蔡周平

（珠海市測繪院，廣東 珠海 519000）

1 概述

當前，利用多基站網絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）已成為GPS應用的發(fā)展熱點之一。實時網絡RTK服務，是利用基準站的載波相位觀測數據，與流動站的觀測數據進行實時差分處理，并解算整周模糊度。由于通過差分消去了絕大部分的誤差，因而可以達到厘米級的精度，同時不需要架設基準站，比傳統(tǒng)的RTK測量效率提高30%左右。CORS的發(fā)展改變了傳統(tǒng)測量中平面控制和高程控制分離的作業(yè)模式，集控制測量、細部測量、水準測量于一體，且在系統(tǒng)有效覆蓋范圍內，測量精度和可靠性高。CORS技術應用應先解決測區(qū)坐標轉換參數定制的問題，俗稱“工地校正”、“求轉換參數”等，其過程是一個采集參數控制點測量數據，即測量WGS-84坐標，然后轉換成國家坐標系或地方坐標系的過程，其融合了GPS測量數據處理、似大地水準面精化、坐標轉換等技術。

2 測繪流程及方法分析

①搜集分析控制點資料、撰寫觀測計劃

開始進行外業(yè)采集測量數據之前，應先進行技術設計。搜集測區(qū)及其周邊地區(qū)已有的控制點，包括控制點等級、類別、點之記、及概略位置等，標繪到展點圖上，根據已有資料進行分析，列出觀測計劃。進行采集的控制點必須是穩(wěn)定，遠離發(fā)射功率強大的無線發(fā)射源、微波通信、高壓線等，距離不小于200m，周圍無遮擋的點位。參數控制點的選擇應首選高等級的控制點，以高等級的控制點為框架，以低等級的控制點為補充是一個比較理想的組合，但也不用片面追求高等級，等級符合要求且分布均勻以及殘差中誤差、檢查控制點誤差滿足規(guī)范要求更重要。高程參數控制點宜采用最近作過水準測量無發(fā)現明顯沉降表明較穩(wěn)定的控制點，同樣要求這些點周圍無遮擋和干擾。如果沒有足夠數量和密度的控制點，必須先行測量平面控制網和水準網，然后再選擇網中點位作為參數控制點。平面和高程參數控制點的等級選擇視要測繪控制點的最高等級而定，基本要求如表1所示。

②采集參數控制點測量數據

采集參數控制點測量數據應在圖上分成多個小區(qū)域，每個小區(qū)域采集多個點位數據，選擇一個最佳的參與模型的計算。參數控制點的觀測不低于施測最高等級的RTK控制點要求。

采集控制點測量數據首先要熟練掌握接收機的操作，仔細核對設置是否正確，鏡座對中精度是否符合要求，高度的量取是否按接收機說明書的要求進行。接收機手簿結束上次RTK測量，重新開機并成功初始化，對一個點位進行RTK測量完畢，存儲坐標成果，我們稱為一個測回，采集時采用三腳架對中、整平，每測回改變三腳架高，為提高精度，適當增加歷元數，進行多個測回的測量，經過測回間的互差比對檢查，結果取其平均數重新輸入，這種操作方法被認為是剔除測量粗差、提高精度的手段之一,同時接收機可以通過平滑與濾波來消除或削弱噪聲，提取信號，從而提高動態(tài)定位的精度。

PDOP值直接反映空中GPS衛(wèi)星的分布情況，中文意思為三維位置精度因子,當PDOP值較大時，表明空中的GPS衛(wèi)星幾何分布不是太理想，他們構成的圖形周長太短，定位精度就低，反之亦然，因此采集參數控制點測量數據應選擇在PDOP值較小的時候測量。位置和時間段是影響PDOP值的重要因素，如果測繪位置遮擋很嚴重，接收機不能或只能捕捉到為數不多的衛(wèi)星信號，PDOP值就會越大,PDOP值還隨時間段變化,我們可以依據本地區(qū)的衛(wèi)星分布變化情況來預計測區(qū)的PDOP值隨時間段的變化規(guī)律，在適當的時候進行外業(yè)觀測，更容易取得準確的外業(yè)數據。

