魏立峰
(1.秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心,河北 秦皇島 066001)
HBCORS在城市測量中的應用
魏立峰1
(1.秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心,河北 秦皇島 066001)
主要介紹了求解適合研究區(qū)域的從HBCORS坐標系統到地方坐標系統轉換參數的方法,為HBCORS在研究區(qū)域的應用提供更好的精度支持,以達到充分利用HBCORS優(yōu)勢為城市測量服務的目的。
HBCORS;坐標轉換參數;城市測量;地方坐標系
連續(xù)運行參考站(CORS)相關技術的發(fā)展、應用與研究,是測繪地理信息界研究的熱點之一,同時也是GNSS定位技術的應用熱點之一。CORS是一種將GNSS導航定位技術、測繪地理信息技術、現代通信技術、計算機技術等多種技術集成的實用性分布式網絡系統。它不僅能夠提供動態(tài)、連續(xù)、高精度的空間定位信息服務,還通過GNSS技術建立了統一、連續(xù)的空間坐標基準框架,是地理空間信息獲取、處理、共享的基礎,也是城市、地區(qū)和國家不可或缺的空間信息基礎設施之一。河北省連續(xù)運行參考站(HBCORS)系統在河北省域范圍內通過網絡RTK技術可實時為用戶提供cm級高精度的2000國家大地坐標系下的大地坐標,但由于歷史原因河北很多地區(qū)坐標系仍在使用1980西安坐標系和1954北京坐標系,不能直接使用2000國家大地坐標系下的測量成果。若要利用HBCORS系統提供的實時高精度定位服務,就必須將HBCORS系統測量成果轉換為地方坐標系測量成果。本文以秦皇島地區(qū)為例,利用數學模型實現了2000國家大地坐標系與地方坐標系的轉換,從而利用HBCORS系統快速獲取了地方坐標系下的測量成果。
1.1 GPS網和地面網之間的坐標轉換模型
不同坐標系統的轉換本質上是不同基準間的轉換,不同基準間的轉換方法有很多,兩個空間直角坐標系之間的坐標轉換模型常用的有布爾莎模型、莫洛金斯模型和范士模型等,布爾莎模型更適合GPS網間坐標轉換。本文著重討論采用布爾莎模型進行GPS網與地面網之間的坐標轉換,設點P在原坐標系中的坐標為(Xi', Yi', Zi'),轉換后在新坐標系中的坐標為(Xi, Yi, Zi),根據布爾莎模型則有:
式中,X0、Y0、Z0為3個平移參數;εX、εY、εZ為3個旋轉角參數; k為尺度參數;即布爾莎模型7個參數。
若兩個坐標系之間的7個轉換參數未知,可利用在兩個坐標系中均已知坐標數據的重合點求取轉換參數。求取轉換參數至少需要3個以上在兩個三維坐標系中均已知精確坐標的重合點;當重合點較多時,可對轉換參數作最小二乘估算。
1.2 坐標轉換參數求取
目前秦皇島市規(guī)劃部門在城市規(guī)劃和城市建設中主要使用1954北京坐標系,中央子午線為120°,為了獲得HBCORS系統下的實時1954北京坐標系坐標,必須先求取2000國家大地坐標系與1954北京坐標系的轉換參數。秦皇島地區(qū)有一批2003年施測的三等GNSS點的1954北京坐標系平面坐標,其精度滿足坐標系轉換精度要求,可選取其中部分GNSS點聯測2000國家大地坐標系坐標,再利用布爾莎模型求取兩 個坐標系之間的轉換參數。本文以秦皇島經濟技術開發(fā)區(qū)為實驗區(qū)進行參數求解,區(qū)域面積約110 km2。施測方案為:選擇秦皇島經濟技術開發(fā)區(qū)的5個C級點(圖1),平均邊長約為5 km,采用三等GNSS靜態(tài)觀測聯測其2000國家大地坐標系坐標。觀測要求為:衛(wèi)星高度角≥15°,有效觀測同類衛(wèi)星數≥4顆,平均重復設站數≥2,時段長度≥60 min,數據采樣間隔為15 s,PDOP值<6。
根據聯測成果,采用式(1)求取了該區(qū)域布爾莎模型的7個轉換參數,其公共點平面坐標點位殘差最大值為 0.15 cm,平面坐標點位中誤差為±0.12 cm。
圖1 開發(fā)區(qū)坐標轉換參數計算點分布圖
為了進一步驗證參數的可靠性和精度,選取測區(qū)內均勻分布的12個三等GNSS控制點作為檢核點,將已求取的7個參數輸入觀測手薄,在HBCORS系統的網絡RTK定位服務下,按照一級GNSS RTK控制點測量技術要求對檢核點進行測量,可實時獲得檢測點的1954北京坐標系平面坐標,將所測得的平面坐標與原坐標進行比較分析,如表1所示。
表1 參數檢核分析表/m
精度評定模型為:
式中,n為參與計算分析點的個數。
由表1、式(2)計算得到測區(qū)檢核點平面坐標點位中誤差為: ms=±1.9 cm 。
由以上分析可知,通過轉換參數,利用HBCORS系統的網絡定位服務進行GNSS RTK測量的精度滿足CJJ/T 73-2010《衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)范》要求:一級GNSS RTK控制點點位中誤差(絕對值)≤5 cm。
實踐研究表明,根據高精度GNSS靜態(tài)觀測成果,通過布爾莎模型求取了2000國家大地坐標系與1954北京坐標系的轉換參數,利用該參數可在HBCORS系統RTK定位服務下快速獲得點位的地方坐標系坐標,其精度能滿足一級GNSS RTK平面測量精度要求,解決了HBCORS系統測量成果不能直接應用于城市測量的問題。HBCORS系統RTK測量技術與傳統架設基站的RTK測量技術相比,HBCORS系統具有精度高、可靠性強的優(yōu)勢,省去傳統RTK架設基站的工作環(huán)節(jié),節(jié)省了人員設備,擴大了作業(yè)活動范圍,大幅提高了工作效率,在城市測量領域具有廣闊的應用前景和研究價值。
[1]CJJ/T 8-2011.城市測量規(guī)范[S].
[2]GB/T 18314-2009.全球定位系統(GPS)測量規(guī)范[S].
[3]CJJ/T 73-2010.衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)范[S].
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P228.4
B
1672-4623(2017)07-0021-02
10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.006
魏立峰,高級工程師,注冊測繪師,主要從事城市測量及地理信息系統研究工作。
2016-04-07。