华测测深仪点校正的分析

1、上海华测导航技术有限公司讲师：徐纪洋 1. 各种坐标系统各种坐标系统2. 点校正点校正3. 重值当地坐标重值当地坐标4. RTK的精度的精度5. 任意架站的优势任意架站的优势目目 录录1各种坐标系统各种坐标系统 大地基准大地基准 高程基准高程基准 坐标转换和基准转换坐标转换和基准转换 投影投影1各种坐标系统各种坐标系统一、一、 大地基准大地基准 目前我国常用的坐标系统有：目前我国常用的坐标系统有： 1980西安坐标系西安坐标系(XIAN80) 1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54) WGS-84大地坐标系大地坐标系 新新1954年北京坐标系（新年北京坐标系（新54系）系） 2000国家大

2、地坐标国家大地坐标(CGCS2000) 独立坐标系（地方坐标系）独立坐标系（地方坐标系） 城建坐标系等等城建坐标系等等1、1980西安坐标系西安坐标系 开始定义为 “1980国家大地坐标系”。 1982 年，经天文大地网整体平差建立，全网共48433点。 属参心坐标系， IAG-75椭球（IAG国际大地测量学协会），长半轴 a=6378140m; 扁率 =1/298.257，原点在陕西省泾阳县。 椭球定位：椭球定位：1椭球短轴平行于地球地轴（由地球质心指向1968.0JYD方向）；2起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面；3椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。1各种坐标系统各种坐标系统

3、2、1954年北京坐标系年北京坐标系 50年代从前苏联引入（1942年普尔科夫坐标系），未进行整体平差，属参心坐标系, 克拉索夫斯基椭球体，长半轴 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。 主要缺点： 1长半轴约大了108m ； 2椭球定位西高东低，东部高程异常达67m； 3不同区域接边处大地点坐标差达12m。 1各种坐标系统各种坐标系统3、WGS-84大地坐标系大地坐标系 美国国防部研制确定的大地坐标系，Z轴指向BIH（国际时间局）1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向零子午面与CTP赤道交点，Y轴与X、 Z轴构成右手坐标系。 长半轴 a=63781

4、37m; 扁率 =1/298.257223563。 属地心坐标系，原点在地球质心。4、 CGCS2000 我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000,自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系。国家大地坐标系。 长半轴 a6378137m 扁率f1/298.2572221011各种坐标系统各种坐标系统5、新、新1954年北京坐标系（新年北京坐标系（新54系）系） 属于参心大地坐标系，椭球的几何参数同“54系”。 a=6378245m； =1/ 298.3 大地原点及椭球轴向同“

5、80系”； 高程基准面为1956年黄海平均高程面； 点的坐标与“54系”接近，精度同“80系” 。6、独立坐标系（地方坐标系）、独立坐标系（地方坐标系） 为了减少投影变形或满足保密需要，也可使用独立（地方）坐标系，坐标原点一般在测区或城区中部，投影面多为当地平均高程面当地平均高程面。1各种坐标系统各种坐标系统二、高程基准二、高程基准 1、1956年黄海高程系年黄海高程系 水准原点设在观象山，采用19501956年7年的验潮结果 计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.289m。 2、1985国家高程基准国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系，采用19521979年共28年的验潮结

6、果，并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正，计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.260m。1各种坐标系统各种坐标系统 在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统 。 大地高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。 高程系统高程系统 正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号H。

7、 正常高系统正常高系统是以似似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用HY ，我国采用似大地水准面。1各种坐标系统各种坐标系统大地水准面差距大地水准面差距，即大地水准面到参考椭球面的距离，记为 hg hg= H Hg高程异常高程异常，即似大地水准面到参考椭球面的距离，记为 = H - HY 高程系统高程系统1各种坐标系统各种坐标系统三、坐标系转换和基准转换三、坐标系转换和基准转换坐标系转换：坐标系转换： 指同一点，在相同基准下，从一个坐标系转换为另一坐标系的过程，如某一点从WGS84大地坐标系（经纬度坐标）转换为WGS84空间直角

