WGS-84三维无约束平差坐标在GPS测量中的运用

1、WGS-8轩差坐标在GPSM量中的运用韶关市国土资源信息中心郭建华摘要：本文基于GPSffi对定位和坐标转换原理，针对 GPSg量中的WGS-84T本地坐 标系转换参数的选择进行研究，结合实际测量工作，介绍 WGS-8样差坐标在实际测 量过程运用，提高工作效率的作业方法。关键词：WGS-8祁标系，网平差，坐标转换，RTKAbstract: Based on GPS relative positioning and coordinate conversion mechanism for GPS measurements in WGS-84 coordinate system with the l

2、ocal transformation parameters of selection, in combination with the actual measurements, introduced Adjustment WGS-84:oordinates the use of the actual measurement process, improve efficient way of operating.Key words: WGS-84 coordinate system, network adjustment, coordinate transformation,RTK1. 引言全

3、球定位系统（GPS技术的出现，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特 点被广泛应用到测绘及其他领域，大大的提高了测绘工作的效率，减轻了测绘工作者 的外业劳动强度。由于GP强统是一个全球性的定位和导航系统，其坐标也是全球性的。目前 GPS测量所使用的协议地球坐标系成果WGS-84世界大地坐标系（WorldGeodetic System）,所有的GPSM量成果都是基于 WGS-84标系的，包括单点定位 的坐标以及相对定位中解算的基线向量。实际使用的测量成果往往是届于某一国家坐 标系或地方坐标系，实地坐标系与 WGS-84标系之间一般存在着平移和旋转的关系， 深入了解WGS-8祁标将对GPSW量有很

4、大的促进作用，能提高 GPS勺工作效率。2. WGS-84标获取GPSM量首先是要获取点位的坐标位置，由于绝对定位（也称单点定位）的结果 受到卫星星历误差、卫星钟的钟差、以及卫星信号传播过程中大气延迟误差的影响较 为显著，定位精度一般较差，通常在10米左右，获取精确的WGS-84*心坐标一般有 两种方法。第一种是联测附近的IGS跟踪站，通过长时间静态观测，获取基线向量，然后使 用IGS跟踪站的精确 WGS-84®标进行三维约束平差，获取当地点的高精度WGS-84坐标。这种方法需要使用高精度的GPSS线解算软件和网平差软件，计算的工作量也 非常大。第二种是通过单机长时间观测，采用精密单

5、点定位软件利用事后精密星历解算出 精确的WGS-84标，也需要特殊的软件和大量的计算工作。3. 相对定位对丁 GP邱通用户很难得到精确的 WGS8坐标，常规的GPSM量一般使用相对定 位的方式测量各点间的相对位置关系，确定同步跟踪相同的GPSE星信号的若干台接 收机之间的相对位置的定位方法称为相对定位。采用相对定位获取WGS-8邨标的流程如下：通过静态观测可以获得 GP眼收机之间的GPSS线向量,GPSS线向量表示了各 测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPSS线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度届性， 而GPSS线向量则具有长度、水 平方位和垂直方位等三

6、项届性。GPS8线向量是GPSW步观测的直接结果，也是进行 GPS»平差，获取最终点位的观测值。GP酮平差就是从解算出的基线向量中挑选独立基线构成闭合图形，以三维基线向 量及其相应的方差-协方差阵作为观测信息，进行 GPS网的最小约束平差或无约束平 差，求得GP酮点在 WGS-8妙标系下的三维平差坐标。由丁 GPS£线向量中已包含了在 WGS-8隹标系中的尺度和三维坐标轴的指向信息， 以此为观测值作GP酮平差的误差方程秩亏数仅为 3,只要固定GP酮位置基准点上 的由已知点给出三维坐标，即增加三个位置基准条件，就能获得网中各点的三维坐标 的最小二乘解。常规GPSM量中三维无约

