魏立峰
(1.秦皇岛市城市规划管理信息中心,河北 秦皇岛 066001)
HBCORS在城市测量中的应用
魏立峰1
(1.秦皇岛市城市规划管理信息中心,河北 秦皇岛 066001)
主要介绍了求解适合研究区域的从HBCORS坐标系统到地方坐标系统转换参数的方法,为HBCORS在研究区域的应用提供更好的精度支持,以达到充分利用HBCORS优势为城市测量服务的目的。
HBCORS;坐标转换参数;城市测量;地方坐标系
连续运行参考站(CORS)相关技术的发展、应用与研究,是测绘地理信息界研究的热点之一,同时也是GNSS定位技术的应用热点之一。CORS是一种将GNSS导航定位技术、测绘地理信息技术、现代通信技术、计算机技术等多种技术集成的实用性分布式网络系统。它不仅能够提供动态、连续、高精度的空间定位信息服务,还通过GNSS技术建立了统一、连续的空间坐标基准框架,是地理空间信息获取、处理、共享的基础,也是城市、地区和国家不可或缺的空间信息基础设施之一。河北省连续运行参考站(HBCORS)系统在河北省域范围内通过网络RTK技术可实时为用户提供cm级高精度的2000国家大地坐标系下的大地坐标,但由于历史原因河北很多地区坐标系仍在使用1980西安坐标系和1954北京坐标系,不能直接使用2000国家大地坐标系下的测量成果。若要利用HBCORS系统提供的实时高精度定位服务,就必须将HBCORS系统测量成果转换为地方坐标系测量成果。本文以秦皇岛地区为例,利用数学模型实现了2000国家大地坐标系与地方坐标系的转换,从而利用HBCORS系统快速获取了地方坐标系下的测量成果。
1.1 GPS网和地面网之间的坐标转换模型
不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换,不同基准间的转换方法有很多,两个空间直角坐标系之间的坐标转换模型常用的有布尔莎模型、莫洛金斯模型和范士模型等,布尔莎模型更适合GPS网间坐标转换。本文着重讨论采用布尔莎模型进行GPS网与地面网之间的坐标转换,设点P在原坐标系中的坐标为(Xi', Yi', Zi'),转换后在新坐标系中的坐标为(Xi, Yi, Zi),根据布尔莎模型则有:
式中,X0、Y0、Z0为3个平移参数;εX、εY、εZ为3个旋转角参数; k为尺度参数;即布尔莎模型7个参数。
若两个坐标系之间的7个转换参数未知,可利用在两个坐标系中均已知坐标数据的重合点求取转换参数。求取转换参数至少需要3个以上在两个三维坐标系中均已知精确坐标的重合点;当重合点较多时,可对转换参数作最小二乘估算。
1.2 坐标转换参数求取
目前秦皇岛市规划部门在城市规划和城市建设中主要使用1954北京坐标系,中央子午线为120°,为了获得HBCORS系统下的实时1954北京坐标系坐标,必须先求取2000国家大地坐标系与1954北京坐标系的转换参数。秦皇岛地区有一批2003年施测的三等GNSS点的1954北京坐标系平面坐标,其精度满足坐标系转换精度要求,可选取其中部分GNSS点联测2000国家大地坐标系坐标,再利用布尔莎模型求取两 个坐标系之间的转换参数。本文以秦皇岛经济技术开发区为实验区进行参数求解,区域面积约110 km2。施测方案为:选择秦皇岛经济技术开发区的5个C级点(图1),平均边长约为5 km,采用三等GNSS静态观测联测其2000国家大地坐标系坐标。观测要求为:卫星高度角≥15°,有效观测同类卫星数≥4颗,平均重复设站数≥2,时段长度≥60 min,数据采样间隔为15 s,PDOP值<6。
根据联测成果,采用式(1)求取了该区域布尔莎模型的7个转换参数,其公共点平面坐标点位残差最大值为 0.15 cm,平面坐标点位中误差为±0.12 cm。
图1 开发区坐标转换参数计算点分布图
为了进一步验证参数的可靠性和精度,选取测区内均匀分布的12个三等GNSS控制点作为检核点,将已求取的7个参数输入观测手薄,在HBCORS系统的网络RTK定位服务下,按照一级GNSS RTK控制点测量技术要求对检核点进行测量,可实时获得检测点的1954北京坐标系平面坐标,将所测得的平面坐标与原坐标进行比较分析,如表1所示。
表1 参数检核分析表/m
精度评定模型为:
式中,n为参与计算分析点的个数。
由表1、式(2)计算得到测区检核点平面坐标点位中误差为: ms=±1.9 cm 。
由以上分析可知,通过转换参数,利用HBCORS系统的网络定位服务进行GNSS RTK测量的精度满足CJJ/T 73-2010《卫星定位城市测量技术规范》要求:一级GNSS RTK控制点点位中误差(绝对值)≤5 cm。
实践研究表明,根据高精度GNSS静态观测成果,通过布尔莎模型求取了2000国家大地坐标系与1954北京坐标系的转换参数,利用该参数可在HBCORS系统RTK定位服务下快速获得点位的地方坐标系坐标,其精度能满足一级GNSS RTK平面测量精度要求,解决了HBCORS系统测量成果不能直接应用于城市测量的问题。HBCORS系统RTK测量技术与传统架设基站的RTK测量技术相比,HBCORS系统具有精度高、可靠性强的优势,省去传统RTK架设基站的工作环节,节省了人员设备,扩大了作业活动范围,大幅提高了工作效率,在城市测量领域具有广阔的应用前景和研究价值。
[1]CJJ/T 8-2011.城市测量规范[S].
[2]GB/T 18314-2009.全球定位系统(GPS)测量规范[S].
[3]CJJ/T 73-2010.卫星定位城市测量技术规范[S].
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P228.4
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1672-4623(2017)07-0021-02
10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.006
魏立峰,高级工程师,注册测绘师,主要从事城市测量及地理信息系统研究工作。
2016-04-07。