知方号

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RTK测量中的坐标转换

RTK测量中的坐标转换

已知控制点与测区位置分布示意图

一、三参数坐标转换

当(XA、YA、ZA)和(XB、YB、ZB)表示不同的参心(或地心)空间直角坐标系,两坐标系各轴相互平行、坐标原点不相重合。ΔX、ΔY、ΔZ表示两参心(或地心)空间直角坐标系之间一个坐标系原点相对于另一个坐标系原点的位置向量OBOA在三个坐标轴上的分量,通常称为三个平移转换参数。模型如下式:

这是在假定两坐标系间各坐标铀相互平行条件下导出的,这与实际应用情况并不相符。但由于各坐标铀之间的夹角不大,求出夹角的误差与夹角本身在数值上属同一数量级,故在精度要求不高的情况下,可设各坐标铀相互平行,这种情况在国内外也屡见不鲜,在RTK测量中同样也可以应用。

三参数坐标转换示意图

例如,在某铁路工程测量中用于求解转换参数的已知点的两套坐标为:

一套坐标为WGS84大地坐标(B,L,H)或WGS84空间坐标(X,Y,Z)。某GPS点的大地坐标(37º35′2″.31895,111º08′54″.20451,949.6049m);空间坐标(-1826103.3930m,4720583.1243m,3869533.5576m)。此套坐标应为高等级GPS控制测量时自由网平差得到的三维坐标成果。注意事项:在一个测区求解转换参数时所用的已知点,其WGS84坐标应为一个GPS控制网自由网平差或三维平差所得的成果。

另一套坐标为RTK测量时所用的坐标系坐标和高程,平面坐标为1954北京坐标系坐标、1980西安坐标系坐标、地方独立坐标或工程所设计的任意带坐标系坐标等。高程系统有1985国家高程系统、1956黄海高程系统等。注意各已知点的地方坐标系坐标、高程系统应当一致,如果不一致要进行转换后使用。

如果已知点没有WGS84坐标,可在现场采集数据并计算转换参数。现场采集数据可用静态、快速静态或动态进行,在运用动态进行采集数据时,一个测区求解转换参数所用的已知点应在同一基准站设置情况下进行。转换参数的求解可根据不同GPS接收机随机软件在计算机上或接收机电子手簿上进行。

二、四参数坐标转换

不同地球椭球坐标系的平面相似转换实际上是一种二维转换,平面坐标转换包含4个转换因子,即2个平移因子(X平移:ΔX、Y平移:ΔY)、1个旋转因子(旋转角:α)和1个尺度因子(尺度比:m)。

四参数转换示意图

在RTK测量中,需要将WGS84坐标系转换到1954年北京坐标系(或1980西安坐标系、独立坐标系),其转换的数学模型为:

1、先旋转、再平移、最后统一尺度

2、先平移、再旋转、最后统一尺度

在有的后处理软件中的经典2D法、一步法,均属于四参数法。这种方法的优点是利用较少的信息即可计算出转换参数。不需要已知地方椭球和投影模型就可以利用最少的点计算出转换参数。值得注意的是当使用一个或两个地方点计算参数时,作为计算的转换参数仅对于点的附近区域是有效的。

三、七参数坐标转换

在RTK的坐标转换中,一般常用布尔莎七参数模型转换,又称七参数转换法。七个参数包括三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ,三个旋转参数εx、εy、εz,和一个尺度参数m。

七参数转换示意图

其数学模型为:

在有的后处理软件中的经典3D法就属于七参数法。查看

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