gps數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)　 院： </p><p>　　專業(yè)年級(jí)： 工程測(cè)量技術(shù) </p><p>　　題 目：

2、 GPS數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS衛(wèi)星定位技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，GPS技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了測(cè)繪行業(yè)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。GPS測(cè)量在大范圍高精度控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立中起到了

3、越來越重要的作用，已逐漸取代了傳統(tǒng)的三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量建立控制網(wǎng)的方法，GPS在工程測(cè)量、地形圖測(cè)繪等方面也得到了充分的應(yīng)用。為了實(shí)際應(yīng)用，GPS測(cè)量成果需轉(zhuǎn)換為工程坐標(biāo)系(或國(guó)家坐標(biāo)系)、正常高系統(tǒng)成果。</p><p>　　GPS測(cè)量成果是WGS-84空間直角坐標(biāo)或大地坐標(biāo)，而我國(guó)在工程實(shí)際中使用的是工程坐標(biāo)(地方坐標(biāo))或北京54坐標(biāo)、西安80坐標(biāo)和正常高，因而GPS測(cè)量成果需經(jīng)轉(zhuǎn)換才能在工程實(shí)際中使用。&l

4、t;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)討論了GPS聯(lián)合解算的方法，GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)格式是RINX格式。通過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，可以方便的進(jìn)行GPS聯(lián)合作業(yè)。在設(shè)計(jì)中講述了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程擬合的常用模型和方法，推導(dǎo)出了其詳細(xì)的求解方法，用Matlab編寫了幾種常用模型的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程擬合程序，利用程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到的結(jié)果符合精度要求。</p><p>　　此外，論文還對(duì)不同GPS數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行

5、了結(jié)果比較。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，高程擬合，坐標(biāo)系統(tǒng)，格式轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p>　　

6、第一章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1課題的目的和意義- 1 -</p><p>　　1.2 GPS的發(fā)展及其在測(cè)繪中的應(yīng)用- 1 -</p><p>　　1.3 GPS數(shù)據(jù)處理的研究現(xiàn)狀- 2 -</p><p>　　1.4 課題預(yù)期的目標(biāo)- 3 -</p><p>　　第二章 GPS測(cè)量常

7、用坐標(biāo)系統(tǒng)及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換- 4 -</p><p>　　2.1 GPS測(cè)量常用坐標(biāo)系統(tǒng)- 4 -</p><p>　　2.1.1我國(guó)常用的參心坐標(biāo)系- 4 -</p><p>　　2.1.2 常用的地球質(zhì)心坐標(biāo)系- 5 -</p><p>　　2.1.3 地方獨(dú)立坐標(biāo)系- 5 -</p><p>　　2.2 坐

8、標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)- 5 -</p><p>　　2.2.1 大地坐標(biāo)與三維直角坐標(biāo)之間的換算- 5 -</p><p>　　2.2.2 不同空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換(七參數(shù)法)- 7 -</p><p>　　2.2.3 不同高斯平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(四參數(shù)法)- 8 -</p><p>　　2.3 WGS84坐標(biāo)系和深圳獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

9、- 9 -</p><p>　　2.4 GPS高程擬合方法- 10 -</p><p>　　2.4.1平面擬合法- 10 -</p><p>　　2.4.2 二次曲面擬合- 11 -</p><p>　　2.4.3 多項(xiàng)式曲面擬合法- 11 -</p><p>　　2.5 菏澤龍固測(cè)區(qū)高程擬合- 12 -&

10、lt;/p><p>　　第三章 GPS數(shù)據(jù)處理- 15 -</p><p>　　3.1 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理- 15 -</p><p>　　3.1.1 基線解算的類型- 15 -</p><p>　　3.1.2 基線解算結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)- 15 -</p><p>　　3.1.3 影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的幾個(gè)主要因

11、素及應(yīng)對(duì)方法- 17 -</p><p>　　3.1.4 網(wǎng)平差的類型及作用- 18 -</p><p>　　3.2 學(xué)校測(cè)區(qū)GPS基線解算- 19 -</p><p>　　第四章GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理- 21 -</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的原理- 21 -</p><p>　　4.1.1 數(shù)據(jù)

12、格式轉(zhuǎn)換的原理- 21 -</p><p>　　4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換- 22 -</p><p>　　4.1.3 GPS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式- 22 -</p><p>　　4.2 GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與解算- 23 -</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換- 23 -</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)解算

13、- 24 -</p><p>　　4.3 菏澤同三鐵礦GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合處理- 25 -</p><p>　　第五章 GPS數(shù)據(jù)處理程序開發(fā)- 28 -</p><p>　　5.1平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序開發(fā)- 28 -</p><p>　　5.2高程轉(zhuǎn)換程序開發(fā)- 30 -</p><p>　　5.3 高斯鄰帶換算程序

14、開發(fā)- 33 -</p><p>　　結(jié) 論- 36 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 37 -</p><p>　　致 謝- 39 -</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1課題的目的和意義</p><p>　　GP

15、S技術(shù)的全方位發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量方法。由于GPS測(cè)量的種種優(yōu)點(diǎn)，GPS 定位技術(shù)現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測(cè)量手段成為了主要的技術(shù)手段。為了實(shí)際應(yīng)用，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)成果應(yīng)轉(zhuǎn)換成本地坐標(biāo)系，這種轉(zhuǎn)換愈來愈得到廣大工程技術(shù)人員的關(guān)注。為此，本次設(shè)計(jì)將對(duì)GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論、方法、轉(zhuǎn)換程序開發(fā)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足GPS測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需求。</p><p>　　此外市面上出現(xiàn)了很多品牌的GPS測(cè)量?jī)x器，這時(shí)由于

16、各GPS接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一 ,引起GPS數(shù)據(jù)處理軟件的不通用 ,為用戶的使用帶來了困難 ,同時(shí)也為GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設(shè)置了障礙。因此 ,研究GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換日趨必要。</p><p>　　本文的研究?jī)?nèi)容和研究成果對(duì)保證工程GPS基線成果質(zhì)量、提高工程GPS測(cè)量效率等方面有較強(qiáng)的實(shí)用意義和一定的指導(dǎo)參考意義。</p><p>　　1.2 GPS的發(fā)展及

17、其在測(cè)繪中的應(yīng)用</p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是從20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍開始聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng):NAVSTAR/GPS，即Navigation Satellite Timing And Ranging/GlobalPositioning System，意思為導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)測(cè)距/全球定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)研