8、坐标系（XYZ坐标）。实质上指的是同一点不同坐标的表达方式。基准转换：基准转换： 指两种坐标系由于采用不同椭球参数、定位、定向或者由于尺度设置不同等原因导致两种基准之间的变换。常见的就是参心坐标系与地心坐标系之间的转换。1各种坐标系统各种坐标系统1各种坐标系统各种坐标系统四、投影四、投影1、横轴墨卡托投影：、横轴墨卡托投影： 高斯-克吕格投影简称高斯投影，中国通用的一种投影方式。2、通用墨卡托投影简称、通用墨卡托投影简称UTM投影：投影： 前苏联及东欧一些国家也使用这一投影，美国、英国、日本、加拿大等 国，为使6度带内长度变形小于1%，采用通用横轴墨卡托投影，简称UTM投影。它同高斯-克吕格投

9、影的差别仅在于中央经线的长度比不是1，而是0.9996。UTM投影适用于全球北纬84度和南纬80度之间的地区1各种坐标系统各种坐标系统四、投影四、投影1各种坐标系统各种坐标系统四、投影四、投影 点校正点校正就是求出WGS-84和当地平面直角坐标系统之间的数学转换关系（转换参数）。 在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方（任意|当地）独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将WGS-84坐标转换到BJ-54坐标系或地方(任意)独立坐标系。点校正的含义点校正的含义2点校正点校正校正的命名：天宝软件叫工程校正，

10、其他软件叫参数求解等，各种软件叫法不同。把GPS坐标系统转换到我们的当地平面坐标系统包括基准转换、投影、 水平 & 垂直平差GPS点校正点校正WGS-84平面坐标系平面坐标系注注：此独立坐标系是以北京54椭球为参考椭球的坐标系统。2点校正点校正 1、（B、L）84（X、Y、Z）84，空间大地坐标到空间直角坐标的转换。 2、（X、Y、Z）84（X、Y、Z）54，坐标基准的转换，即Datum转换。通 常有三种转换方法：BursaWolf(布尔莎模型)七参数、简化三参数、 Molodensky莫洛金斯基 3、（X、Y、Z）54（B、L）54，空间直角坐标到空间大地坐标的转换。 4、（B、L）

11、54（x、y）54， 高斯(Gauss)投影正算。 5、 高斯坐标系转换为当地坐标系(独立坐标系)WGS84与当地坐标系与当地坐标系(北京北京54椭球椭球)的转换即参数转换的的转换即参数转换的,具体过程：具体过程：2点校正点校正 要使一个坐标系统和另一个坐标系统产生关系，需要一组具有这两套坐标系统下坐标的地面点。因此，就需要一组WGS-84坐标和一组当地平面坐标：北, 东和高程。WGS-84当地平面坐标 2点校正点校正2. 点校正点校正直接求直接求“四参数四参数+高程拟合高程拟合”；1. 利用现有参数，如：七参数、三参数利用现有参数，如：七参数、三参数 2点校正点校正WGS-84当地两个椭球间

12、的坐标转换一般而言比较严密的是用七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七 参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点；如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。七参数50平方公里以上，大到一个地区，一个市，如上海、北京等。3 参数7 参数1. 利用现有参数利用现有参数2点校正点校正1. 利用现有参数利用现有参数七参数七参数常州常州徐州徐州2点校正点校正1. 利用现有参数利用现有参数七参数的保密及应用：七参数的保密及应用：

13、2点校正点校正1、本身软件的加密2、特殊软件模块的加密3、网络远程转换4、通过差分数据同时播发（如RTCM3.1)5、七参数的通用性，比如其他厂家软件求的七参数注意事项： 上海上海VRS七参数七参数 一、坐标系统：一、坐标系统： 北京54坐标系统 R：6378245.000 1/e：298.3二、投影参数：二、投影参数： 中央子午线：121度28分1.7782秒 原点 0 Y加常数= 0 X 加常数= -3457140.589 三、七参数：三、七参数： X= 170.076 Y= 154.924 Z= 97.308 RX= 1.666408（秒） RY= 0.872624（秒） RZ= -8.

