各种坐标系统

四、点校正1.各种坐标系统2.点校正3.重值当地坐标4.RTK的精度5.任意架站的优势点校正1.各种主要坐标系统WGS84北京54西安80长半轴637813763782456378140扁率257223563.298/13.298/1257.298/1常用的坐标系统1、1980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α=1/298.257，原点在陕西省泾阳县。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2、1954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α=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1～2m。1．各种坐标系统3、WGS-84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=6378137m;扁率α=1/298.257223563。属地心坐标系，原点在地球质心。1．各种坐标系统4、新1954年北京坐标系（新54系）属于参心大地坐标系，椭球的几何参数同“54系”。a=6378245m；α=1/298.3大地原点及椭球轴向同“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”。5、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。1．各种坐标系统高程基准1、1956年黄海高程系水准原点设在观象山，采用1950～1956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国家高程基准水准原点同1956年黄海高程系，采用1952～1979年共28年的验潮结果，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Hɡ。正常高系统是以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．各种坐标系统大地水准面差距，即大地水准面到参考椭球面的距离，记为hghg=H–Hg高程异常，即似大地水准面到参考椭球面的距离，记为ξξ=H-HY高程系统1．各种坐标系统点校正就是求出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2．点校正•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WGS-84平面坐标系注：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：Bursa–Wolf(布尔莎模型)七参数、简化三参数、Molodensky3、（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）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(北京54椭球)的转换即参数转换的,具体过程：2．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2.点校正——直接求“四参数+高程拟合”；1.利用现有参数，如：七参数、三参数2．点校正WGS-84当地两个椭球间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2．点校正1.利用现有参数七参数czxz2．点校正全国北京三参数2．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=3n6度带L中=6n-3当地自定义中央子午线2．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．点校正一、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=控制点2．点校正旋转2．点校正平移2．点校正比例系数2．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：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）2．点校正残差越小，说明校正的参数越精确--GPS(WGS-84co-ordinates)和当地平面坐标之间的相对关系越好。校正结果（水平残差）理想的残差应该小于20mm，残差将被均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是：标准RTK测量的误差加上最大的校正残差。2．点校正二、垂直平差2．点校正二、垂直平差椭球面似大地水准面地球表面HHYξ斜面或曲面HHYξHHYξHHYξHHYξξ=H-HYξ=高程异常2．点校正ξξξHYHHξ=H-HgHHYHY斜面或曲面二、垂直平差2．点校正二、垂直平差高程处理的介绍；从理论上而言，平面坐标XY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。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。2．点校正1、加权均值法2、多项式曲线拟合3、多项式曲面拟合4、多面函数曲面拟合5、线性移动拟合法6、神经网络法……高程拟合计算的方法：其中GPS水准利用多项式曲面拟合法应用最广。2．点校正1．单点的高程异常ξ与坐标(x，y)之间函数关系如下：ξ=f(x，y)+ε其中,f(x,y)为ξ中趋势值，似大地水准面；ε为模型误差2．当有多个点时，写成矩阵形式如下：ξ=XB+εf(x,y)=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+⋯对于每个已知点，在最小二乘准则条件下，解出各ai,求出测区范围内任何插值点的高程异常值ξ，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。多项式曲面拟合法数据模型：ξ=f(x，y)+ε2．点校正大地水准面模型：2．点校正单点校正：1．对于平面：旋转为零，比例因子为1。2．对于高程：相当于只加常数。点校正水平平差垂直平差2．点校正控制点单点校正：2．点校正单点校正注意：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．点校正两点校正：点校正水平平差垂直平差可求出旋转，比例因子，各残差都为零。2．点校正两点校正注意：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，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H二、垂直平差（校正残差）2．点校正校正点的选取1.尽量避免单点校正,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，否则检查控制点是否有误。2．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．点校正进行-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”，再点击“确定”这样整个点校正的操作就完成了。2．点校正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，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一个控制点都可以.坐标差3.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◆RTK标称精度：水平为1cm+1ppm·D高程为2cm+1ppm·D，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：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，而点的分布又是重中之重特别是对于高程的影