18、制和生產(chǎn)作業(yè)三個(gè)階段。1978年2月22日，第一顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功;1989年2月14日，第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，GPS系統(tǒng)進(jìn)入了生產(chǎn)作業(yè)階段;1994年3月10日，24顆工作衛(wèi)星全部進(jìn)入預(yù)定軌道，系統(tǒng)全面投入正常運(yùn)行。經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位的能力。</p><p>　　GPS系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，

19、GPS以其全球連續(xù)覆蓋、全天候工作、觀測(cè)簡(jiǎn)便、定位精度高、觀測(cè)點(diǎn)之間無須通視、測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴。GPS廣泛地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、、海洋測(cè)量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等諸多領(lǐng)域。GPS系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致了導(dǎo)航和測(cè)繪行業(yè)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。</p><

20、p>　　GPS定位技術(shù)以其精度高、速度快、費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量。我國(guó)利用GPS技術(shù)建立起了高精度的國(guó)家A, B級(jí)GPS網(wǎng)，平差后A級(jí)網(wǎng)的點(diǎn)位精度達(dá)厘米級(jí)，邊長(zhǎng)相對(duì)精度達(dá)3×10-9; B級(jí)網(wǎng)的點(diǎn)位地心坐標(biāo)精度達(dá)土0. IM，基線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差達(dá)2x10-8,高程分量中誤差為3x10-8; A, B級(jí)GPS網(wǎng)己成為我國(guó)現(xiàn)代大地測(cè)量和基礎(chǔ)測(cè)繪的基本框架，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。</p

21、><p>　　1.3 GPS數(shù)據(jù)處理的研究現(xiàn)狀</p><p>　　GPS測(cè)量以其固有的優(yōu)良特性在測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，使測(cè)量外業(yè)工作變得簡(jiǎn)單和輕松，免除了常規(guī)測(cè)量工作中為滿足通視要求而選點(diǎn)造標(biāo)的麻煩，觀測(cè)更是只需安置儀器、量天線高和開關(guān)機(jī)即可，其余工作則由儀器自動(dòng)完成， 實(shí)現(xiàn)了智能化觀測(cè)。</p><p>　　在測(cè)量中，為了保證測(cè)量精度，獲取最適合應(yīng)用的測(cè)量數(shù)據(jù)，就

22、對(duì)數(shù)據(jù)處理過程有了更高的要求。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)，GPS定位成果屬于WGS-84地心大地坐標(biāo)系,致使將GPS地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成本地坐標(biāo)的方法愈來愈得到廣大工程技術(shù)人員的關(guān)注。工程應(yīng)用中經(jīng)常需要在不同坐標(biāo)系之間進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲取不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，特別是西安80-WGS84-北京54三種坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換更是經(jīng)常被生產(chǎn)需求。</p><p>　　為了實(shí)際應(yīng)用，GPS測(cè)量

23、成果需轉(zhuǎn)換為工程坐標(biāo)系(或國(guó)家坐標(biāo)系)、正常高系統(tǒng)成果。傳統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型有布爾沙一沃爾夫、高斯投影正算、平面相似變換等模型。張項(xiàng)鐸等提出利用全球大地水準(zhǔn)面推算平移參數(shù)，將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國(guó)家坐標(biāo)的方法;姜晨光等提出了三向尺度參數(shù)和二向尺度參數(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型和三維分離回歸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法;余學(xué)祥等對(duì)GPS網(wǎng)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評(píng)定問題進(jìn)行了研究;沈云中等提出了固定轉(zhuǎn)換參數(shù)的基線向量與地面己知數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差與轉(zhuǎn)換模型;吳兆福等應(yīng)用BP

24、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;陳強(qiáng)對(duì)PE-90, WGS-84及BEJ54之間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的算法進(jìn)行了研究。</p><p>　　在高程擬合方面，熊永良等研究了顧及地形起伏影響的GPS正常高求解方法;沈?qū)W標(biāo)研究了己知點(diǎn)數(shù)量、精度和位置對(duì)擬合精度的影響；尹獻(xiàn)德等提出用系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法推求高程異常;沙月進(jìn)研究了用最小二乘配置法擬合GPS高程;胡伍生等研究了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換GPS高程,沈云中等研究了利用水準(zhǔn)高程和高差擬合GPS點(diǎn)高

25、程模型;張興福等研究了GPS高程異常擬合精度的估算方法；邱斌等研究了加權(quán)平均擬合最佳權(quán)函數(shù)選取。在高程擬合系統(tǒng)方面，聶桂根、劉紅新等進(jìn)行了開發(fā)和研究。</p><p>　　此外，由于GPS測(cè)量的種種優(yōu)點(diǎn)，GPS 定位技術(shù)現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測(cè)量手段成為了主要的技術(shù)手段，市面上出現(xiàn)了很多品牌的GPS測(cè)量?jī)x器，這時(shí)由于各GPS接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一 ,引起GPS數(shù)據(jù)處理軟件的不通用 ,為用戶的使用帶來了困難 ,同

26、時(shí)也為GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設(shè)置了障礙。因此 ,研究GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換日趨必要。</p><p>　　1.4 課題預(yù)期的目標(biāo)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)利用南方GPS接收機(jī)，拓普康GPS接收機(jī)，天寶的GPS接收機(jī)，及各個(gè)接收機(jī)所對(duì)應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件。GPS接收機(jī)的功能及軟件的功能都差不多，數(shù)據(jù)處理的流程都相似。學(xué)?，F(xiàn)有國(guó)家三四等控制點(diǎn)，坐標(biāo)已知，便于設(shè)計(jì)方案

27、實(shí)施后的檢核。數(shù)據(jù)處理也可以用不同的軟件進(jìn)行處理，比較結(jié)果。</p><p><b>　　預(yù)期目標(biāo)：</b></p><p>　　1、通過對(duì)不同的GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行比較，得到不同GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度。</p><p>　　2、不同GPS數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的獲得的結(jié)果進(jìn)行精度比較</p><p>　　3、不同格式、

28、不同時(shí)間GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理。</p><p>　　4、GPS數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)，軟件開發(fā)是基于matlab平臺(tái)。</p><p>　　第二章 GPS測(cè)量常用坐標(biāo)系統(tǒng)及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換</p><p>　　2.1 GPS測(cè)量常用坐標(biāo)系統(tǒng)</p><p>　　2.1.1我國(guó)常用的參心坐標(biāo)系</p><p>　　我國(guó)常用的參心坐

