華測測深儀點校正的分析

上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司

講師：徐紀(jì)洋校正參數(shù)的分析十1.各種坐標(biāo)系統(tǒng)2.點校正3.重值當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)4.RTK的精度5.任意架站的優(yōu)勢目錄1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)●大地基準(zhǔn)●

高程基準(zhǔn)●坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換●投影1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)一、大地基準(zhǔn)

目前我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有：

1980西安坐標(biāo)系(XIAN80)

1954年北京坐標(biāo)系(BJ54)

WGS-84大地坐標(biāo)系

新1954年北京坐標(biāo)系（新54系）2000國家大地坐標(biāo)(CGCS2000)獨立坐標(biāo)系（地方坐標(biāo)系）

城建坐標(biāo)系等等1、1980西安坐標(biāo)系開始定義為“1980國家大地坐標(biāo)系”。1982年，經(jīng)天文大地網(wǎng)整體平差建立，全網(wǎng)共48433點。屬參心坐標(biāo)系，

IAG-75橢球（IAG—國際大地測量學(xué)協(xié)會），長半軸

a=6378140m;扁率α=1/298.257，原點在陜西省涇陽縣。

橢球定位：1．橢球短軸平行于地球地軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD方向）；2．起始子午面平行于格林威治天文臺平均子午面；3．橢球面與似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)密合得最佳。1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)2、1954年北京坐標(biāo)系50年代從前蘇聯(lián)引入（1942年普爾科夫坐標(biāo)系），未進行整體平差，屬參心坐標(biāo)系,

克拉索夫斯基橢球體，長半軸a=6378245m;扁率α=1/298.3。原點在普爾科夫天文臺。主要缺點：1．長半軸約大了108m；2．橢球定位西高東低，東部高程異常達67m；3．不同區(qū)域接邊處大地點坐標(biāo)差達1～2m。

1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)3、WGS-84大地坐標(biāo)系美國國防部研制確定的大地坐標(biāo)系，Z軸指向BIH（國際時間局）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向零子午面與CTP赤道交點，Y軸與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。長半軸

a=6378137m;扁率α=1/298.257223563。屬地心坐標(biāo)系，原點在地球質(zhì)心。4、

CGCS2000

我國當(dāng)前最新的國家大地坐標(biāo)系，英文名稱為ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，英文縮寫為CGCS2000,自2008年7月1日起，中國將全面啟用2000國家大地坐標(biāo)系。

長半軸a＝6378137m扁率f＝1/298.2572221011．各種坐標(biāo)系統(tǒng)5、新1954年北京坐標(biāo)系（新54系）

屬于參心大地坐標(biāo)系，橢球的幾何參數(shù)同“54系”。

a=6378245m；α=1/298.3

大地原點及橢球軸向同“80系”；高程基準(zhǔn)面為1956年黃海平均高程面；點的坐標(biāo)與“54系”接近，精度同“80系”

。6、獨立坐標(biāo)系（地方坐標(biāo)系）為了減少投影變形或滿足保密需要，也可使用獨立（地方）坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點一般在測區(qū)或城區(qū)中部，投影面多為當(dāng)?shù)仄骄叱堂妗?．各種坐標(biāo)系統(tǒng)二、高程基準(zhǔn)1、1956年黃海高程系

水準(zhǔn)原點設(shè)在觀象山，采用1950～1956年7年的驗潮結(jié)果計算的黃海平均海水面，推得水準(zhǔn)原點高程為72.289m。2、1985國家高程基準(zhǔn)

水準(zhǔn)原點同1956年黃海高程系，采用1952～1979年共28年的驗潮結(jié)果，并顧及了海平面18.6年的周期變化及重力異常改正，計算的黃海平均海水面，推得水準(zhǔn)原點高程為72.260m。1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)在測量中常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。

大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的大地高是該點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。

高程系統(tǒng)正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離，正高用符號Hɡ。正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離，正常高用HY

