利用 RTK技术求解 WGS-84与国家 -80坐标系坐标转换参数的探讨

龚长兵,朱 艳

(1.黑龙江省航务勘察设计院;2.中国建材黑龙江总队)

1 引 言

近年来,GPS技术被广泛应用于测绘领域,由于它精度高,全天侯,操作简便,无需起始点间相互通视等优点,对于经典的测量技术是一次重大的突破,特别是RTK(RealTime Kinematic)技术的成熟,更是把静态 GPS技术向前推进一大步,它是GPS测量技术与数据传输技术相结合的组合系统,除了有静态 GPS技术的优点外,更具有观测时间短、灵活方便、实时显示三维坐标及精度等特点,使得城市基础测绘、规划放线及地籍测量变得简单、快捷、可靠。

2 RTK转换参数的确定

2.1 RTK的测量原理及四种测量方法

RTK测量技术,是以WGS-84坐标为基础的全球通用的一种动态测量技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。它利用基准站接收机对所有可见GPS卫星进行连续观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时发送给用户观测站。在用户站上,接收机在接收 GPS卫星信号的同时,又接收基准站传输过来的观测数据,根据相对定位的原理,实时计算并显示用户站的三维坐标及精度,精度可达到厘米级,基准站与用户站距离可达 20km。而在大范围的测区,基准站不能固定在某一个点上,它根据用户站的需要,在测区均匀布设几个架设基准站的控制点。

RTK的测量方法根据需要通常有 4种方法：第 1种是“无投影无转换”,就是直接用接收机在基准站和用户站接收 WGS-84坐标,测后利用“点校正”方法处理,求得地方坐标。这种方法至少需要在 4个已知点上测量并进行点校正”,使用起来很不方便;第 2种方法是“从库中提取”,该方法实际上是WGS-84坐标到国家 -80坐标的一种转换形式,不适合城市独立坐标系;第 3种方法是“输入比例因子”,该方法更不适合城市规划测量;第 4种方法是“键入参数”,该方法是在一个地区均匀合理地利用 5个以上已知的控制点(已知的控制点越多,精度越高),利用静态观测的方法,用相关的软件进行基线处理,无约束平差,求得各点的WGS-84坐标,再把 WGS-84坐标及地方坐标键入到 TSC手薄里,进行“点校正”,即可求得一套参数。然后把基准站架设到测区内任何一个控制点上,键入该点的城市独立坐标,检核一个已知点后,用户站便可测量,测出的坐标即是城市独立三维坐标。通过试验和应用,我们认为第4种方法是适用可行的方法。

2.2 概况

哈伊高速公路北起黑龙江省伊春市,南至黑龙江省省会哈尔滨,是连接黑龙江省南北的交通干线。本次测量的为哈伊高速 0～ 116km。其地理坐标东经 128°02′～ 128°49′,北纬 47°00′～ 47°43′之间。

2.3 转换参数的求解过程

测区控制测量已有相关部门完成,根据以上原理和测绘规范要求,选用求解参数控制点不少于 4个,而且控制点最大点间距不大于 8km,为此我们将整个测区分为 20个参数求解段,每个工作段中与相邻段各有 2个以上公共控制点。下面我们以 89～98km为例,进行说明。

下面以 89～97km为例,该段共选择了 6个控制点,控制点成果见表 1。

表 1 控制点成果表

控制点选择完成后,我们采用中海达公司手簿提供的七参数解算程序,按照上述成果依次输入,所得残差均小于0.002m,满足解算要求。解算参数后并应用,其参数如下。转换参数：

WGS-84坐标系参数：

投影：轴墨卡托投影;

中央子午线：129°;

半长轴：6378137.0;

扁率：298.257222932。

国家 -80坐标系参数：

投影中央子午线：129°;

半长轴：6378140.0;

扁率：298.257。

七参数：

模型：布尔沙;

⊿ 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 参数可靠性的检验

求出 WGS-84坐标与国家-80坐标的转换参数后,基准站就可以架设在该段的任何一个控制点上,配置好基站,检核一个已知点后,用户站在能接收到信号且解类型为窄带固定解的前提下,在测区内可任意测量,测出的三维坐标就是国家 -80坐标。为了使测区内的控制点接收信号方便,我们将基准站架设在测区中间的 GP677点上,用户站在已知点上检核。测区内已有三维坐标的 GP675、GP732两点也在检核之列。经过检验与已知坐标相比较,得出以下差值。

检核点与已知点的比较：最大点位中误差：±0.027m,最小点位中误差：±0.015m,最大高程误差：±0.023m,最小高程误差：±0.001m。

这一结果说明,我们所求的转换参数是正确的,为今后对该测区的任何位置进行测量,提供可靠的起算资料。

3 结 语

(1)求得 WGS-84坐标与国家-80坐标的转换参数,可以方便地在该城市或该城市的某一区域进行动态测量,不受起始点和地形点的限制,克服了许多用常规仪器和静态GPS观测带来的不利因素,从而大大地缩短观测时间,提高了工作效率。

(2)为了求得该测区准确的参数,选用合理的控制点,不仅能覆盖该测区的所有范围,而且能方便地架设基准站。因此这些点一般选在：①高大建筑物上或地势较高、视野开阔、周围障碍物的高度角小于 10°～15°的位置;②所选控制点能覆盖测区边缘,离开测区边缘小于1km的位置;③基站点应离开高压铁塔、发射塔或强功率发射装置大于 200m的位置;④测量点离开大面积水域 200m以上距离,以减弱多路径效应的影响。

(3)在内业处理时,应剔除不合理的校正点。因为该测区唯一的参数,是由不少于 5个校正点确定的,不合理的点,会使转换参数不准确,降低实时定位的精度。此外,选取已知控制点时,应该多选几个点,假如有不合理的点,剔除以后仍然要保证校正点不低于 5个。

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[1]城市测量规范(CJJ8-99).

[2]周忠谟,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].测绘出版社,1999.