29、標(biāo)系有1954北京坐標(biāo)系和1980國(guó)家大地坐標(biāo)系。</p><p>　　1） 1954北京坐標(biāo)系</p><p>　　1954北京坐標(biāo)系是由前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系傳遞而來的。當(dāng)時(shí)總參測(cè)繪局在有關(guān)方面的建議與支持下，先將我國(guó)的一等鎖與前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相聯(lián)，然后以聯(lián)接處呼瑪、吉拉林、東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端的蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國(guó)東北及東部地區(qū)一等鎖，這樣將傳

30、來的坐標(biāo)系定名為1954北京坐標(biāo)系。</p><p>　　1954北京坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)：長(zhǎng)半軸：a=6 378 245m 、扁率f=1：298．3。可進(jìn)一步求出：短半軸：b=6 356 863．018 77m。</p><p>　　嚴(yán)格來說，有1954北京坐標(biāo)系和新1954北京坐標(biāo)系兩種。這兩種坐標(biāo)系有兩個(gè)明顯的區(qū)別：其一是坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)軸的定向明確；其二是整體平差轉(zhuǎn)換值結(jié)果。

31、</p><p>　　對(duì)高斯平面坐標(biāo)來說，兩者坐標(biāo)差值在全國(guó)約80％地區(qū)在5m以內(nèi)，超過5m的主要集中在東北地區(qū)，其中大于10m又僅在少數(shù)邊沿地區(qū)，最大達(dá)12．9m。這個(gè)差值一般并沒有超過以往資用坐標(biāo)與平差坐標(biāo)之差的范圍。因此，反映在1：5萬及更小比例尺的地形圖上，絕大部分不超過0．1mm。</p><p>　　2） 1980國(guó)家大地坐標(biāo)系</p><p>　　為了

32、適應(yīng)大地測(cè)量發(fā)展的需要，我國(guó)于1978年決定建立我國(guó)新的坐標(biāo)系，即1980年西安大地坐標(biāo)系。</p><p>　　該坐標(biāo)系采用的地球橢球基本參數(shù)包括幾何參數(shù)和物理參數(shù)，共計(jì)四個(gè)，并選用1975年國(guó)際大地測(cè)量學(xué)會(huì)推薦的數(shù)值：</p><p>　　地球橢球長(zhǎng)半徑 a=6378140m ,</p><p>　　地心引力常數(shù) GM=3.986005*/ ,</p>

33、;<p>　　地球重力場(chǎng)二階帶球協(xié)系數(shù) =1.08263* ,</p><p>　　地球自轉(zhuǎn)角速度 w=7.292115*rad/s ，</p><p>　　根據(jù)物理大地測(cè)量學(xué)中的有關(guān)公式，可由上述四個(gè)參數(shù)算得：</p><p>　　地球橢球扁率 =1/298.257</p><p>　　赤道的正常重力值 =9.78032m/

34、。</p><p>　　該橢球在定位時(shí)滿足下列三個(gè)條件：</p><p>　　1、橢球短軸平行于地球地心指向地極原點(diǎn)GYD1968.0的方向；</p><p>　　2、大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)的子午面；</p><p>　　3、橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合。</p><p>　　2.1.2 常用

35、的地球質(zhì)心坐標(biāo)系</p><p>　　WGS 84坐標(biāo)系是一個(gè)協(xié)議地球坐標(biāo)系，它的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，z軸指向國(guó)際時(shí)間局1984年定義的協(xié)議地球極點(diǎn)方向， 軸指向國(guó)際時(shí)間局1984年定義的零度子午面和協(xié)議地球極赤道的交點(diǎn)，y軸和z軸、 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS 84坐標(biāo)系是地心地面坐標(biāo)系，它是修正美國(guó)海軍導(dǎo)航星系統(tǒng)參考系NSWC9Z一2的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其零度子午面與國(guó)際時(shí)間局定義的零度子午面相一致而得到的。

36、</p><p>　　2.1.3 地方獨(dú)立坐標(biāo)系</p><p>　　在城市測(cè)量和工程測(cè)量中，若直接在國(guó)家坐標(biāo)系中建立控制網(wǎng)，有時(shí)會(huì)使地面長(zhǎng)度的投影變形較大，難以滿足實(shí)際或工程上的需要。為此，往往需要建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系。在常規(guī)測(cè)量中，這種地方獨(dú)立坐標(biāo)系一般只是一種高斯平面坐標(biāo)系，也可以說是一種不同于國(guó)家坐標(biāo)系的參心坐標(biāo)系。</p><p>　　2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的

37、理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.2.1 大地坐標(biāo)與三維直角坐標(biāo)之間的換算</p><p>　　大地坐標(biāo)系用大地緯度B、大地經(jīng)度L 和大地高H來表示點(diǎn)的位置。根據(jù)地圖投影的理論,大地坐標(biāo)系可以通過一定的投影轉(zhuǎn)化為投影平面上的直角坐標(biāo)系。</p><p>　　空間大地直角坐標(biāo)系是一種以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的右手直角坐標(biāo)系,一般用X、Y、Z 表示點(diǎn)的位置。由于人造地球衛(wèi)星及其

38、他宇宙飛行器圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其軌道平面隨時(shí)通過地球質(zhì)心。對(duì)它們的跟蹤觀測(cè)也以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn),所以空間大地直角坐標(biāo)系是衛(wèi)星大地測(cè)量中一種常用的基本坐標(biāo)系。</p><p>　　現(xiàn)今,利用衛(wèi)星大地測(cè)量的手段,可以迅速地測(cè)定點(diǎn)的空間大地直角坐標(biāo),同時(shí)經(jīng)過數(shù)學(xué)變換,還可以求出點(diǎn)的大地坐標(biāo),用以加強(qiáng)和擴(kuò)展地面大地網(wǎng),進(jìn)行島嶼和洲際聯(lián)測(cè)。如圖1 所示,P 點(diǎn)的位置用空間大地直角坐標(biāo)(X ,Y,Z) 表示,其相應(yīng)的大地坐標(biāo)