，我國采用似大地水準(zhǔn)面。1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)大地水準(zhǔn)面差距，即大地水準(zhǔn)面到參考橢球面的距離，記為hg

hg=H–Hg高程異常，即似大地水準(zhǔn)面到參考橢球面的距離，記為ξξ=H-HY

高程系統(tǒng)1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)三、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：

指同一點，在相同基準(zhǔn)下，從一個坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為另一坐標(biāo)系的過程，如某一點從WGS84大地坐標(biāo)系（經(jīng)緯度坐標(biāo)）轉(zhuǎn)換為WGS84空間直角坐標(biāo)系（XYZ坐標(biāo)）。實質(zhì)上指的是同一點不同坐標(biāo)的表達方式。基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換：

指兩種坐標(biāo)系由于采用不同橢球參數(shù)、定位、定向或者由于尺度設(shè)置不同等原因?qū)е聝煞N基準(zhǔn)之間的變換。常見的就是參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)四、投影1、橫軸墨卡托投影：高斯-克呂格投影簡稱高斯投影，中國通用的一種投影方式。2、通用墨卡托投影簡稱UTM投影：前蘇聯(lián)及東歐一些國家也使用這一投影，美國、英國、日本、加拿大等國，為使6度帶內(nèi)長度變形小于1%，采用通用橫軸墨卡托投影，簡稱UTM投影。它同高斯-克呂格投影的差別僅在于中央經(jīng)線的長度比不是1，而是0.9996。UTM投影適用于全球北緯84度和南緯80度之間的地區(qū)1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)四、投影1．各種坐標(biāo)系統(tǒng)四、投影

點校正就是求出WGS-84和當(dāng)?shù)仄矫嬷苯亲鴺?biāo)系統(tǒng)之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系（轉(zhuǎn)換參數(shù)）。

在工程應(yīng)用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù),而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標(biāo)系或是地方（任意|當(dāng)?shù)兀┆毩⒆鴺?biāo)系為基礎(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標(biāo)系或地方(任意)獨立坐標(biāo)系。點校正的含義2．點校正校正的命名：天寶軟件叫工程校正，其他軟件叫參數(shù)求解等，各種軟件叫法不同。把GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到我們的當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)系統(tǒng)包括基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、投影、水平

&垂直平差GPS點校正WGS-84平面坐標(biāo)系注：此獨立坐標(biāo)系是以北京54橢球為參考橢球的坐標(biāo)系統(tǒng)。2．點校正

1、（B、L）84——（X、Y、Z）84，空間大地坐標(biāo)到空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

2、（X、Y、Z）84——（X、Y、Z）54，坐標(biāo)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，即Datum轉(zhuǎn)換。通常有三種轉(zhuǎn)換方法：Bursa–Wolf(布爾莎模型)七參數(shù)、簡化三參數(shù)、

Molodensky莫洛金斯基

3、（X、Y、Z）54——（B、L）54，空間直角坐標(biāo)到空間大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

4、（B、L）54——（x、y）54，高斯(Gauss)投影正算。

5、高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系(獨立坐標(biāo)系)WGS84與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系(北京54橢球)的轉(zhuǎn)換即參數(shù)轉(zhuǎn)換的,具體過程：2．點校正要使一個坐標(biāo)系統(tǒng)和另一個坐標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)系，需要一組具有這兩套坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)的地面點。因此，就需要一組WGS-84坐標(biāo)和一組當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)：北,東和高程。WGS-84當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)

2．點校正2.點校正——直接求“四參數(shù)+高程擬合”；1.利用現(xiàn)有參數(shù)，如：七參數(shù)、三參數(shù)

