Gps測量二維基線向量網的平差處理方法

2023-10-22 09:10:52 1

專利名稱：Gps測量二維基線向量網的平差處理方法
技術領域：
本發明涉及一種工程GPS測量技術，尤其是涉及一種GPS測量二維基線向量網的 平差處理方法。
背景技術：
目前GPS工程測量控制網的數據處理中，有兩種方法一種方法是三維基線向量網平差處理方法在WGS-84空間坐標系下進行三維向 量網的平差，然後將三維地心坐標成果轉換到高斯平面得到有實用價值的獨立工程坐標系 下的二維坐標成果。具體處理過程如下(1)從已知WGS-84的三維坐標起算點出發，按下列公式用已解算好的WGS-84坐標 系的GPS三維基線向量計算未知點的WGS-84坐標系近似坐標(Xj0，Yj0, Zj0)X0 =X0+AX,J『JY0 = Y0 + ΔΚj『JZ0 =Z0 +AZljJ『J式中i，j為控制點編號Xi0, Yi0, Zi0為已知WGS-84坐標或用此方法推算出的WGS-84近似坐標X/1，Y/1，Z/1 為未知坐標AXij, AYij, AZij為解算好的GPS三維基線向量(坐標增量)(2)以所有未知控制點的三維坐標為未知參數，以所有三維基線向量為觀測值，用 三維基線向量的協方差陣定權，進行三維基線向量網的平差處理，得到所有控制點的三維 坐標(XiJiJi)；(3)以標準橢球為參考，按下列公式計算工程橢球參數之長半軸a H +〔α = α0 χ (1 + ~ΛΓ _flO7V_ Π2 ■ 2 V1 - eo sm Bmr Y(Hi-H)ζ = ^v 『_'―η式中a0為標準參考橢球(如WGS-84、BJ1954等)的長半軸e0為標準參考橢球的第一偏心率to為測區的平均緯度；Hm為測區的平均高程(正常高)hi為i點的大地高
Hi為i點的高程(正常高)η-計算高程異常的測點數ζ為工程測區的平均高程異常(4)用工程橢球高斯投影的方法將三維坐標(XpYiJi)轉換為工程橢球面大地坐 標(BpLyHi),再用工程橢球的參數將大地坐標(ByLpHi)轉換得到高斯平面二維坐標(Xi、 Yi) °另一種方法是二維基線向量網平差處理方法，是直接在平面坐標系下進行二維平 面GPS向量網的平差處理，得到工程獨立坐標系成果。方法是將屬於WGS-84坐標系中的 GPS基線向量觀測值，通過坐標換算將其轉換到我國採用的1980年西安坐標系或1%4年北 京坐標系等參心空間直角坐標系中或大地坐標系中，然後在地面網所屬的這些參心坐標系 中建立GPS基線向量觀測值平差的數學模型，最後通過平差得到控制測量成果。建模時，通 過對WGS-84空間坐標系的基線向量觀測值施以平移、旋轉和尺度參數進行轉換，在地面網 所屬平面坐標系中建立平差方程，最終平差解算得出坐標成果。具體處理過程如下(1)從已知WGS-84的三維坐標起算點出發，用已解算好的WGS-84坐標系的GPS三 維基線向量計算未知點的WGS-84坐標系近似坐標(Χ/,Υ/1』/1)；(2)逐一將每條GPS三維基線向量(A)Cij, AYij, AZij)轉換為標準橢球對應的高 斯平面的二維向量(AXij，Ayij)對於i、j兩點間的三維基線向量，其坐標增量為(A)Cij, AYij, Δ&ρ，以i點的已 知WGS-84三維地心坐標(HZi)或推算出的近似WGS-84三維地心坐標汰°，Yic^ ZicO為 起算，用坐標增量(A)Cij, AYij, AZlj)計算j點的近似坐標(X/，Y/，Z/1)；用標準橢球(如 WGS-84、BJ1卯4等)參數，分別將i、j兩點的三維坐標轉換為標準橢球面的大地坐標(ΒΛ Li0, Hi0)和(Β/1，Lj0, Hj0)，並轉換為對應的高斯平面坐標(Xi°，y,0)、(χ；, y；)；取坐標差求得 平面二維基線向量(AXij，Ayij)Δ Xij = Xj-XiΔ Yij = Yj-Yi(3)逐一將每條GPS三維基線向量的協方差轉換為平面二維基線向量的協方差；(4)以所有未知控制點的二維平面坐標、以及二維基線向量的旋轉、尺度參數 (da、k)為未知參數，以轉換的二維基線向量為觀測值、用轉換的二維基線向量的協方差定 權，進行二維基線向量網的平差處理，得到所有控制點的平面二維坐標(Xpyi)。依靠第二種方法得到的控制網二維平面坐標結果，與通過三維基線向量網平差處 理方法得到的結果比較，經驗證，有明顯差異，正確的結果為三維基線向量網平差處理方法 得出的結果。因此，現有的二維基線向量網平差處理方法限制了 GPS 二維平差的廣泛應用。