39、為(B ,L ,H) 。</p><p>　　(1) 由大地坐標(biāo)求空間大地直角坐標(biāo): P 點(diǎn)位于大地高為H 的P′點(diǎn)處,此時(shí)由大地坐標(biāo)求空間大地直角坐標(biāo)的公式則為:</p><p>　　X = (N + H)cosBcosL</p><p>　　Y= (N + H)cosBsinL</p><p>　　Z = [N (1 - e2 ) + H

40、] sinB (2-1)</p><p>　　若位于橢球上則H 取值為0 。</p><p>　　(2) 由空間大地直角坐標(biāo)求大地坐標(biāo): 當(dāng)已知X、Y、Z 反求B、L 、H 時(shí),可采用直接解法或迭代解法。下面采用直接解法。由公式(1) 得:</p><p>　　L = arctan(Y/X)

41、 (2-2)</p><p>　　H = (2-3)</p><p>　　B = arctan[(1 -)] (2-4)</p><p>　　圖2-1 　P 在大地直角坐標(biāo)系的位

42、置</p><p>　　2.2.2 不同空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換(七參數(shù)法)</p><p>　　進(jìn)行兩個(gè)不同空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,需要求出坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通過一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個(gè)以上時(shí),可以采用七參數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　如圖2 所示,按以下步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)換坐標(biāo)軸。</p&g

43、t;<p>　　圖2-2 　空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換</p><p>　　第一OZ舊軸不動(dòng),繞其將OX舊,O Y舊軸旋轉(zhuǎn)微小角度εz ,旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸設(shè)為OX′、O Y′、OZ′;</p><p>　　第二,保持O Y′軸不動(dòng),繞其將OZ′、OX′軸旋轉(zhuǎn)微小角度εy ,旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸設(shè)為OX″、O Y″、OZ″;</p><p>　　第三,保持OX″軸不動(dòng)

44、,繞其旋將O Y″、OZ″軸旋轉(zhuǎn)微小角度εx ,旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸設(shè)為OX新,O Y新,OZ新,則有這樣,將O - X舊Y舊Z 舊分別繞3 個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)了3 個(gè)微小角度εz 、εy 、εx ,使其與O - X新Y新Z新重合。εx 、εy 、εz 稱為歐勒角。</p><p>　　以上三步轉(zhuǎn)換,由于εx 、εy 、εz 是秒級(jí)微小量,略去其正弦、余弦函數(shù)展開式中2 次以上各項(xiàng),得:</p><p&g

45、t;　　X新= X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z舊+εyX舊-εxY舊 (2-5)</p><p>　　當(dāng)新、舊2 個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)不相一致,還需根據(jù)坐標(biāo)軸的平移原理,將舊系原點(diǎn)移至新系原點(diǎn),其變化公式為</p>

46、<p>　　X新= X0 + X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y0 + Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z0 + Z舊+εyX舊-εxY舊 (2-6)</p><p>　　式中:X0 、Y0 、Z0 ———3 個(gè)平移參數(shù),是舊坐標(biāo)系原點(diǎn)在新坐標(biāo)系中的

47、3 個(gè)坐標(biāo)分量。</p><p>　　若再考慮兩個(gè)坐標(biāo)系的尺度比,即存在有尺度變化的參數(shù),設(shè)為k ,則有:</p><p>　　X新= X0 + (1 + k) X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y0 + (1 + k) Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z0 + (1 + k) Z舊+εyX舊-εxY

48、舊 (2-7)</p><p>　　上式即為布爾莎公式。公式中存在7 個(gè)參數(shù):3 個(gè)平移參數(shù)X0 ,Y0 ,Z0 ,3 個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)εx ,εy ,εz 和1 個(gè)尺度變化參數(shù)k 。習(xí)慣上稱這種換算法為七參數(shù)法。對(duì)于來說,轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值與已知值有一差值。其差值的大小反映轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)的精度。其精度與被轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)精度有關(guān),也與轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度有關(guān)。</p><

49、;p>　　2.2.3 不同高斯平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(四參數(shù)法)</p><p>　　實(shí)現(xiàn)不同高斯平面直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換一般有四種方法:一是嚴(yán)密轉(zhuǎn)換法;二是間接轉(zhuǎn)換法;三是直接轉(zhuǎn)換法;四是近似轉(zhuǎn)換法,即采用坐標(biāo)變換公式來轉(zhuǎn)換。采用不同方法視具體情況而定。本文采用最后一種,利用四參數(shù)法,兩個(gè)平移參數(shù):X0 、Y0 ,一個(gè)尺度比:m ,一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù):α。</p><p><b>　　通用

50、公式如下:</b></p><p>　　Xi = X0 + mxicosα- myisinα</p><p>　　Yi = Y0 + myicosα+ msinαx1 (2-8)</p><p>　　2.3 WGS84坐標(biāo)系和深圳獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換</p><p>　　在工

51、程測(cè)量中，平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換經(jīng)常被生產(chǎn)所需求，現(xiàn)在以WGS84坐標(biāo)系與深圳獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為例。</p><p>　　將本文所提到的不同高斯平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(四參數(shù)法)的簡(jiǎn)便算法應(yīng)用于MATLAB編程中（程序見附錄），對(duì)一個(gè)WGS84系與深圳獨(dú)立坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行實(shí)算檢驗(yàn)，取得了非常好的效果。</p><p>　　該相互轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)系有5個(gè)公共點(diǎn)，其坐標(biāo)見表2.1。</p><p&

52、gt;　　表2.1 WGS84系與深圳獨(dú)立坐標(biāo)系公共點(diǎn)信息</p><p>　　為檢核的方便，取三個(gè)點(diǎn)求轉(zhuǎn)換參數(shù)，另兩個(gè)點(diǎn)做檢驗(yàn)，所求的轉(zhuǎn)換參數(shù)信息是：</p><p><b>　　尺度平移參數(shù)</b></p><p><b>　　尺度平移參數(shù)</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)平

53、移參數(shù)</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)平移參數(shù)</b></p><p><b>　　平移因子m</b></p><p><b>　　平移因子m</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)因子</b></p><p&g

54、t;<b>　　尺度因子</b></p><p>　　用所求的參數(shù)對(duì)另外兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再與已知坐標(biāo)比較，其結(jié)果見表2.2。</p><p>　　表2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果較核信息</p><p>　　由表2.2可以看出，利用所求的參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果與已知坐標(biāo)只有微小的差異，四參數(shù)轉(zhuǎn)換是切實(shí)可行的。同時(shí)也說明所編程序的正確性。</p

