七參數(shù)的高程轉(zhuǎn)換精度的分析

1、七參數(shù)的高程轉(zhuǎn)換精度的分析康英平( 中石油工程設(shè)計(jì)有限公司青海分公司，甘肅 敦煌 736202)摘 要 gps 七參數(shù)轉(zhuǎn)換的高程精度到底是個(gè)什么概念? 本文首先談了 gps 測(cè)高和七參數(shù)的原理，然后根據(jù)三個(gè)實(shí)例分析了采用七參數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換的精度，得到結(jié)論: gps 七參數(shù)的高程轉(zhuǎn)換在一定 測(cè) 區(qū) 內(nèi) 可 以達(dá)到五等水準(zhǔn)的精度; 檢驗(yàn)合格后，gps 七參數(shù)轉(zhuǎn)換的高程數(shù)據(jù)可以滿足圖根控制精度的要求。關(guān)鍵詞 gps; 七參數(shù); 高程;中圖分類號(hào) p228. 4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼b文章編號(hào) 1007 3000( 2011) 04 3gps 測(cè)得坐標(biāo)成果是基于 wgs 84 坐 標(biāo) 系，工程上一般采用的是北京

2、54 坐標(biāo)，西安 80 坐標(biāo)或地方 獨(dú)立坐標(biāo)系，將 wgs 84 坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換到上述地 方坐標(biāo)系一直是測(cè)繪界研究的熱點(diǎn)問題。但 大 多 都 是關(guān)于平面轉(zhuǎn)換的問題的討論。本文擬討 論 七 參 數(shù) 轉(zhuǎn)換的高程 精 度，首先介紹七參數(shù)轉(zhuǎn)換和 gps 測(cè) 高 相關(guān)原理，然后通過三個(gè)實(shí)例分析 gps 七 參 數(shù) 的 高 程轉(zhuǎn)換精度，得出有用結(jié)論。1相關(guān)原理及概念1 1七參數(shù)gps 所得坐標(biāo)是基于 wgs 84 坐標(biāo)系，而 我 國(guó) 采用的是北京 54 坐標(biāo)系和西安坐標(biāo)系和最近才投入 使用的 2000 坐標(biāo)系。不論哪個(gè)，都要把 wgs 84 坐 標(biāo)系下的成果轉(zhuǎn)換到我國(guó)的坐標(biāo)系，都要用到四參數(shù) 或七參數(shù)進(jìn)行

3、轉(zhuǎn)換。四參數(shù)只涉及到平面 坐 標(biāo) 的 轉(zhuǎn) 換，七參 數(shù)不但包括平面坐標(biāo)還有高程的轉(zhuǎn)換。因 此，本文只討論七參數(shù)的相關(guān)內(nèi)容。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型有 多種，應(yīng)用最多的是七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，有布 爾 莎 模 型 和莫洛金斯基模型。下面是布爾莎模型的數(shù)學(xué)模型:bb1 y x z bb y ( 2 2)1x1 z iz bb xyt1 2gps 測(cè)高和 gps 高程絕對(duì)定位方面，由于含有高程異常的存在，使 得gps 大地高誤差非常大，西部地區(qū)甚至可達(dá)米級(jí)的誤差。不過，gps 測(cè)高的相對(duì)定位高程可達(dá) 2 3 微米對(duì)于 10km 以下的基線邊長(zhǎng)，可達(dá)幾個(gè)厘米。gps 測(cè)得的一般是基于 wgs 84 橢球的大 地 高，而

4、 我 國(guó) 采用的是基于克拉索夫斯基橢球的正常高。為 了 獲 得正常高，通常的做法是采用 gps 水準(zhǔn)的方法進(jìn)行高 程擬合，即 gps 網(wǎng)一定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)各個(gè)公共點(diǎn)的水準(zhǔn)高和大地 高 計(jì)算這些點(diǎn)的高程異常，然 后 根 據(jù) 各gps 點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程異常采用數(shù)值擬合的方法 擬合出該區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面，然后可計(jì)算各個(gè) gps點(diǎn)的高程異常，繼而可得各 gps 點(diǎn)的正常高。1 3gps 水準(zhǔn)的精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì) gps 水準(zhǔn) 精 度 的 評(píng) 定，應(yīng)采用在方法和精度 評(píng)價(jià)上更接近于常規(guī)幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方 法。在 進(jìn) 行b x0 x gps 水準(zhǔn)擬合時(shí)，通常只選取部分已知點(diǎn)作為擬合支 yb + y =mb )