7、束平差一般选取控制网中一个长时间单点定 位获得的WGS-8妙标作为参考点，通过GPSS线向量提供网的方位基准和尺度基准， 推算其他点的 WGS-8邨标，然后确定整个网相对的 WGS-8祁标。GPSS线向量网的 平差，除了可以解求出待定点的坐标以外， 还可以发现和剔除GPSS线向量观测值和 地面观测中的粗差，消除由丁各种类型的误差而引起的矛盾，并评定观测成果的精度。基丁基准站的相对定位，也能获得相对精度厘米级的 WGS-8祁标，如RTKM量， 相当丁由单基线组成的星型网。4. WGS-8祁标的应用由丁常规GPSW量是基丁相对定位模式的，获得的WGS8坐标成果是某一时刻的 相对网中某一点的位置，无

8、法获取准确的固定的 WGS-8祁标，这就使得为获取当地 坐标而计算的坐标转换关系也是不固定的。实际上GPSW量的相对精度是非常高的，静态相对定位达到毫米级，动态相对定 位达到厘米级。不同时刻的观测结果或者采用不同的网型进行观测计算，相对位置的变化是很小的，可以认为仅仅是计算的误差。GPS测量获得的坐标都是基于 WGS-84参考框架的，具有相同的坐标基准，不同的是坐标原点有所偏移，在相同坐标基准下 的转换是准确而严密的，不同时刻采用不同的网平差方式获得的WGS-84标之间只存在一个简单的平移，旋转量可以看做是计算产生的微小误差，可忽略不计。即 Xa = Xb +/ XYa = Yb +/ Y在一

9、定范围内只需要一个 WGS8坐标控制点即可求出偏移的常数，也就是只要先 进行一次平移，就可以建立基于某一个点的相对固定的 WGS-84标系统，固定某一 个地方的坐标转换参数。这种方法应用在RTg量中将大大提高GPSW量的作业效率，不再需要通过野外 采集多个控制点进行坐标转换的过程。 实际的操作也非常简单：第一步搜集控制点的 WGS-84标和地方坐标，计算坐标转换关系，若已经建立了坐标转换关系，通过当 地坐标可以反算 WGS-8邳标；第二步在控制点上架设 RTK基准站，输入控制点的 WGS-8砰标，若手簿中已有了坐标转换参数，可以直接输入地方坐标；第三步检测1 个控制点，开始RTK作业。5. 应

10、用实例一：单基站与网络 RTK的简单并网广东省建立了全省的连续运行卫星定位系统（GDCORS,由于在韶关地区基站分 布较少，平均距离超过50公里，下午电离层活跃，采用全省整网计算的改正信息很 难收敛，固定比较困难，需要采用常规的 RTKf式进行联合作业。GDCORSE正常使用的时段，精度高、覆盖区域广，为了方便日常使用，我们先 通过联测GPS-D级点，建立了韶关市区的基于 COR酵考站网的 WGS-8祁标与1980 西安坐标系的转换关系，输入手簿中。在GDCORS常使用时段，可以在测区选择合适的地方布设 23个图根点，按照 网络RTK的观测要求观测，再经过事后数据处理获取点位的 WGS-8祁标

11、，这样获得 的坐标相对于COR参考站网是固定的，而且是厘米级精度的。架设RTK时，采用手工输入坐标的方法输入 WGS-8祁标，这样就把基于 RTK参 考站的星型网与COR参考站网统一起来，使用已经求得的转换关系进行坐标转换就 能得到所需的地方坐标了。为了检验这种作业方法的精度和可靠性，我们利用拓普康CR-3天线配备GRS-1手簿，连接GDCORS行了 24小时的长时间观测，每60秒记录一个坐标数据，通过筛选处理，得到一个固定站的 WGS-8祁标，利用这个坐标设置 RTKX准站，基准站 设备为拓普康CR-3双星扼流圈天线和Gb-500双频双星GNSS收机，RTK流动站为 Topcon GRS-1

12、双频双星接收机，COR眺标检测使用彳来卡1250型双频GPSft收机。坐 标检查情况如下:点号RTK实测坐标（而cor敢测坐标（m较差（cm）XY高程XY高程/ X/ Y/ HWX*54.743*57.99693.621*54.751*57.99393.614-0.80.30.7JSD*16.685*15.024121.944*16.673*15.028121.9401.2-0.40.4G27*50.360*66.925110.457*50.353*66.928110.4420.7-0.31.5G40*86.462*77.44293.098*86.465*77.44493.114-0.3-0.