55、><p>　　2.4 GPS高程擬合方法</p><p>　　GPS技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于GPS水準(zhǔn)，盡管已在不少省市及局部區(qū)域得到了實(shí)踐，但無論是重力法還是幾何法，都要涉及曲面擬合技術(shù)。可供選擇的曲面擬合技術(shù)多種多樣，如多項(xiàng)式曲面擬合法、多面函數(shù)法、移動(dòng)插值法等，它們各有特點(diǎn)，理論上，如果這些方法使用得當(dāng)，均可達(dá)到相同的效果。本節(jié)重點(diǎn)介紹這幾種擬合方法。</p><p&

56、gt;　　2.4.1平面擬合法</p><p>　　在小區(qū)域且較為平坦的范圍內(nèi)，可以考慮用平面逼近局部似大地水準(zhǔn)面。設(shè)某公共點(diǎn)的高程異常ζ與該點(diǎn)的平面坐標(biāo)有關(guān)系式</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　其中，，為模型參數(shù)。</p><p>　　如果公共點(diǎn)的數(shù)目大于3個(gè)，則可列出相應(yīng)的誤差方程

57、為</p><p>　　…，ｎ (2-10)</p><p>　　寫成矩陣形有 (2-11)</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p>&l

58、t;p>　　根據(jù)最小二乘原理可求得</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)記載，該方法在120的平原地區(qū)，擬合精度可達(dá)3～4cm。</p><p>　　2.4.2 二次曲面擬合</p><p>　　似大地水準(zhǔn)面的擬合也可采用二次曲面擬合法，即對(duì)公共點(diǎn)上的高度異常與平面坐標(biāo)之間，存在如下數(shù)學(xué)模型：</p><p><b>　　(2-13)

59、</b></p><p>　　式中，，，，，，為模型待定參數(shù)，因此，區(qū)域里至少有6個(gè)公共點(diǎn)。當(dāng)公共點(diǎn)多于6個(gè)時(shí)，仍可形成形如(2-3)式的誤差方程，此時(shí)：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　仍按最小二乘原理求解(2-11)式，解出參數(shù)，，，，，。</p><p>　　該擬合

60、方法適合于平原與丘陵地區(qū)，在小區(qū)域范圍內(nèi)，擬合精度可優(yōu)于3cm，二次曲面擬合還可進(jìn)一步擴(kuò)展為多項(xiàng)式曲面擬合法，這是數(shù)學(xué)模型為：</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　上式的誤差方程矩陣式仍為： </p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　2

61、.4.3 多項(xiàng)式曲面擬合法</p><p>　　多項(xiàng)式曲面擬合模型一般最高取至3次項(xiàng)，即</p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　其中，(,)為已知點(diǎn)平面坐標(biāo)，=(j=0,…,9)為可選待求參數(shù)，求解的誤差方程為</p><p><b>　　(2-18)</b><

62、/p><p>　　式中，t為所選的參數(shù)個(gè)數(shù)。</p><p>　　2.5 菏澤龍固測(cè)區(qū)高程擬合</p><p><b>　　（1）已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　某測(cè)區(qū)共有32個(gè)GPS點(diǎn)，通過GPS數(shù)據(jù)處理得到了全部網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)和大地高，其中的15個(gè)點(diǎn)通過水準(zhǔn)觀測(cè)得到了正常高，其余17個(gè)點(diǎn)為待定點(diǎn)，計(jì)劃用數(shù)值擬合的方

63、法由大地高計(jì)算其正常高。己知點(diǎn)的坐標(biāo)和大地高、正常高、高程異常見表2.3，待定點(diǎn)的坐標(biāo)和大地高見表2.4。</p><p><b>　?。?）計(jì)算流程圖</b></p><p><b>　　(3)計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　依據(jù)前面所述的高程異常擬合計(jì)算理論和方法，用Matlab編寫了平面擬合、二次曲面擬合程序，

64、從15個(gè)已知點(diǎn)中選取部分點(diǎn)作為高程擬合的己知數(shù)據(jù)，其余作為檢核數(shù)據(jù)。己知點(diǎn)和檢核點(diǎn)的擬合高程異常及擬合殘差結(jié)果見表2.5，待定點(diǎn)的擬合高程異常和擬合正常高見表2.4(二次曲面擬合結(jié)果)。</p><p>　　表2.3 已知點(diǎn)坐標(biāo)和高程異常</p><p>　　表2.4待定點(diǎn)坐標(biāo)及擬合結(jié)果</p><p>　　表????已知點(diǎn)和檢核點(diǎn)的擬合高程異常與擬合殘差</

65、p><p>　?。ㄗⅲ???號(hào)點(diǎn)為已知點(diǎn)，????號(hào)點(diǎn)為檢核點(diǎn)）</p><p>　　通過表2.5數(shù)據(jù)可以看出，平面擬合檢核點(diǎn)最大殘差為5.61mm，二次曲面擬合檢核點(diǎn)最大殘差為1.22mm，兩種方法的擬合結(jié)果都能達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，擬合結(jié)果可以用于工程實(shí)踐，同時(shí)也表明了所編程序的正確性。</p><p>　　第三章 GPS數(shù)據(jù)處理</p><

66、;p>　　3.1 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理</p><p>　　3.1.1 基線解算的類型</p><p><b>　　1、單基線解</b></p><p>　?。?）定義：當(dāng)有臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行了一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，每?jī)膳_(tái)接收機(jī)之間就可以形成一條基線向量，共有條同步觀測(cè)基線，其中最多可以選出相互獨(dú)立的條同步觀測(cè)基線，至于這條獨(dú)立基線如何選取

67、，只要保證所選的條獨(dú)立基線不構(gòu)成閉和環(huán)就可以了。這也是說，凡是構(gòu)成了閉和環(huán)的同步基線是函數(shù)相關(guān)的，同步觀測(cè)所獲得的獨(dú)立基線雖然不具有函數(shù)相關(guān)的特性，但它們卻是誤差相關(guān)的，實(shí)際上所有的同步觀測(cè)基線間都是誤差相關(guān)的。所謂單基線解算，就是在基線解算時(shí)不顧及同步觀測(cè)基線間誤差相關(guān)性，對(duì)每條基線單獨(dú)進(jìn)行解算。</p><p>　?。?）特點(diǎn)：?jiǎn)位€解算的算法簡(jiǎn)單，但由于其解算結(jié)果無法反映同步基線間的誤差相關(guān)的特性，不利于后