發明內容
為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種GPS測量二維基線向量網的平 差處理方法，使得二維平差結果與三維平差後通過坐標轉換得到的二維坐標結果是一致 的。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種GPS測量二維基線向量網的平 差處理方法，包括以下步驟
(1)以標準橢球為參考，計算工程橢球參數之長半軸a (2)從已知WGS-84坐標的起算點出發，使用解算出的三維基線向量(A)Cij, AYij, AZij),逐一連續推算出控制網中其他所有未知坐標點的WGS-84近似地心坐標(X°，Y°，Z°)；(3)逐一將每條GPS三維向量(A)Cij, AYij, Δ Zij)轉換為平面二維向量(AXiJ， Δ Yij)對於i、j兩點間的三維基線向量，其坐標增量為(A)Cij, AYij, Δ&ρ，以i點的已 知WGS-84三維地心坐標(HZi)或推算出的近似WGS-84三維地心坐標汰°，Yic^ ZicO為 起算，用坐標增量(A)Cij, AYij, AZlj)計算j點的坐標(X/1，Yj0, Zj0)；用工程橢球參數，分 別將i、j兩點的三維坐標轉換為工程橢球面的大地坐標ΦΛ Li0, Hi0)和(B/1，Lj0, Hj0)，以 及工程橢球對應的高斯平面坐標(χΛ Yi0) > (χ；, y；)；並取坐標差求得平面二維基線向量 (Axij, Ayij)；(4)逐一計算每條GPS三維基線向量轉換為平面二維基線向量的協方差；(5)以所有未知控制點的二維平面坐標為未知數，以轉換後的工程橢球高斯平面 上的GPS 二維基線向量為觀測值，用轉換後的二維協方差定權，進行工程橢球對應的高斯 平面上的二維基線向量網的平差處理，得到所有控制點的平面二維坐標(Xi、yi)。與現有技術相比，本發明的積極效果是通過對GPS數據處理模型進行分析，將 GPS三維基線向量轉換到工程獨立坐標系所屬的二維平面上的二維基線向量，進行平差處 理，使得二維平差結果與三維平差後通過坐標轉換得到的二維坐標結果一致，消除了兩種 方法處理結果的差異，為GPS 二維平差的廣泛應用奠定了基礎。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖
)中公開的任一特徵，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只 是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。一種GPS測量二維基線向量網的平差處理方法，具體步驟如下(1)以標準橢球為參考，計算工程橢球參數之長半軸a (2)從已知WGS-84坐標的起算點出發，使用解算出的三維基線向量(A)Cij, AYij, AZij),逐一連續推算出控制網中其他所有未知坐標點的WGS-84近似地心坐標(X°，Y°，Z°)；(3)逐一將每條GPS三維向量(A)Cij, AYij, Δ Zij)轉換為平面二維向量(Axij, Δ Yij)對於i、j兩點間的三維基線向量，其坐標增量為(A)Cij, AYij, Δ&ρ，以i點的已 知WGS-84三維地心坐標(HZi)或推算出的近似WGS-84三維地心坐標汰°，Yic^ ZicO為 起算，用坐標增量(A)Cij, AYij, AZlj)計算j點的坐標(X/1，Yj0, Zj0)；用工程橢球參數，分 別將i、j兩點的三維坐標轉換為工程橢球面的大地坐標ΦΛ Li0, Hi0)和(B/1，Lj0, Hj0)，以 及工程橢球對應的高斯平面坐標(χΛ Yi0) > (χ；, y；)；並取坐標差求得平面二維基線向量 (Axij, Ayij)Δ Xij = Xj-Xi
Δ Yij = Yj-Yi(4)逐一計算每條GPS三維基線向量轉換為平面二維基線向量的協方差；(5)以所有未知控制點的二維平面坐標為未知數，以轉換後的工程橢球高斯平面 上的GPS 二維基線向量為觀測值，用轉換後的二維協方差定權，進行工程橢球對應的高斯 平面上的二維基線向量網的平差處理，得到所有控制點的平面二維坐標(Xi、yi)。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1. 一種GPS測量二維基線向量網的平差處理方法，其特徵在於包括以下步驟(1)以標準橢球為參考，計算工程橢球參數之長半軸a:(2)從已知WGS-84坐標的起算點出發，使用解算出的三維基線向量(A)Cij,AYij, AZij),逐一連續推算出控制網中其他所有未知坐標點的WGS-84近似地心坐標(X°，Y°，Z°)；(3)逐一將每條GPS三維向量(A)Cij,AYij, Δ Zij)轉換為平面二維向量(Axij, Ayij) 對於i、j兩點間的三維基線向量，其坐標增量為(Δ)^.，AYij, Δ&」)，以i點的已知WGS-84三維地心坐標(HZi)或推算出的近似WGS-84三維地心坐標汰°，Yi^ ZicO為起 算，用坐標增量(A)Cij, AYij, AZlj)計算j點的坐標(X/1，Yj0, Zj0)；用工程橢球參數，分別 將i、j兩點的三維坐標轉換為工程橢球面的大地坐標仇°山°，印°)和(BjUj^H/1)，以及工 程橢球對應的高斯平面坐標(χΛΥ，、^/1^/1)；並取坐標差求得平面二維基線向量(Axi, J^yij)；(4)逐一計算每條GPS三維基線向量轉換為平面二維基線向量的協方差；(5)以所有未知控制點的二維平面坐標為未知數，以轉換後的工程橢球高斯平面上的 GPS 二維基線向量為觀測值，用轉換後的二維協方差定權，進行工程橢球對應的高斯平面上 的二維基線向量網的平差處理，得到所有控制點的平面二維坐標(Xi、yi)。
全文摘要
本發明公開了一種GPS測量二維基線向量網的平差處理方法將三維GPS基線向量連同其協方差轉換為工程獨立坐標系平面上的二維基線向量及其協方差；在平面基線向量網平差時，對二維平面基線向量施以平移、旋轉參數，一併平差，得出平差結果。本發明的積極效果是通過對GPS數據處理模型進行分析，將GPS三維基線向量轉換到工程獨立坐標系所屬的二維平面上的二維基線向量，進行平差處理，使得二維平差結果與三維平差後通過坐標轉換得到的二維坐標結果一致，消除了兩種方法處理結果的差異，為GPS二維平差的廣泛應用奠定了基礎。
文檔編號G01S19/01GK102043156SQ20091016788
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者卿三惠, 周適, 李學仕 申請人:中鐵二局股份有限公司