(shè)基準(zhǔn)站的控制點。

RTK的測量方法根據(jù)需要通常有 4種方法：第 1種是“無投影無轉(zhuǎn)換”,就是直接用接收機(jī)在基準(zhǔn)站和用戶站接收 WGS-84坐標(biāo),測后利用“點校正”方法處理,求得地方坐標(biāo)。這種方法至少需要在 4個已知點上測量并進(jìn)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(biāo)到國家 -80坐標(biāo)的一種轉(zhuǎn)換形式,不適合城市獨立坐標(biāo)系;第 3種方法是“輸入比例因子”,該方法更不適合城市規(guī)劃測量;第 4種方法是“鍵入?yún)?shù)”,該方法是在一個地區(qū)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(tài)觀測的方法,用相關(guān)的軟件進(jìn)行基線處理,無約束平差,求得各點的WGS-84坐標(biāo),再把 WGS-84坐標(biāo)及地方坐標(biāo)鍵入到 TSC手薄里,進(jìn)行“點校正”,即可求得一套參數(shù)。然后把基準(zhǔn)站架設(shè)到測區(qū)內(nèi)任何一個控制點上,鍵入該點的城市獨立坐標(biāo),檢核一個已知點后,用戶站便可測量,測出的坐標(biāo)即是城市獨立三維坐標(biāo)。通過試驗和應(yīng)用,我們認(rèn)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(biāo)東經(jīng) 128°02′～ 128°49′,北緯 47°00′～ 47°43′之間。

2.3 轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解過程

測區(qū)控制測量已有相關(guān)部門完成,根據(jù)以上原理和測繪規(guī)范要求,選用求解參數(shù)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(qū)分為 20個參數(shù)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(jìn)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(dá)公司手簿提供的七參數(shù)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(shù)后并應(yīng)用,其參數(shù)如下。轉(zhuǎn)換參數(shù)：

WGS-84坐標(biāo)系參數(shù)：

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(biāo)系參數(shù)：

投影中央子午線：129°;

半長軸：6378140.0;

扁率：298.257。

七參數(shù)：

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(shù)可靠性的檢驗

求出 WGS-84坐標(biāo)與國家-80坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)后,基準(zhǔn)站就可以架設(shè)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(qū)內(nèi)可任意測量,測出的三維坐標(biāo)就是國家 -80坐標(biāo)。為了使測區(qū)內(nèi)的控制點接收信號方便,我們將基準(zhǔn)站架設(shè)在測區(qū)中間的 GP677點上,用戶站在已知點上檢核。測區(qū)內(nèi)已有三維坐標(biāo)的 GP675、GP732兩點也在檢核之列。經(jīng)過檢驗與已知坐標(biāo)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(jié)果說明,我們所求的轉(zhuǎn)換參數(shù)是正確的,為今后對該測區(qū)的任何位置進(jìn)行測量,提供可靠的起算資料。

3 結(jié) 語

(1)求得 WGS-84坐標(biāo)與國家-80坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù),可以方便地在該城市或該城市的某一區(qū)域進(jìn)行動態(tài)測量,不受起始點和地形點的限制,克服了許多用常規(guī)儀器和靜態(tài)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(qū)準(zhǔn)確的參數(shù),選用合理的控制點,不僅能覆蓋該測區(qū)的所有范圍,而且能方便地架設(shè)基準(zhǔn)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(qū)邊緣,離開測區(qū)邊緣小于1km的位置;③基站點應(yīng)離開高壓鐵塔、發(fā)射塔或強(qiáng)功率發(fā)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(yīng)的影響。

(3)在內(nèi)業(yè)處理時,應(yīng)剔除不合理的校正點。因為該測區(qū)唯一的參數(shù),是由不少于 5個校正點確定的,不合理的點,會使轉(zhuǎn)換參數(shù)不準(zhǔn)確,降低實時定位的精度。此外,選取已知控制點時,應(yīng)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。

：

[1]城市測量規(guī)范(CJJ8-99).

[2]周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].測繪出版社,1999.