68、面的網(wǎng)平差處理，一般只用在普通等級(jí)GPS網(wǎng)的測(cè)設(shè)中。</p><p><b>　　2、多基線解</b></p><p>　　（1）定義：與單基線解算不同的是，多基線解算顧及了同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性，在基線解算時(shí)對(duì)所有同步觀測(cè)的獨(dú)立基線一并解算。</p><p>　?。?）特點(diǎn)：多基線解由于在基線解算時(shí)顧及了同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)特性，因此

69、，在理論上是嚴(yán)密的。</p><p>　　3.1.2 基線解算結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)</p><p><b>　　1、單位權(quán)方差因子</b></p><p>　?。?）定義：    </p><p>　?。?）實(shí)質(zhì)：反映觀測(cè)值的質(zhì)量，又稱為參考方差因子。越小越好。</p><

70、;p>　　2、RMS - 均方根誤差</p><p><b>　?。?）定義：</b></p><p>　?。?）實(shí)質(zhì)：表明了觀測(cè)值的質(zhì)量，觀測(cè)值質(zhì)量越好，越小，反之，觀測(cè)值質(zhì)量越差，則越大，它不受觀測(cè)條件（觀測(cè)期間衛(wèi)星分布圖形）的好壞的影響。</p><p><b>　　3、數(shù)據(jù)刪除率</b></p>

71、<p>　?。?）定義：在基線解算時(shí)，如果觀測(cè)值的改正數(shù)大于某一個(gè)閾值時(shí)，則認(rèn)為該觀測(cè)值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測(cè)值的數(shù)量與觀測(cè)值的總數(shù)的比值，就是所謂的數(shù)據(jù)刪除率。</p><p>　?。?）實(shí)質(zhì)：數(shù)據(jù)刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測(cè)值的質(zhì)量。數(shù)據(jù)刪除率越高，說明觀測(cè)值的質(zhì)量越差。</p><p><b>　　4、RDOP</b><

72、/p><p>　?。?）定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時(shí)待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根， RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運(yùn)行軌跡（即觀測(cè)條件）有關(guān)，當(dāng)基線位置確定后，RDOP值就只與觀測(cè)條件有關(guān)了，而觀測(cè)條件又是時(shí)間的函數(shù)，因此，實(shí)際上對(duì)與某條基線向量來講，其RDOP值的大小與觀測(cè)時(shí)間段有關(guān)。</p><p>　?。?）實(shí)質(zhì)：表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對(duì)相對(duì)定

73、位的影響，即取決于觀測(cè)條件的好壞，它不受觀測(cè)值質(zhì)量好壞的影響。</p><p><b>　　5、同步環(huán)閉合差</b></p><p>　?。?）定義：同步環(huán)閉合差是由同步觀測(cè)基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。</p><p>　?。?）實(shí)質(zhì)：由于同步觀測(cè)基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，從而使得同步環(huán)閉合差在理論上應(yīng)總是為0的，如果同步環(huán)閉合差超限，則說明組

74、成同步環(huán)的基線中至少存在一條基線向量是錯(cuò)誤的，但反過來，如果同步環(huán)閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線在質(zhì)量上均合格。</p><p><b>　　（3）限值：</b></p><p><b>　　6、異步環(huán)閉合差</b></p><p>　?。?）定義：由獨(dú)立基線所組成的閉合環(huán)稱為異步閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱異步環(huán)異步環(huán)的

75、閉合差稱為異步環(huán)閉合差。</p><p>　　（2）實(shí)質(zhì)：當(dāng)異步環(huán)閉合差滿足限差要求時(shí)，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質(zhì)量是合格的；當(dāng)異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時(shí)，則表明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量的質(zhì)量不合格，要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過多個(gè)相鄰的異步環(huán)或重復(fù)基線來進(jìn)行。</p><p><b>　?。?）限值：</b></p>

76、<p>　　3.1.3 影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的幾個(gè)主要因素及應(yīng)對(duì)方法</p><p><b>　　1、影響因素</b></p><p>　　（1）基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確（設(shè)定較準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)，采用同一點(diǎn)或同一點(diǎn)的衍生點(diǎn)起算）</p><p>　?。?）少數(shù)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準(zhǔn)確確定（剔除觀測(cè)時(shí)

77、間太短的衛(wèi)星）</p><p>　?。?）在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段里，有個(gè)別時(shí)間段或個(gè)別衛(wèi)星周跳太多，致使周跳無法完全修復(fù)（剔除周跳多的衛(wèi)星，截去周跳多的時(shí)間段）</p><p>　?。?）在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的改正數(shù)普遍較大（剔除受多路徑影響嚴(yán)重的觀測(cè)值）</p><p>　　2、判別及應(yīng)對(duì)方法：</p><p>　?。?）判別：

78、通過衛(wèi)星的可見性圖和殘差圖來判別。</p><p>　　（2）應(yīng)對(duì)方法：提供較準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)、刪衛(wèi)星和截取時(shí)間段。</p><p>　　3、基線解算時(shí)常需修改的參數(shù)：</p><p>　?。?）參與數(shù)據(jù)處理的特定時(shí)間段的觀測(cè)值</p><p><b>　　（2）截止高度角</b></p><p>

79、　　3.1.4 網(wǎng)平差的類型及作用</p><p><b>　　1、無約束平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的無約束平差指的是在平差時(shí)不引入會(huì)造成GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見的GPS網(wǎng)的無約束平差，一般是在平差時(shí)沒有起算數(shù)據(jù)或沒有多余的起算數(shù)據(jù)。作用: 評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測(cè)值中可能存在的粗差；得到GP

80、S網(wǎng)中各個(gè)點(diǎn)在WGS-84系下經(jīng)過了平差處理的三維空間直角坐標(biāo)；為將來可能進(jìn)行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2、約束平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的約束平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值完全是GPS觀測(cè)值（即GPS基線向量），而且，在平差時(shí)引入了使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。作用 :確定

81、所需坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。</p><p><b>　　3、聯(lián)合平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值除了GPS觀測(cè)值以外，還采用了地面常規(guī)觀測(cè)值，這些地面常規(guī)觀測(cè)值包括邊長(zhǎng)、方向、角度等觀測(cè)值等。作用：確定所需坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。</p><p>　　3.2 學(xué)校測(cè)區(qū)GPS基線解算</p>&

