浙江水利水电专科学校学报
第20卷 第2期 2008年6月浙江水利水电专科学校学报J.ZhejiangWat.Cons&Hydr.CollegeVol.20 No.2
Jun.2008
GPSRTK转换参数求解方法
章振欣
(浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州 310002)
摘 要:GPSRTK技术是目前测量中具有定位快速,精度高的一种先进的测量方法.主要介绍了RTK在应用过程中求解转换参数的方法,着重对求解转换参数的两种较常用的方法进行的讨论,并结合两种方法在实际工程中的应用对成果进行了精度分析,得出一些结论.
关键词:RTK技术;转换参数;坐标系统;流动站;基准站
中图分类号:P226.3 文献标识码:B 文章编号:1008-536X(2008)02-0086-003
+
SolutionofParametricTransferofGPSRTK
ZHANGZhen-xin
(ZhejiangInvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropower,Hangzhou310002,China)
Abstract:ThetechnologyofGPSRTKisofrapidlocationandhighaccuracyinmodernmeasuring.ThepaperfocusesontheparametertransfersolutionmethodbasedontheresearchofparametricvariationintheapplicationofRTKandcomparestherespectiveaccuracyinpracticalcases.
Keywords:RTKTechnology;transferparameter;coordinatesystem;portablestation;datumstation
0 引 言
全球定位系统(GPS)是由美国国防部研制的新一代空间卫星定位系统,其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航定位服务
[1]
界大地坐标系(WorldGeodeticSystem1984即WGS-84).而我国采用的坐标系是西安-80坐标系、地方独立坐标系,西安-80坐标系属于参考大地坐标系,参考椭球主要参数为:长半轴=6378140,扁率=1/298.257.高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面
[3]
.
GPS对于大地测量与普通工程测量的作用越来越明显,要获得高精度的实时三维坐标,在GPS测量中要采用实时动态测量技术,即RTK(RealTimeKinematic).
.地方独立坐标系统则视不同情况而
定.西安-80坐标或地方独立坐标一般用X,Y,Z表示,Z为高程,即正高Hg.
在利用RTK技术进行GPS测量过程中,确定坐标转换的关键是根据已知参考点解算转换参数,已知参考点一般应具有两套坐标系统的坐标值,常用方法为七参数法,常用模型为Bursa公式:
ΔX0X
Y=Z
ΔZ0
XZ
1 原 理
GPSRTK技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,在RTK作业模式中,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站.流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值方程进行实时处理,同时给出定位结果
[2]
ΔY0+(1+m)×Rw×Y
其中:ΔX0,ΔY0,ΔZ0—平移参数;
εx,εy,εz—旋转参数;m—尺度比;
1
Rw=
-εz
εy
将上式变形得
εz1-εz
-εyεx1
.
在GPS测量中,GPS数据通常采用的是1984年世
收稿日期:2008-03-28
作者简介:章振欣(1977-),男,浙江建德人,工程师.从事工程测量外业工作.
ΔX0ΔY0
100Xs0εz-εyΔZ0010Ys-εz0εxm-0
1
Zs
εy
-εx
ExEyEz
XXY-Y=0
Z
L
Z
S
以上ΔX0,ΔY0,ΔZ0,εx,εy,εz,m为经典的Bursa七参数,要精确地对WGS-84坐标系统和地方坐标系统的坐标进行转换,需要精确地求出Bursa7参数,即至少需要三组具有两套坐标系统的坐标值的点.
2 求解转换参数的方法及实际应用
综上所述,我们可知在RTK测量的过程中,坐标转换问题是非常重要的.在实际操作过程中,一般需要得到高精度的地方坐标系坐标,而控制点的WGS-84坐标只需有相对坐标的高精度即可.
下面结合TOPCONRTK技术的技术,谈谈两种转换参数的求解过程.
方法1 控制点只有当地坐标系的坐标,而没有WGS-84坐标
首先在其中一个控制点上架设基准站,并用单点定位的方法求得该点的WGS-84坐标系坐标(已知控制点当地坐标与该点的WGS-84坐标系坐标的点名应加以区分),进行坐标匹配.然后用流动站分别测得其余各控制点的WGS-84坐标.分别进行坐标匹配,这样就得到了该测区的坐标转换参数了.
方法2 控制点已经具有地方坐标系坐标和WGS-84坐标系坐标
在进行RTK测量之前往往已经进行过了GPS静态测量,已经得到了已知点的WGS-84坐标和地方坐标系坐标.只需要将控制点的地方坐标系坐标和WGS-84坐标系坐标(点名同样要加以区分)输入到GPS控制器内置的实时处理软件中,分别进行坐标匹配这样就可以得到测区的转换参数了.
在具体的工作过程中,笔者对上述两种方法进行了应用和比较.
在衢江航运开发工程测量过程中分别使用了两种
方法进行了实际应用,并对其精度做了分析.
首先进行了GPS布网,并对GPS点接测分四等.在比较过程中使用GPS点成果见表1.