14、648183（秒） K= 0.99999814（其他软件）（中海达手簿测量软：0.00000186；华测测地通输入：1.86） 实际上这样得出的结果：10.99999814=0.000001861. 利用现有参数利用现有参数七参数的保密及应用：七参数的保密及应用： 2点校正点校正全国全国北京北京三参数三参数2点校正点校正坐标投影： 椭球参数(长半轴和扁率) 中央子午线 投影面如何求解中央子午线？ 3度带 L中= 3n 6度带 L中 = 6n-3 当地自定义中央子午线2点校正点校正2点校正点校正水平 & 垂直平差四参数高程拟合将高斯坐标系转换成当地坐标系，得到当地坐标 2点校正点校正一、

15、水平平差至少2个水平控制点 下面以5个点为例= GPS 观测值观测值= 控制点控制点2点校正点校正旋转旋转2点校正点校正平移平移2点校正点校正比例系数比例系数2点校正点校正校正后的结果包含了校正残差. 为了理解我们校正结果的好坏，我们需要理解这些残差的含义。残差残差残差：残差： 校正执行后的格网平面坐标和GPS坐标的差值。校正结果（水平残差）校正结果（水平残差）2点校正点校正 残差越小，说明校正的参数越精确残差越小，说明校正的参数越精确-GPS (WGS-84 co-ordinates)和当地平面坐标之间的相对关系越好。和当地平面坐标之间的相对关系越好。残差残差校正结果（水平残差）校正结果（水

16、平残差） 理想的残差应该小于理想的残差应该小于 20mm，残差将被均残差将被均匀的分布在各个校正点之间。匀的分布在各个校正点之间。 因此，我们最终坐标的最小精度应该因此，我们最终坐标的最小精度应该是：是： 标准标准RTK 测量的误差加上最大的校测量的误差加上最大的校正残差。正残差。2点校正点校正二、垂直平差二、垂直平差2点校正点校正二、垂直平差二、垂直平差椭球面椭球面似大地水准面似大地水准面地球表面地球表面HHYHHYHHYHHYHHY = H - HY = 高程异常高程异常2点校正点校正HYHH地球表面地球表面似大地水准面似大地水准面椭球面椭球面 = H - Hg HHYHY斜面或曲面斜面或

17、曲面二、垂直平差二、垂直平差2点校正点校正二、垂直平差二、垂直平差 高程处理的介绍；高程处理的介绍； 从理论上而言，平面坐标从理论上而言，平面坐标XY使用四使用四参数是最精确的方法，高程使用高程拟合是最精确的方法参数是最精确的方法，高程使用高程拟合是最精确的方法 。 所以，在参数转换中，用四参数转换平面坐标，用高程所以，在参数转换中，用四参数转换平面坐标，用高程拟合的方法转换高程是精度最好的方法。拟合的方法转换高程是精度最好的方法。 2点校正点校正1 1、加权均值法、加权均值法2 2、多项式曲线拟合、多项式曲线拟合3 3、多项式曲面拟合、多项式曲面拟合4 4、多面函数曲面拟合、多面函数曲面拟合

18、5 5、线性移动拟合法、线性移动拟合法6 6、神经网络法、神经网络法 高程拟合计算的方法：高程拟合计算的方法：其中其中GPS 水准利用水准利用多项式曲面拟合法多项式曲面拟合法应用最广。应用最广。2点校正点校正1单点的高程异常与坐标( x，y) 之间函数关系如下： = f ( x，y) + 其中, f ( x , y) 为中趋势值，似大地水准面；为模型误差2 当有多个点时， 写成矩阵形式如下： = XB+ f ( x , y) = a 0 + a 1 x + a 2 y + a 3 x2 + a 4 xy + a 5 y2 + 对于每个已知点， 在最小二乘准则条件下，解出各a i , 求出测区范