③求取轉換參數

跟其他GPS測量一樣，CORS測得的坐標是WGS-84坐標，它需要轉換成國家坐標系或地方坐標系。首先應精確確定所選用的參考坐標系在本地區(qū)的投影參數，選擇正確的測繪基準。不同坐標系之間轉換理論最成熟、使用最廣的是平面四參數與三維七參數轉換模型兩種。

平面四參數轉換模型原理簡單，數值穩(wěn)定可靠，對較小區(qū)域，它轉換的精度較高，當測區(qū)范圍較大時，由于受投影變形誤差的影響，其轉換精度就較差，因而它只適合于較小區(qū)域的坐標轉換。其坐標轉換模型為：

式中，y0、x0為平移參數，k為尺度參數，α為旋轉角（弧度），利用兩個以上的公共點可以將四個參數求解出來。

七參數模型為三維模型，在范圍不是非常大的局部網如市級以下網的應用中，推薦使用莫洛堅斯基模型（M模型），該模型的旋轉和相似變換中心在地面網的大地原點上，并認為在旋轉變化中大地原點的參心向量保證不變。設任意點在第一坐標系中的坐標為（X1i，Y1i，Z1i），在第二坐標標系中的坐標為（ X2i，Y2i，Z2i），同時假定在第一坐標系中有參考點K，其坐標為（X1k，Y1k，Z1k），則莫洛堅斯基模型為

式中，△XM、△YM、△ZM為平移參數，為旋轉參數，mM為尺度變化參數。在空間直角坐標系中，兩坐標系之間存在嚴密的轉換模型，不存在模型誤差和投影變形誤差，因而它適合于更大區(qū)域的坐標轉換。

表1

在實際應用中，四參數和七參數轉換模型應依據實際情況進行選擇。當選用平面四參數轉換模型時，參數控制點可以分開選取，在較大范圍內也可以應用四參數轉換模型，分區(qū)域進行轉換參數的計算，但注意相鄰區(qū)域應至少有二個以上的重合參數控制點，根據我們的經驗，當區(qū)域面積在200平方公里以內時，應用這種模型的殘差并不大，只有隨著區(qū)域面積的增大，殘差才會呈幾何級數增長。而七參數轉換模型則要求參數控制點平面和高程必須同時選取，即同時參與參數的計算，由于理論比較嚴密，且不受區(qū)域面積大小的限制，在應用中一般被優(yōu)先選擇。在某些測區(qū)，沒有足夠多的平面高程重合的參數控制點時，我們引入虛擬高程的概念，其思想是在測區(qū)內均勻選取參與參數計算的平面控制點和高程控制點，優(yōu)先選取平面和高程均符合上表要求可以直接進行七參數轉換模型計算的點位，而后應用虛擬高程作為高程等級低的平面控制點的高程參與參數的計算。虛擬高程就是將一些平面等級較高而高程等級低的控制點通過模擬計算的方法計算其GPS水準高程，應用此高程作為參數控制點的高程計算依據。我們采用的方法為：第一步是應用四參數轉換模型分區(qū)域計算參與高程起算的高程控制點的平面坐標；第二步應用計算出的平面坐標作為高程控制點的平面坐標計算七參數轉換模型(平面精度可適當放寬),將需要參與參數計算的高程等級低的平面控制點作為待定點輸入，計算這些待定點的高程,計算出的高程就是虛擬高程。根據似大地水準面精化的理論，確定某一區(qū)域的高程異常后，通過公式h正常高=H-§（h正常高為正常高，即我們通常所測量的水準高程，H為大地高，通過GPS測量而得，§為高程異常）可以求出正常高,也就是通常所說的GPS水準高程。如果能結合本地區(qū)似大地水準面精化模型，進一步解算出各個控制點的GPS水準高程,能更好地應用于轉換參數的計算。

