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南方gps坐标转换参数设置

 HUANGyufeng100 2017-03-09

注:新版本已将'控制点坐标库'改为'求转换参数',实现的功能不变!

一、控制点坐标库的应用

      GPS 接收机输出的数据是 WGS-84 经纬度坐标,需要转化到施工测量坐标,这就需要软件进行坐标转换参数的计算和设置,控制点坐标库就是完成这一工作的主要工具。
      控制点坐标库是计算四参数和高程拟合参数的工具,可以方便直观的编辑、查看、调用参与计算四参数和高程拟合参数的校正控制点。

利用控制点坐标库可以计算GPS 原始记录坐标到当地施工坐标的参数。在计算之前,需新建工程,输入当地的施工坐标系及中央子午线、投影高等。假设我们利用 A、B 这两个已知点来求取参数,那么首先要有 A、B 两点的 GPS 原始记录坐标和测量施工坐标。

A、B 两点的 GPS原始记录坐标的获取有两种方式:

一种是布设静态控制网,采用静态控制网布设时后处理软件的 GPS 原始记录坐标;

另一种是 GPS 移动站在没有任何校正参数起作用的 Fixed(固定解)状态下记录的 GPS 原始坐标。

1.1、校正参数

      操作  :工具 → 校正向导 或 设置 → 求转换参数(控制点坐标库) 

      所需已知点数:1个

      校正参数是工程之星软件很特别的一个设计,它是结合国内的具体测量工作而设计的。校正参数实际上就是只用同一个公共控制点来计算两套坐标系的差异。根据坐标转换的理论,一个公共控制点计算两个坐标系误差是比较大的,除非两套坐标系之间不存在旋转或者控制的距离特别小。因此,校正参数的使用通常都是在已经使用了四参数或者七参数的基础上才使用的。

   在工程之星新版本中,在校正向导中已经取消了两点校正功能,如果两个以上的已知点请使用控制点坐标库来求取参数。 习惯使用校正向导的人请尽快学习新版本。

1.2 四参数 

       操作  :设置 → 求转换参数(控制点坐标库) 
       四参数是同一个椭球内不同坐标系之间进行转换的参数。在工程之星软件中的四参数指的是在投影设置下选定的椭球内 GPS 坐标系和施工测量坐标系之间的转换参数。工程之星提供的四参数的计算方式有两种,一种是利用“工具/参数计算/计算四参数”来计算,另一种是用“控制点坐标库”计算。。需要特别注意的是参予计算的控制点原则上至少要用两个或两个以上的点,控制点等级的高低和分布直接决定了四参数的控制范围。经验上四参数理想的控制范围一般都在 5-7 公里以内。 
四参数的四个基本项分别是:X 平移、Y 平移、旋转角和比例。

从参数来看,这里没有高程改正,所以建议采用“控制点坐标库”来求取参数,而根据已知点个数的不同所求取的参数也会不同,具体有以下几种。

1.2.1 四参数+校正参数

      所需已知点个数:2个

1.2.2  四参数+高程拟合

       GPS 的高程系统为大地高(椭球高) ,而测量中常用的高程为正常高。所以 GPS 测得的高程需要改正才能使用,高程拟合参数就是完成这种拟和的参数。计算高程拟和参数时,参予计算的公共控制点数目不同时计算拟和所采用的模型也不一样,达到的效果自然也不一样 。

高程拟后有三种拟合方式:

a.高程加权平均

      所需已知点个数:3个

b.高程平面拟合

所需已知点个数:4 ~ 6个

b. 高程曲面拟合

      所需已知点个数:7个以上

二、七参数

      操作  :工具 → 参数计算 → 计算七参数 

      所需已知点个数:3个或3个以上

      七参数的应用范围较大(一般大于 50 平方公里) ,计算时用户需要知道三个已知点的地方坐标和 WGS-84 坐标,即 WGS-84 坐标转换到地方坐标的七个转换参数。 
      注意:三个点组成的区域最好能覆盖整个测区,这样的效果较好。

      七参数的格式是,X平移,Y平移,Z 平移,X 轴旋转,Y 轴旋转,Z 轴旋转,缩放比例(尺度比)。

七参数的控制范围和精度虽然增加了,但七个转换参数都有参考限值,X、Y、Z 轴旋转一般都必须是秒级的(工程之星中限值为小于10秒);X、Y、Z 轴平移一般小于 1000。若求出的七参数不在这个限值以内,一般是不能使用的。这一限制还是比较苛刻的,因此在具体使用七参数还是四参数时要根据具体的施工情况而定。

三、总结

       使用四参数方法进行 RTK的测量可在小范围(20-30 平方公里)内使测量点的平面坐标及高程的精度与已知的控制网之间配合很好,只要采集两点或两点以上的地方坐标点就可以了,但是在大范围(比如几十几百平方公里)进行测量的时候,往往转换参数不能在部分范围起到提高平面和高程精度的作用,这时候就要使用七参数方法,具体方法在下面介绍。 
      首先需要做控制测量和水准测量,在区域中的已知坐标的控制点上做静态控制,然后再进行

网平差之前,在测区中选定一个控制点 A做为静态网平差的 WGS84 参考站。
      使用一台静态仪器在该点固定进行 24 小时以上的单点定位测量(这一步在测区范围相对较小,精度要求相对低的情况下可以省略) ,然后再导入到软件里将该点单点定位坐标平均值记录下来,作为该点的 WGS84 坐标,由于做了长时间观测,其绝对精度应该在 2米左右,然后对控制网进行三维平差,需要将 A点的 WGS84 坐标作为已知坐标,算出其他点位的三维坐标,但至少三组以上,输入完毕后计算出七参数。

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