19、围内任何插值点的高程异常值，进而计算出GPS 点的正常高。 注：两个已知点以下即为加权平均；三个已知点以上六个已知点以下为平面拟合；六个已知点以上为曲面拟合。= f ( x，y) + 2点校正点校正2点校正点校正1对于平面：对于平面： 旋转为零，比例因子为1。2对于高程：对于高程： 相当于只加常数。2点校正点校正2点校正点校正在不知道当地坐标系统的旋转，比例因子情况下：单点校正： 1. 精度无法保障 2. 控制范围更无法确定 建议：尽量不要用这种方式。2点校正点校正2点校正点校正两点校正注意：两点校正注意： 1可求出选转，比例因子从而了解当地坐标系统的大体情况 2. 控制范围与两点的长度有关，

20、注意避免短边控制长边。 3注意比例因子至少在0.9999*至1.0000*之间，超过此数 值，精度容易出问题或者已知点有问题。 4如果控制点高程的精度可以全部参与校正。 5注意旋转的角度，一般都比较小，都在度以下，如果旋转 上百度，就要注意是不是已知点有问题2点校正点校正三点校正注意：三点校正注意：注：三个点做点校正，有水平残参，无垂直残差2点校正点校正四点校正注意：四点校正注意：注：四个点做点校正，即有水平残参，也有垂直残差。2点校正点校正H 似大地水准面似大地水准面斜面或曲面残差残差二、垂直平差（校正残差）二、垂直平差（校正残差）2点校正点校正校正点的选取校正点的选取 1. 尽量避免单点校

21、正,因为坐标系统中存在旋转,如果一定要用单点校正,一定要注意旋转大小,根据旋转大小,控制作业范围； 2. 注意控制范围,在一个测区要有足够的控制点,并避免短边控制长边； 3. 对于高程要特别注意控制点的线性分布(几个控制点分布在一条线上),特别是做线路工程，参与校正的高程点建议不要超过2个点（既在校正时，校正方法里不要超过两个点选垂直平差的）； 4. 注意坐标系统,中央子午线,投影面(特别是海拔比较高的地方),控制点与放样点是否是一个投影带； 5. 如果一个区域比较大,控制点比较多,要分区做校正,不要一个区域十几个点或更多的点全部参与校正； 6注意所有残差，不要超过2厘米以上，否则检查控制点是

22、否有误。2点校正点校正只有水平只有垂直水平和垂直线路测量如何去做？分段测量，分段校正2点校正点校正校正时：一般平面没有问题，但高程容易校正时：一般平面没有问题，但高程容易出现问题出现问题高程出现问题的高程出现问题的案例案例进行进行-点校正：点校正： 点击“测量”“点校正”“增加”，在“网格点名称”里选择一个已知点的当地平面坐标，点击“确定”，然后在“GPS点名称”里选择同一个已知点的经纬度坐标，点击“确定”，最后在“校正方法”里根据需要选择只有水平的校正或者水平和垂直的校正都应用，再点击“确定”即完成一个点的点校正，如果需要继续校正，重复这个步骤即可；所有的校正点都增加完毕以后，点击“计算”，

23、再点击“确定”这样整个点校正的操作就完成了 。2点校正点校正2点校正点校正注意：1、有人没有点计算；2、没有替换就退出去了；3、那个残参大那个点可能有问题；4、把x y 输反；5、新建任务会从坐标系管理库里调入上次点校正的参数；6、对于坐标对应错了；7、做点校正，经纬度坐标调入不进去；8、做CORS时主要如何点校正；9、其他厂家的校正参数是否可以拿过来用（如天宝等，但有时他的 参数给我们用不了原因是中央子午线）；10、有了七参数还需要不需要做点校正；11、客户不知道坐标系统（或者客户用常规测量仪器如全站仪等做 的控制点）时参数如何处理？12、输入的平面坐标带不带代号有没有实际意义，有没有影响？