2．點校正WGS-84當(dāng)?shù)貎蓚€橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。要求得七參數(shù)就需要在一個地區(qū)需要3個以上的已知點；如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點間的距離不大于30Km(經(jīng)驗值)，這可以用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。七參數(shù)50平方公里以上，大到一個地區(qū)，一個市，如上海、北京等。3參數(shù)7參數(shù)1.利用現(xiàn)有參數(shù)2．點校正1.利用現(xiàn)有參數(shù)七參數(shù)常州徐州2．點校正1.利用現(xiàn)有參數(shù)七參數(shù)的保密及應(yīng)用：2．點校正1、本身軟件的加密2、特殊軟件模塊的加密3、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換4、通過差分?jǐn)?shù)據(jù)同時播發(fā)（如RTCM3.1)5、七參數(shù)的通用性，比如其他廠家軟件求的七參數(shù)注意事項：上海VRS七參數(shù)一、坐標(biāo)系統(tǒng)：北京54坐標(biāo)系統(tǒng)R：6378245.0001/e：298.3二、投影參數(shù)：中央子午線：121度28分1.7782秒原點0Y加常數(shù)=0X加常數(shù)=-3457140.589三、七參數(shù)：△X=170.076△Y=154.924△Z=97.308RX=1.666408（秒）RY=0.872624（秒）RZ=-8.648183（秒）K=0.99999814（其他軟件）（中海達手簿測量軟：0.00000186；華測測地通輸入：1.86）實際上這樣得出的結(jié)果：1—0.99999814=0.000001861.利用現(xiàn)有參數(shù)七參數(shù)的保密及應(yīng)用：2．點校正全國北京三參數(shù)2．點校正坐標(biāo)投影：◆

橢球參數(shù)(長半軸和扁率)◆

中央子午線◆

投影面如何求解中央子午線？

3度帶L中=

3n

6度帶L中=

6n-3

當(dāng)?shù)刈远x中央子午線2．點校正2．點校正水平

&垂直平差四參數(shù)＋高程擬合將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系，得到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)2．點校正一、水平平差至少2個水平控制點下面以5個點為例=GPS觀測值=控制點2．點校正旋轉(zhuǎn)2．點校正平移2．點校正比例系數(shù)2．點校正校正后的結(jié)果包含了校正殘差.為了理解我們校正結(jié)果的好壞，我們需要理解這些殘差的含義。殘差殘差：

校正執(zhí)行后的格網(wǎng)平面坐標(biāo)和GPS坐標(biāo)的差值。校正結(jié)果（水平殘差）2．點校正

殘差越小，說明校正的參數(shù)越精確--GPS(WGS-84co-ordinates)和當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)之間的相對關(guān)系越好。殘差校正結(jié)果（水平殘差）理想的殘差應(yīng)該小于20mm，殘差將被均勻的分布在各個校正點之間。因此，我們最終坐標(biāo)的最小精度應(yīng)該是：標(biāo)準(zhǔn)RTK測量的誤差加上最大的校正殘差。2．點校正二、垂直平差2．點校正二、垂直平差橢球面似大地水準(zhǔn)面地球表面HHYξ斜面或曲面HHYξHHYξHHYξHHYξξ=H-HY

ξ=高程異常2．點校正ξξξHYHH地球表面似大地水準(zhǔn)面橢球面ξ=H-Hg

HHYHY斜面或曲面二、垂直平差2．點校正二、垂直平差

高程處理的介紹；從理論上而言，平面坐標(biāo)XY使用四參數(shù)是最精確的方法，高程使用高程擬合是最精確的方法

。所以，在參數(shù)轉(zhuǎn)換中，用四參數(shù)轉(zhuǎn)換平面坐標(biāo)，用高程擬合的方法轉(zhuǎn)換高程是精度最好的方法。

2．點校正1、加權(quán)均值法2、多項式曲線擬合3、多項式曲面擬合4、多面函數(shù)曲面擬合5、線性移動擬合法6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法……

高程擬合計算的方法：其中GPS水準(zhǔn)利用多項式曲面擬合法應(yīng)用最廣。2．點校正1．單點的高程異常ξ與坐標(biāo)(x，y)之間函數(shù)關(guān)系如下：ξ=f(x，y)+ε

其中,f(x,y)為ξ中趨勢值，似大地水準(zhǔn)面；ε為模型誤差2．當(dāng)有多個點時，寫成矩陣形式如下：ξ=XB+ε

f(x,y)=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+?對于每個已知點，在最小二乘準(zhǔn)則條件下，解出各ai