13、2-1.6G36*94.146*61.85658.584*94.149*61.85158.599-0.30.5-1.5G37*50.086*60.47352.381*50.047*60.47952.4013.9-0.6-2.0G04*72.931*11.89176.497*72.949*11.88976.469-1.80.22.8G07*85.741*95.56871.421*85.771*95.55871.412-3.01.00.8G09*29.376*63.04967.585*29.379*63.04167.581-0.30.80.4G42*90.525*57.19985.432*90.5

14、24*57.20785.4180.1-0.81.4G22*33.923*46.35589.825*33.918*46.36789.8430.5-1.2-1.8G12*95.156*19.46883.806*95.154*19.46883.8000.20.00.6G14*95.518*36.705103.247*95.499*36.707103.2361.9-0.21.1G05*94.349*04.82667.867*94.352*04.82867.830-0.3-0.23.7点位较差中误差2.4cm,大部分点位较差小丁 2cm通过统计分析可以看出，RTK 实测的坐标精度与CORSS本一致，满足

15、常规测量的需要。6. 应用实例二：竣工测量坐标系恢复某乡镇土地整理竣工测量，测区面积约2平方公里，因为施工，原有的控制点已 基本被破坏，经过实地踏勘，原来布设的 5个GPS成，仅存一个E6,位丁测区中一 户居民楼顶。利用RTK作业模式，采用 WGS-8祁标相对固定的方法，我们可恢复原 有的控制网，避免重复投入。使用过程分三步。首先，收集原有的GPSff差成果，地形测量时采用中海达GPSffi行观测，计算软 件为HDS2003在平差报告中找到自由网平差坐标。如下图：£2-4自由网平猝怵序号点名纯度 OMN；引蛭匿(DrlrS)点位中误差中谩控悟中演差W中谩茬向100E22-4:16!5

16、5. 375STHLI43OL:3T-<99B37E0.0111-0。庭fll 003'00E407034H"硕叔 03333E旺订境0.01210.00:28D. 0054Ou 0 LOE324; LT; 19.胡2哺NlUiiWsi. 5ID47E0.01270.0IMS0.BD3Sm惜q00E62<J:LT'1O. M3BSWH4.iflli.iM. 11236E3 2il.8?250.01120. 0G5L0. 0043o.oogfEioaMTTrici.TOffliI2X0&53CL 0094O.OOrM(j,.0(X82£C-

17、PS1efisrni158. 12SL0. M660.0. OOL§OrOMO7GPSC网些典90144Nii.33 5?2&5.-Qi199IE0.0066U. 0C 20a'no220. 0S5S然后找到控制网经过二维约束平差和高程拟合得到的1980西安坐标系成果，利用自由网平差坐标和西安80坐标，在软件中计算坐标转换参数，建立两坐标系的转 换关系，将计算得到的参数直接输入手簿。坐标转换残差如下：系藐B 系坐标 北坐标|平面CF) |商程平面+高程E1F邮70 0120Q0.WO3Q 0123E?0.0001-0.01200 0120-0. 00030 0120E

18、40 0041o.oaorr0 00420. CTO0,叫42ES-0.0016-0.00340 003B-0.00030.0033E6a ocoio. aazr0 002T0.00020. 0027第三步，在RT5准站上进行 WGS-8祁标平移。在E6点上设置基准站时，采用 手工输入基准站坐标的方法，输入自由网平差中得到的WGS-84纬度坐标。这样就建立了测区相对丁基准站固定的 WGS-8祁标系统，也固定了该测区 WGS-8祁标与 1980西安坐标系的转换参数。利用 RTK实测图根控制点检测原图上存在的房角等固 定地物，点位误差均在10cm以内。经过检测说明基丁 E6基准站和内业计算的坐标转 换参数建立的坐标系统与地形测量时的坐标系统是一致的，这样就恢复了原有的控制 网，避免了在控制测量上的浪