5、r ( b ) r ( b ) r ( b )( 1+ z x 1x2y3z0 撐點(diǎn)參與擬 合 ( 求 定 模 型 參 數(shù) ) ，其他的已知點(diǎn)作為 b z0is檢核點(diǎn) 評(píng)價(jià)擬合曲面與區(qū)域似大地水 準(zhǔn) 面 的 逼 近程度。1 3 1 y ( 2 1) z 單位權(quán)中誤差測(cè)繪成果的重要精度指標(biāo)，也是擬合成果的重要精度之一。it和簡(jiǎn)化計(jì)算公式:1 3 2高程精度。內(nèi)符合精度也就是儀器標(biāo)定的 rtkb x0 x x yb y mb ) r y =+( 1+1 3 3外符合精度擬合成果與外部數(shù)據(jù)的 z z 0 符合程度。1 3 4b z0isit根據(jù)檢核點(diǎn)擬合殘差評(píng)定 gps 水準(zhǔn)的精度根據(jù)檢核點(diǎn)至已知點(diǎn)

6、 ( 支 撐 點(diǎn)) 的 距 離 l ( km)收稿日期2011 04 052 1) ，將殘差與限值比較，評(píng)定 gps 水準(zhǔn)的精度。表 2 1 等級(jí)水準(zhǔn)精度要求測(cè)區(qū)位于青海油田昆 北 油 區(qū)，南 接 昆 侖 山，北 臨昆北草原，地勢(shì) 平 坦，屬 于 戈 壁 平 攤。gps 和 水 準(zhǔn) 控 制網(wǎng) 控 制 面 積 25km2 ，是 由 8 個(gè) gps 網(wǎng) 點(diǎn) 組 成 gps 網(wǎng)，網(wǎng) 點(diǎn)布設(shè)示意圖見圖 2。采 用 6401 和 切 07、切09、大溝北 160 三個(gè)已知點(diǎn)對(duì) gps 網(wǎng)進(jìn)行約束，其中，6401 為一等三角點(diǎn); 切 07 為二等三角點(diǎn); 切 09 為三 等三角點(diǎn); 高程為四等水準(zhǔn)高。水準(zhǔn)

7、線路沿控制點(diǎn)布 設(shè)，等級(jí)為四等水準(zhǔn)，以 6401 為 起 始 點(diǎn)，沿 gh01，gh02，切 09，gh04，大 溝 北 160，gh03，以 切 07 為 閉合點(diǎn)，線路長(zhǎng)度 20km。采 用 和 實(shí) 例 1 同 樣 的 方 案 進(jìn) 行比較分析，以 6401、切 07、切 09、大溝北 160、gh01為參與擬合點(diǎn)，以 gh02、gh03、gh04 為 檢 核 點(diǎn) 進(jìn) 行檢核。得出采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換和擬合成果的 較 差 最 大 為 30 7mm，較差結(jié)果見表 2 所示。允許殘差( mm)等級(jí)普通幾何水準(zhǔn)測(cè)量 30 槡l2實(shí)驗(yàn)和分析下面系列實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)均在青海油田花土溝及周邊 地區(qū)，區(qū)域海拔 3000

8、米以上，屬于大陸荒漠區(qū)氣候類 型，風(fēng)多雨少、寒冷干燥、冬長(zhǎng)夏短，四季不分明、晝夜 溫差大是其主要特征，也是環(huán)境艱苦、制約 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 的重要 因 素。已知數(shù)據(jù)為柴達(dá)木盆地基準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)。 柴達(dá)木盆地基準(zhǔn)網(wǎng)是 2004 年青海油田和武漢大學(xué)合 作項(xiàng)目成果，目前是柴達(dá)木盆地主要的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。2 1實(shí)例 1測(cè)區(qū)覆蓋青海油田花 土 溝 基 地，測(cè) 區(qū) 地 勢(shì) 平 坦。測(cè)區(qū) gps 控制網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)示意圖見圖 1，網(wǎng)等 級(jí)為 gps 二級(jí)網(wǎng)，平均邊長(zhǎng) 500 多米，控制面積大概8 km2 。水準(zhǔn)線路沿控制點(diǎn)布設(shè)，為四等水準(zhǔn)閉合環(huán)， 已知點(diǎn)索格 19 為三等水準(zhǔn)點(diǎn)?！癱g”開 頭 的 編 號(hào) 為2004