表1 GPS控制点成果表
点名纵坐标X横坐标Y高程/mQE823217925.[1**********].51942.876QE833220633.[1**********].67439.817QE843218166.[1**********].10142.285QE86
3218379.[1**********].15841.219QE883218878.[1**********].07435.893QE903216916.[1**********].62636.720QE923217482.[1**********].19037.210QE943217514.[1**********].76742.210QE963218837.[1**********].25040.259QE98
3220247.155
40434529.869
40.549
取其中的QE82、QE83、QE90、QE98作为求解转换
参数基点,分别求解转换参数,其精度分别见表2.
表2 RTK残差
方法1
方法2点名H残差V残差点名H残差V残差QE820.013 0.016QE820.006 0.001QE830.009-0.005QE830.002-0.003QE900.0080.008QE900.006-0.001QE98
0.016
0.020
QE98
0.001
0.002
使用两种方法求得的转换参数,分别对已知成果进行比较,结果见表3.
表3 精度比较成果表
mm
方法1
方法2
点名
ΔX
ΔYΔHΔXΔYΔHQE840.0110.0060.0150.0060.0050.009QE860.0090.0050.0100.0050.0020.005QE880.0080.0040.0110.0000.0010.007QE920.0060.0050.0070.0040.0080.004QE940.0030.0010.0210.0020.0010.005QE96
0.012
0.010
0.011
0.004
0.006
0.002
通过上述比较可以很明显的看出使用第2种方法测量的精度明显要优于使用第1种方法.
3 两种方法的比较
第1种方法求转换参数,不需要当地的WGS-84坐标,对控制点要求较低.但由于WGS-84坐标是通
过RTK流动站测得,外业工作采集工作量比较大,而且由于这种方法求得的WGS-84坐标相对精度较底,该方法求得转换参数精度不是很高,由于受基准站作业半径,对较远距离的控制点的WGS-84坐标的获得需要多次搬站,不利于大面积工程.
第2种方法求转换参数,需要当地的WGS-84坐标,对控制点要求比较高.但由于已知高精度WGS-84坐标,外业采控制点的工作量可以取消,节省了工同的计算方法求得坐标转换参数,经比较后选择残差较小、精度较高的一组参数使用.
(2)由于坐标转换参数的求解精度与已知点两套坐标的精度和区域内点位的分布有关,因此坐标转换参数是有区域性的,它仅适用于已知点所圈定的区域和临近地区,其外推精度明显低于内插精度.因此,在一个测区求解的坐标转换参数不能直接应用到其它测区.
作时间,还能得到较高精度的转换参数.在一些以往已经做过GPS控制但控制点已经有些破坏了,实地点并不多的情况下或控制点间距较远使用第一种方法求解转换参数较难的情况下第二种方法显得尤为实用.
4 求解转换参数方法应注意的问题
为了提高测量的精度在求解转换参数时,应该注意:
(1)求解坐标转换参数所使用的已知控制点(通常称为基准点)的精度、密度及分布状况对坐标转换参数的求解质量有着直接影响.因此,所选定的基准点要求精度要高,并且应均匀分布在测区周围.基准点的数量视测区的大小一般取3～6点为宜.一般地,在求解坐标转换参数时,应采取不同基准点的匹配方案,用不
(上接第85页)
本低、技术成熟又易于购买的GM-82型GPSOEM接收板,使整个系统精度高、集成化程度高、输出模块接口较简单、总成本低廉、运行稳定可靠、且具有较好的抗干扰能力.本系统为水电站电力设备和监控系统提供了高精度的时间信号,具有很强的实用价值.参考文献:
[1] 郝 波,岳 军,尹常永.基于同步相量测量的高精度授时信号的
5 结 语
GPSRTK定位技术是一种定位快速,精度高的测量方法,而求解转换参数是其定位过程中的重要步骤.在工作过程中,我们应该根据实际情况灵活机动的选择转换参数的求解方法,合理的选择控制点可以达到提高测量精度、增强工作效率的目的.参考文献:
[1] 刘基余,李征航,王跃虎.全球定位系统原理及其应用[M].北京:
测绘出版社,1995.
[2] 刘大杰.施一民,过静君.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理
[M].上海:同济大学出版社,1997.
[3] 刘经南,葛茂荣.92’中国GPS会战(A级网)数据处理分析[J].武
汉测绘科技大学学报,1996,20(1):40-45.
研究[J].沈阳工程学院学报:自然科学版,2007,3(3):276-278.
[2] 孙丙香,温春雪,严国志,等.GPS精密授时功能在电力系统功角广
域测量系统中的应用[J].国外电子元器件,2006(1):53-56.
[3] 吕立波.神通广大的GPS———全球卫星定位系统(GPS)及其应用
[J].国外科技动态,2000(10):33-36.
[4] 董剑利,周 丹.通用GPS授时同步监控系统的设计与实现[J].
计算机工程与设计,2007,28(12):3006-3008,3012.
[5] 刘 为,董德存.基于GPS技术的分布式授时同步时钟[J].微型
电脑应用,2005,21(5):21-23.