,求出測區(qū)范圍內(nèi)任何插值點的高程異常值ξ，進而計算出GPS點的正常高。

注：兩個已知點以下即為加權(quán)平均；三個已知點以上六個已知點以下為平面擬合；六個已知點以上為曲面擬合。多項式曲面擬合法數(shù)據(jù)模型：

ξ=f(x，y)+ε

2．點校正大地水準(zhǔn)面模型：2．點校正單點校正：1．對于平面：旋轉(zhuǎn)為零，比例因子為1。2．對于高程：相當(dāng)于只加常數(shù)。點校正水平平差垂直平差2．點校正控制點單點校正：2．點校正單點校正注意：

在不知道當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，比例因子情況下：單點校正：

1.精度無法保障

2.控制范圍更無法確定建議：盡量不要用這種方式。2．點校正兩點校正：點校正水平平差垂直平差可求出旋轉(zhuǎn)，比例因子，各殘差都為零。2．點校正兩點校正注意：1．可求出選轉(zhuǎn)，比例因子

-從而了解當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的大體情況

2.控制范圍與兩點的長度有關(guān)，注意避免短邊控制長邊。

3．注意比例因子至少在0.9999***至1.0000****之間，超過此數(shù)值，精度容易出問題或者已知點有問題。

4．如果控制點高程的精度可以全部參與校正。

5．注意旋轉(zhuǎn)的角度，一般都比較小，都在度以下，如果旋轉(zhuǎn)上百度，就要注意是不是已知點有問題2．點校正三點校正注意：注：三個點做點校正，有水平殘參，無垂直殘差2．點校正四點校正注意：注：四個點做點校正，即有水平殘參，也有垂直殘差。2．點校正H似大地水準(zhǔn)面斜面或曲面殘差二、垂直平差（校正殘差）2．點校正校正點的選取

1.盡量避免單點校正,因為坐標(biāo)系統(tǒng)中存在旋轉(zhuǎn),如果一定要用單點校正,一定要注意旋轉(zhuǎn)大小,根據(jù)旋轉(zhuǎn)大小,控制作業(yè)范圍；

2.注意控制范圍,在一個測區(qū)要有足夠的控制點,并避免短邊控制長邊；★

3.對于高程要特別注意控制點的線性分布(幾個控制點分布在一條線上),特別是做線路工程，參與校正的高程點建議不要超過2個點（既在校正時，校正方法里不要超過兩個點選垂直平差的）；

4.注意坐標(biāo)系統(tǒng),中央子午線,投影面(特別是海拔比較高的地方),控制點與放樣點是否是一個投影帶；

5.如果一個區(qū)域比較大,控制點比較多,要分區(qū)做校正,不要一個區(qū)域十幾個點或更多的點全部參與校正；

6．注意所有殘差，不要超過2厘米以上，否則檢查控制點是否有誤。2．點校正只有水平只有垂直水平和垂直▲●▲▲●●●▲●▲線路測量如何去做？——分段測量，分段校正2．點校正校正時：一般平面沒有問題，但高程容易出現(xiàn)問題——高程出現(xiàn)問題的案例進行-點校正：

點擊“測量”→“點校正”→“增加”，在“網(wǎng)格點名稱”里選擇一個已知點的當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)，點擊“確定”，然后在“GPS點名稱”里選擇同一個已知點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，點擊“確定”，最后在“校正方法”里根據(jù)需要選擇只有水平的校正或者水平和垂直的校正都應(yīng)用，再點擊“確定”即完成一個點的點校正，如果需要繼續(xù)校正，重復(fù)這個步驟即可；所有的校正點都增加完畢以后，點擊“計算”，再點擊“確定”這樣整個點校正的操作就完成了。2．點校正2．點校正注意：1、有人沒有點計算；2、沒有替換就退出去了；3、那個殘參大那個點可能有問題；4、把xy輸反；5、新建任務(wù)會從坐標(biāo)系管理庫里調(diào)入上次點校正的參數(shù)；6、對于坐標(biāo)對應(yīng)錯了；7、做點校正，經(jīng)緯度坐標(biāo)調(diào)入不進去；8、做CORS時主要如何點校正；9、其他廠家的校正參數(shù)是否可以拿過來用（如天寶等，但有時他的