9、 年布設(shè)的基地 c 級(jí)網(wǎng)成果，高程為三等水準(zhǔn)高。 實(shí)驗(yàn)采用位于測(cè)區(qū)中間的 cg02、和 邊 緣 的 cg03、 cg06 作 為 檢 核 點(diǎn)。 以在測(cè)區(qū)均勻分 布 的 cg01、 cg05、cg09、cg08、cg10 為擬合點(diǎn)，計(jì)算上述檢核點(diǎn) 的高程，然后以測(cè)區(qū)控制點(diǎn)都參與平差計(jì)算的七參數(shù) 為轉(zhuǎn)換參數(shù)，計(jì)算檢核點(diǎn)的高程。然后將上述兩種方 法的結(jié)果進(jìn)行比較分析。發(fā)現(xiàn)，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換和擬 合成 果的較差最大為 20 8mm，最 小 為 9 4mm，而 rtk 高程精度一般為 50mm，較差結(jié)果見表 1 所示。表 2 擬合成果和七參數(shù)轉(zhuǎn)換成果比較較差( mm)點(diǎn)號(hào)gh02gh03gh0420 43

10、0 723 12 3實(shí)例 3測(cè)區(qū)位于青海油田油砂山西側(cè)，南 接 嘎 斯 聯(lián) 合站，地勢(shì)中等，有 少 許 起 伏。gps 和水準(zhǔn)控制網(wǎng)控制 面積 40km2 ，是有 8 個(gè) gps 點(diǎn)組成網(wǎng)，其中，已知點(diǎn)有 三等三角點(diǎn)油砂山 10，二等三角點(diǎn)機(jī)場(chǎng)北，水準(zhǔn)點(diǎn)索 格 19，三等三角點(diǎn)公路右，水 準(zhǔn)等級(jí)布設(shè)為三等水 準(zhǔn)，水 準(zhǔn) 線 路 方 面，以 索 格 19 為 起 始 點(diǎn)，沿 gp04，gp02，公路右，gp01，油砂山 1，gp03，機(jī)場(chǎng)北，最后閉合到索格 19。同樣采用實(shí)例 1 方案進(jìn)行計(jì)算分析，得 出 采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換和擬合成果的較差最大為 806mm，較差結(jié)果見表 3 所示。表 3 擬合成果

11、和七參數(shù)轉(zhuǎn)換成果比較點(diǎn)號(hào)較差( mm)gp01gp02gp03gp04gp057 318 230 563 480 6圖 1 油砂山道路控制網(wǎng)的布設(shè)示意圖3結(jié)論表 1 擬合成果和七參數(shù)轉(zhuǎn)換成果比較實(shí)例 1 所示測(cè)區(qū)中控制點(diǎn)分布均勻，測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，區(qū)域面積小，較差相對(duì)較小。實(shí) 例 2 所 示 測(cè) 區(qū) 控 制分布較均勻，地勢(shì)起伏不大，但區(qū)域面積稍大。實(shí)例 3 中所示測(cè)區(qū)控制點(diǎn)分布也較均勻，但測(cè)區(qū)有少許地形起較差( mm)點(diǎn)號(hào)cg02cg03cg0610 29 420 8實(shí)例 1 中較差最大為 20 8mm，實(shí)例 2 中較差最大為 30 7mm，實(shí)例 3 中較差最大為 80 6mm，而 rtk 高程精