82、lt;p><b>　?。?）已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　通過南方GPS在學(xué)校里靜態(tài)采集了四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，作為基線解算的數(shù)據(jù)。其中I004為測(cè)站點(diǎn)，坐標(biāo)已知。其余三點(diǎn)坐標(biāo)未知。處理結(jié)果如表3.1 。</p><p>　?。?）計(jì)算流程圖如圖3-1。</p><p>　?。?）處理界面如圖3-2。</p><p

83、>　　圖3-2 基線處理界面</p><p><b>　?。?）計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　通過使用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)如表3.1</p><p>　　表3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)處理結(jié)果</p><p>　　圖3-1 GPS基線解算的過程</p><p>　

84、　第四章GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理</p><p>　　90年代，我國(guó)GPS精密定位技術(shù)的研究和應(yīng)用也得到蓬勃發(fā)展，這一定位技術(shù)在我國(guó)的大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、資源勘察和城市控制同的改造和建設(shè)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)擁有GPS接收機(jī)的數(shù)量之大、型號(hào)之多和分布范圍之廣都是空前的。但是，由于這些接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件來自不同的企業(yè)或科研單位，其數(shù)據(jù)格式各不相同，造成數(shù)據(jù)處理軟件互不通用，為GPS定

85、位技術(shù)的應(yīng)用帶來了困難，同時(shí)也為GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設(shè)置了障礙。因此，研究GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理的方法日趨必要。</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的原理</p><p>　　數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是解決GPS數(shù)據(jù)處理軟件通用性的關(guān)鍵，對(duì)實(shí)現(xiàn)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)共享和GPS、GIS的集成意義重大。</p><p>　　4.1.1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的原理<

86、/p><p>　　數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換就是將具有相同信息，但存儲(chǔ)格式不同的數(shù)據(jù)從原存儲(chǔ)格式轉(zhuǎn)換到目標(biāo)存儲(chǔ)格式的過程，它實(shí)質(zhì)上是一些運(yùn)算的集臺(tái)，通過運(yùn)算讀和解釋將原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所要求的存儲(chǔ)格式文件。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換由被稱為“翻譯程序”的計(jì)算機(jī)程序完成(圖4-1)。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法包括直接數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換法、中間格式轉(zhuǎn)換法和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換法。</p><p><b>　　翻譯程序A，B</b&g

87、t;</p><p><b>　　翻譯程序A，B</b></p><p>　　圖4-1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換原理示意圖</p><p>　　4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換就是選擇一個(gè)數(shù)據(jù)格式作為標(biāo)準(zhǔn)格式，將需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件首先轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)文件，然后再由標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成目標(biāo)格式數(shù)

88、據(jù)文件(圖4-2)。標(biāo)準(zhǔn)格式一般是指目前被普遍接受的公開的數(shù)據(jù)格式，且大多數(shù)系統(tǒng)都能支持這類數(shù)據(jù)格式的讀和寫 所以，如果一個(gè)系統(tǒng)能支持這一標(biāo)準(zhǔn)格式，就能很方便地同其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換方式的編程工作量最省，但數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的靈活性受到了標(biāo)準(zhǔn)格式的限制。如何設(shè)計(jì)一種完善的標(biāo)準(zhǔn)格式，乃是空間數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要課題。</p><p>　　圖4-2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換法示意圖</p><p>

89、;　　4.1.3 GPS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式</p><p>　　目前，在GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)聯(lián)合解算中使用最多的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式是RINEX數(shù)據(jù)格式。</p><p>　　RINEX數(shù)據(jù)格式是由瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所于1989年設(shè)計(jì)的，目的是用于建立歐洲高精度大地測(cè)量控制網(wǎng)。同年3月第五屆國(guó)際衛(wèi)星定位大地測(cè)量學(xué)術(shù)討論會(huì)上決定：以RINEX格式為藍(lán)本進(jìn)行修改，形成了R1NEX(ver1．0)GPS通用

90、數(shù)據(jù)交換格式 隨后，在同年8月舉行的國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)和1990年9月的第二屆國(guó)際GPS精密定位學(xué)術(shù)討論會(huì)上，對(duì)此格式又進(jìn)行了詳盡的討論，形成了RINEx(vef2 0)GPS通用數(shù)據(jù)交換格式。最后又經(jīng)過多次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的討論和修改，形成了當(dāng)今的被廠商、科研單位和學(xué)校在編制軟件時(shí)普遍采用的GPS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入格式。</p><p>　　RINEX格式是純ASCⅡ碼文率文件，它有觀測(cè)數(shù)據(jù)文件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件、氣象數(shù)據(jù)文件

91、和GLONASS數(shù)據(jù)文件組成。觀測(cè)數(shù)據(jù)文件包括字頭塊、數(shù)據(jù)塊兩部分，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容包含時(shí)間、偽距、相位和多普勒值信息。導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件包括字頭塊、數(shù)據(jù)塊兩部分。數(shù)據(jù)塊包含有衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)等氣象數(shù)據(jù)文件有字頭塊和數(shù)據(jù)塊兩部分組戒。</p><p>　　RINEX為純ASCII碼文本文件，其文件名有規(guī)定的命名方式：</p><p>　　ssssdddf.yyt</p>&l

92、t;p>　　其中：ssss是以4個(gè)字母表示的測(cè)站名；</p><p>　　ddd為第一個(gè)觀測(cè)歷元的年積日（如1月1日為001）；</p><p>　　f為一天內(nèi)文件的序號(hào)數(shù)，若f為0則表示當(dāng)前日所有數(shù)據(jù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件；</p><p>　　yy是以兩位數(shù)表示的年份，80～99表示1980～1999年，00～79表示2000～2076年；t為文件類型，O為觀測(cè)數(shù)

93、據(jù)文件；N為導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件；M為地面氣象數(shù)據(jù)文件；G為GLONASS導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件。</p><p>　　4.2 GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與解算</p><p>　　GPS型號(hào)眾多，本機(jī)格式又互不通用，數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一解算，因此需將本機(jī)格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與借手機(jī)無關(guān)的同意的數(shù)據(jù)格式。RINX個(gè)是已成為一種標(biāo)準(zhǔn)格式，而且各處理軟件均可把本機(jī)格式轉(zhuǎn)換為RINX格式，并可以解算該格式數(shù)據(jù)。</p>&