參數(shù)給我們用不了原因是——中央子午線）；10、有了七參數(shù)還需要不需要做點校正；11、客戶不知道坐標(biāo)系統(tǒng)（或者客戶用常規(guī)測量儀器如全站儀等做

的控制點）時參數(shù)如何處理？12、輸入的平面坐標(biāo)帶不帶代號有沒有實際意義，有沒有影響？13、做校正的點如何測更準(zhǔn)確些？測多少秒或多少次？在每個測區(qū)進行測量和放樣的工作有時需要幾天甚至更長的時間，為了避免每天都重復(fù)進行點校正工作或者每次架在已知點上對中整平比較麻煩，而采取任意架設(shè)基準(zhǔn)站或者自啟動，可以在每天開始測量工作以前先做一下重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的工作，進行整體平移。3.重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)任意架設(shè)基準(zhǔn)站或自啟動時校正模型為了架設(shè)基準(zhǔn)站更加方便快捷,或者選擇更加合適的地方架站,而采用任意架設(shè)設(shè)基準(zhǔn)站(點此處)或著自啟動,就算在同一個位置,基準(zhǔn)站坐標(biāo)正好相差單點定位離散度的差值,一般15米以內(nèi);所以重設(shè)時,重設(shè)此基準(zhǔn)站下面的那一個控制點都可以.坐標(biāo)差3.重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)在“文件”→“元素管理器”→“點管理器”里找到要被重設(shè)的點的名字，選重此點，并點擊下方的“細(xì)節(jié)”，再點擊下面的“重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)”，是點擊“重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)”右面的按鍵，在點管理器里找到此點之前輸入真實坐標(biāo)的，選種并點擊“確定”，最后再點一次確定即可，并注意檢查坐標(biāo)是否重設(shè)上或匹配上。重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的操作注:

重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),只是本基站下面的數(shù)據(jù)發(fā)生變化,其他基站或已知點下面的數(shù)據(jù)不變,如果同一基站下重設(shè)多次,以最后重設(shè)的為最終結(jié)果.3.重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)3.重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)1、CORS情況下用不用做重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)?——自己架設(shè)的長時間應(yīng)用的站行不行？2、什么情況下沒有重設(shè)上去？3、沒有重設(shè)對于放樣會不要影響？我們?nèi)A測測地通點校正和重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的優(yōu)點：1、先校正后校正邊測邊校正都可以；2、事后可以修改坐標(biāo)系統(tǒng)等；3、重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)方便◆

RTK標(biāo)稱精度：

水平為1cm+1ppm·D

高程為2cm+1ppm·D，其中（D為基站與流動站的距離，單位為km)，隨著距離的增大精度會不斷增大）◆

轉(zhuǎn)換參數(shù)：

對于作點校正求出的是：四參數(shù)+高程擬合，對于校正點本身的精度，點的分布情況，以及采用的擬合方式尤為重要，直接關(guān)系到成果的可靠性，而點的分布又是重中之重特別是對于高程的影響?！?/p>

人為誤差：人為的扶桿，對中誤差◆儀器的穩(wěn)定性：

接收機定位的穩(wěn)定性，采用主板的性能（包括算法等）觀測數(shù)據(jù)的置信度RTK精度實際精度

=RTK標(biāo)稱精度+

轉(zhuǎn)換參數(shù)+人為誤差4.RTK精度5.任意架站的優(yōu)勢任意架設(shè)基站意義：基站可根據(jù)需要任意架設(shè)在不同位置，可以在空曠的位置，可以在相對地勢比較高的位置，或者是離測區(qū)或控制點比較近的位置，不需要嚴(yán)格對中整平，只要把基