12、度一般為 50mm，顯然，實(shí)例 1 和實(shí)例 2，采 用 七參數(shù)轉(zhuǎn)換的高程達(dá)到高程擬合的精度，而實(shí)例 3 達(dá) 不到高程擬合精度的要求，可以得到結(jié)論: 在 一 定 測(cè) 區(qū)內(nèi)，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換的高程可以達(dá)到高程擬合的精 度，判斷一個(gè)七參數(shù)可以直接達(dá)到高程擬合的精度與 否，要進(jìn)行檢核后方能知道。出版社，20052 中華人民共和國(guó)建設(shè)部 工程測(cè)量m 北 京: 中 國(guó)計(jì)劃出版社，20073 李建平，康英平 花土溝 gps 控制網(wǎng)測(cè)繪技術(shù)總結(jié)報(bào)告r 敦煌: cpe 青海分公司 20104 康英平 gps 水準(zhǔn)擬合方法的比 較j 測(cè) 繪 工 程2010，19( 6) : 86 875 康英平 基于 matlab

13、 的 gps 水準(zhǔn)擬合方法的應(yīng)用及比較j 測(cè)繪與地理信息 2010 6; 123 127參考文獻(xiàn)1 張勤，李家權(quán) gps 測(cè)量原理及應(yīng)用m 北京: 科學(xué)analysis ofelevation got by sven parameterskang ying-ping( china petroleum engineering co ，ltd qinghai branch，gansu province，dunhuang，736202)abstract: what concept is gps seven parameters of conversion of elevation precision

14、 ? this paper first talked about height get bygps and the principle of seven parameter，then，analyzed the precision of elevation get by seven parameter，and give the con-clude that : the precision of elevation get by seven parameter can satisfy the five level and can do figure root measurementkeywords

15、: gps; seven parameter; elevation;全國(guó)第二十三屆海洋測(cè)繪綜合性學(xué)術(shù)研討會(huì)暨紀(jì)念海洋測(cè)繪創(chuàng)刊 30 周年大會(huì)召開中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)海洋測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)第二十三屆海洋測(cè)繪綜合性學(xué)術(shù)研討會(huì)暨紀(jì)念海洋測(cè)繪創(chuàng)刊 30 周 年大會(huì)于 2011 年 9 月 9 13 日在湖南省長(zhǎng)沙市召開。會(huì)議由海洋測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)和海洋測(cè)繪編輯部 主辦，由勞雷工業(yè)公司和美國(guó) caris 公司贊助。海洋測(cè) 繪專業(yè)委員會(huì)主任、海司航保部副部長(zhǎng)許春明致開幕 詞，總參測(cè)繪局處長(zhǎng)翟躍歡、海軍海洋測(cè)繪研究所政委 裴莘、勞雷工業(yè)公司副總經(jīng)理張勐寧分別致辭。海洋 測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)副主任、海軍海洋測(cè)繪研究所總工歐 陽(yáng)永

16、忠主持會(huì)議。來自國(guó)土資源部、交通運(yùn)輸部、水利 部、中科院、高等院校、軍隊(duì)、測(cè)繪儀器廠商和軍內(nèi)外期 刊出版界等系統(tǒng)的代表，共計(jì) 200 余人參加了會(huì)議。本次會(huì)議共征集到文學(xué)類作 品 6 篇、學(xué) 術(shù) 論 文193 篇，為歷屆之最。其中有 181 篇論文收錄本屆會(huì) 議論文集，有 20 余篇論文和新產(chǎn)品信息在大會(huì)上進(jìn) 行了交流。寧津生院士、朱建軍教 授、吳 美 平 教 授 等 著名專家作了專題學(xué)術(shù)報(bào)告。內(nèi)容涵蓋了 海 洋 重 力 測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、海洋大地測(cè) 量、海 洋 遙 感、海 洋 地形地貌、多 波 束 測(cè) 深、gps、gis、衛(wèi) 星 導(dǎo) 航、數(shù) 字 海 圖研制與生產(chǎn)、海洋水文、海洋測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范 以 及 測(cè)的理論研究、技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀及水平。會(huì)上還對(duì) 20 余位獲得“海洋測(cè)繪風(fēng)采 30 年暨勞雷caris 杯”優(yōu)秀論文作者進(jìn)行了頒獎(jiǎng)。其間還召開了第八屆海洋測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)第三 次全體委員會(huì) 議，40 余 位委員和代表共同研究和探 討了學(xué)會(huì)工 作 的 特 點(diǎn)、難點(diǎn)和要點(diǎn)以及下一步工作 方案。在研討會(huì) 同 時(shí)，還 召 開 了 紀(jì) 念海 洋 測(cè) 繪 創(chuàng) 刊30 周年座談