目前，RTK電子手簿軟件中模型的計算方法應用的都較完整，只要注意選擇和檢查就行。

④精度檢查

求取轉換參數后，應按照有關規(guī)范和技術設計的要求進行各項檢查，檢查分內業(yè)和外業(yè)兩部分，內業(yè)主要檢查點位選擇的合理性，計算參數模型殘差的限差和中誤差，數據的匯總計算和輸入的正確性以及參數的適用范圍，外業(yè)檢查主要是進行控制點位的實測，可以是高等級的等級控制點，也可以是低等級的GPS一、二級或5秒和8秒導線點，要求點位分布均勻，檢查完成后應進行分析和精度統(tǒng)計，當剔除粗差后，計算檢查點測量中誤差，中誤差必須不超過規(guī)范的規(guī)定，通過了檢查后的轉換參數方可用于實際的測量活動。

⑤誤差分析

誤差的來源主要有三個方面，一是外業(yè)觀測誤差，包括基座或對中桿的對中誤差和因為衛(wèi)星分布狀態(tài)不均勻而引起的誤差，通常使用前對基座進行調校，同時依據PDOP值的變化規(guī)律，盡量選擇在PDOP值較小的時候進行觀測；二是坐標轉換誤差，在這方面，對用戶來說，按照實際情況選擇好轉換模型，對比不同的轉換模型的水平和垂直精度高低，同時通過在不同型號的儀器或同一型號的不同儀器上重復輸入坐標求取轉換參數，這樣可以發(fā)現輸入或設置錯誤；三是控制點坐標本身的誤差，在這個方面應通過剔除粗差點或提高控制點等級選擇最佳的參數控制點組合來克服，其過程往往要重復多個組合才能發(fā)現較佳的一組。

⑥參數驗收和保密要求

求取轉換參數后，對參數控制點、檢查點及適用范圍應展繪成圖，按一定的格式進行成果整理和保存。

成果的領用和存檔應按照《測繪法》、《保密法》和《測繪成果管理條例》的規(guī)定和要求進行，測繪成果的使用必須按相應規(guī)定進行，嚴防外泄。

3 實例分析

我們對我國南部沿海一個面積約300平方公里的較大型測區(qū)案例進行分析，測區(qū)使用地方獨立坐標系，測區(qū)內平面控制點有二等三角網、GPS-D級網、GPS-E級網各一個，并且有GPS一級、GPS二級控制點若干，高程方面有三等水準控制網二個，四等水準控制點若干。

我們采集了全部二等三角控制點和部分GPS-D級網、GPS-E級網控制點的測量數據，以大陸區(qū)域為例，控制面積約200平方公里，平面和高程重合的控制點位為6點，只采用平面的12點，只采用高程的9點，點位分布較均勻，計算出的四參數轉換模型最大水平殘差為0.030m、最大高程殘差為0.015m；部分點位應用計算的虛擬高程，計算出的七參數轉換模型最大水平殘差為0.028m、最大高程殘差為0.016m。

參數計算后，應用四參數模型檢查了GPS一級、GPS二級控制點約50個，剔除粗差后，計算平面和高程較差中誤差、符合規(guī)范要求，按規(guī)定要求進行成果整理。

最后按二級檢查、一級驗收的規(guī)定進行成果檢查、驗收，按照相關規(guī)定留底，存檔。

結語

隨著國內外一系列CORS站的建立及移動網絡的不斷升級，CORS在測量實踐中的普及應用正在由城市走向農村，進入全面應用的階段，市場上開發(fā)的軟件中坐標轉換模型也正朝著靈活性、高精度和高適應性的方向發(fā)展。

[1]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理(第二版)[M].武漢大學出版社.

[2]郭際明等.工程控制網數據處理理論、方法與軟件設計[M].武漢大學出版社.

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