24、13、做校正的点如何测更准确些？测多少秒或多少次？ 在每个测区进行测量和放样的工作有时需要几天甚至更长的时间，为了避免每天都重复进行点校正工作或者每次架在已知点上对中整平比较麻烦，而采取任意架设基准站或者自启动任意架设基准站或者自启动，可以在每天开始测量工作以前先做一下重设当地坐标的工作，进行整体平移 。3. 重设当地坐标重设当地坐标任意架设基准站或自启动时任意架设基准站或自启动时校正模型 为了架设基准站更加方便快捷,或者选择更加合适的地方架站,而采用任意架设设基准站(点此处)或着自启动,就算在同一个位置,基准站坐标正好相差单点定位离散度的差值,一般15米以内;所以重设时,重设此基准站下面的那

25、一个控制点都可以.坐标差3. 重设当地坐标重设当地坐标 在“文件”“元素管理器”“点管理器”里找到要被重设的点的名字，选重此点，并点击下方的“细节”，再点击下面的“重置当地坐标” ， 是点击“重置当地坐标”右面的按键，在点管理器里找到此点之前输入真实坐标的，选种并点击“确定”，最后再点一次确定即可 ，并注意检查坐标是否重设上或匹配上。重设当地坐标的操作重设当地坐标的操作 注注: 重设当地坐标,只是本基站下面的数据发生变化,其他基站或已知点下面的数据不变,如果同一基站下重设多次,以最后重设的为最终结果.3. 重设当地坐标重设当地坐标3. 重设当地坐标重设当地坐标1、CORS情况下用不用做重设当地

26、坐标? 自己架设的长时间应用的站行不行？2、什么情况下没有重设上去？3、没有重设对于放样会不要影响？我们华测测地通点校正和重设当地坐标的优点：1、先校正后校正边测边校正都可以；2、事后可以修改坐标系统等；3、重设当地坐标方便 RTK标称精度：标称精度： 水平为1cm+1ppmD 高程为2cm+1ppmD，其中（D为基站与流动站的距离，单位为km)，随着距 离的增大精度会不断增大） 转换参数：转换参数： 对于作点校正求出的是：四参数+高程拟合，对于校正点本身的精度，点的分布情校正点本身的精度，点的分布情 况，以及采用的拟合方式况，以及采用的拟合方式尤为重要，直接关系到成果的可靠性，而点的分布点的

27、分布又是重中之重特别是对于高程的影响。 人为误差：人为误差： 人为的扶杆，对中误差 仪器的稳定性：仪器的稳定性： 接收机定位的稳定性，采用主板的性能（包括算法等）观测数据的置信度RTK精度实际精度精度实际精度 = RTK标称精度 + 转换参数+人为误差4. RTK精度精度5. 任意架站的优势任意架站的优势 任意架设基站意义：任意架设基站意义： 基站可根据需要任意架设在不同位置，可以在空旷的位置，可以在相对地势比较高的位置，或者是离测区或控制点比较近的位置，不需要严格对中整平，只要把基站固定即可，移动站通过做点校正或者是“重置当地坐标”，然后进行测量。 以往的情况是：基站任意假设，测完各个控制点后做完点校正，下次再在这个区域测量就把基站架设在已知点上，用已知点启动基站，移动站就可以直接测量了，不需要任何设置。 缺点是每次基站要架在已知点上；必须严格对中整平；如果控制点环境不好，架设基站非常麻烦；如果控制点离测区相对较远也比较麻烦，需要专人看管；同时要求量取仪器高，也存在误差等等，鉴于这些问题华测公司根据需求设计了“自启动基站”和“重设当地坐标”等专利技术。5. 任意架站的优势任意架站的优势 自启动基准站自启动基准站 任意架站时，启动基站时一般用手簿启动，也就是用