94、lt;p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　以Topcon Pinnacle、南方靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件為例，把本機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINX格式。</p><p>　?。?）Topcon Pinnacle數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　進(jìn)入Topcon Pinnacle處理軟件，將本機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到項(xiàng)目中，在原始數(shù)據(jù)中選中要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)擊郵件選擇“導(dǎo)出RINX

95、格式”即可。（如圖4-3）</p><p>　　圖4-3 Topcon數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面</p><p><b>　　（2）南方數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　將南方本機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入南方數(shù)據(jù)處理軟件中，然后點(diǎn)擊下拉菜單“成果”下的“RINX輸出”即可完成本機(jī)格式數(shù)據(jù)到RINX格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。（如圖4-4）</p><p>　

96、　圖4-4 南方數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)解算</p><p>　　各類GPS接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的同一才能進(jìn)行混算。通過上述方法，把本機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINX格式的數(shù)據(jù)，便可將各類數(shù)據(jù)聯(lián)系起來一同解算，而且各類隨機(jī)處理軟件可以處理此格式數(shù)據(jù)。所以，可以隨意選擇一種軟件加以處理即可。只是在各機(jī)種聯(lián)合作業(yè)時(shí)，最好根據(jù)各接收機(jī)的文件命名規(guī)則統(tǒng)一采用一種文件

97、命名格式，以免出現(xiàn)處理軟件無法識(shí)別的文件格式。考慮各型號(hào)的接收機(jī)配套處理軟件的量高模型及糾正參數(shù)各異，需根據(jù)擬采用得處理軟鍵的量高模型而定。</p><p>　　RINX格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入各處理軟件后，基線及網(wǎng)平差的解算方法與本機(jī)數(shù)據(jù)完全一致。導(dǎo)入RINX格式數(shù)據(jù)時(shí)只需修改天線高及相關(guān)模型，例如：將數(shù)據(jù)導(dǎo)入天寶數(shù)據(jù)處理軟件時(shí)，天線高量取位置可以選為相位中心、邊緣天線底部、頂部等等，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)予以糾正;導(dǎo)入南方處理

98、軟件時(shí)，則是指天線相位中心邊緣。最好是將天線高直接轉(zhuǎn)換成天線相位中心，從而避免系統(tǒng)間天線高糾正差異。根據(jù)已有數(shù)據(jù)可知不同處理軟件的評(píng)查結(jié)果對(duì)同一點(diǎn)位的不符值不會(huì)超過1cm。因而，以RINX格式統(tǒng)一本機(jī)數(shù)據(jù)，采用不同軟件處理非本機(jī)數(shù)據(jù)或是聯(lián)合作業(yè)的數(shù)據(jù)是完全可行的。</p><p>　　4.3 菏澤同三鐵礦GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合處理</p><p><b>　?。?）已知數(shù)據(jù)</b&

99、gt;</p><p>　　現(xiàn)在有17個(gè)GPS靜態(tài)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)有一部分?jǐn)?shù)據(jù)是在不同的時(shí)間用不同的接受機(jī)測(cè)量的。其中點(diǎn)003、0039為已知測(cè)站點(diǎn)。</p><p>　?。?）計(jì)算流程圖如圖4-5。</p><p>　?。?）處理界面如圖4-6。</p><p>　　圖4-6 數(shù)據(jù)處理界面</p><p>　　圖

100、4-5 聯(lián)合處理計(jì)算流程圖</p><p>　?。?）處理結(jié)果如表4.1</p><p>　　表4.1 數(shù)據(jù)處理結(jié)果</p><p>　　第五章 GPS數(shù)據(jù)處理程序開發(fā) </p><p>　　5.1平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序開發(fā)</p><p><b>　　1、采用的數(shù)學(xué)模型</b></p>

101、<p>　　本次軟件開發(fā)是基于matlab平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)不同高斯平面直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換時(shí)一般有四種方法:一是嚴(yán)密轉(zhuǎn)換法;二是間接轉(zhuǎn)換法;三是直接轉(zhuǎn)換法;四是近似轉(zhuǎn)換法,即采用坐標(biāo)變換公式來轉(zhuǎn)換。采用不同方法視具體情況而定。本文采用最后一種,利用四參數(shù)法,兩個(gè)平移參數(shù):X0 、Y0 ,一個(gè)尺度比: ,一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù):α。</p><p>　　設(shè)兩坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)(稱為目標(biāo)坐標(biāo)和原坐標(biāo))為，，則模型為</

102、p><p>　　是平移因子，為轉(zhuǎn)角因子，為尺度因子。設(shè)為旋轉(zhuǎn)矩陣，設(shè)，則模型變?yōu)?lt;/p><p><b>　　是參數(shù)。</b></p><p>　　當(dāng)兩個(gè)坐標(biāo)系有2對(duì)公共點(diǎn)，按（1）四個(gè)參數(shù)計(jì)算公式為</p><p>　　當(dāng)兩個(gè)坐標(biāo)系有2對(duì)公共點(diǎn)，按（2）四個(gè)參數(shù)計(jì)算公式為</p><p><b

103、>　　2、 整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的整體設(shè)計(jì)如下：</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　第一步：利用已知公共點(diǎn)坐標(biāo)，先求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。</p><p>　　第二步：由求的得轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并以word的形式輸出。</p>

104、<p><b>　　（2）用戶界面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一步：打開matlab7.0，設(shè)置工作路徑。</p><p>　　第二步：在matlab7.0的命令窗口鍵入命令“guide”，然后點(diǎn)擊回車，新建一個(gè)Blank GUI空白樣版。</p><p>　　第三步：在新建的GUI界面上設(shè)計(jì)一個(gè)界面，控件分布如圖5-1.&

105、lt;/p><p><b>　?。?）程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)見附錄A。</b></p><p><b>　　3、 軟件操作流程</b></p><p>　　第一步：打開matlab，運(yùn)行平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。</p><p>　　

106、第二步：在界面中輸入兩個(gè)已知公共點(diǎn)坐標(biāo)。</p><p>　　第三步：點(diǎn)擊“顯示轉(zhuǎn)換參數(shù)”’計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。</p><p>　　第四步；點(diǎn)擊“選擇要轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)文件”，選擇要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)文件。</p><p>　　第五步：選擇坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后文件的輸出路徑及保存的名稱。</p><p>　　圖5-1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換界面</p><p&

107、gt;　　5.2高程轉(zhuǎn)換程序開發(fā)</p><p>　　1、 采用的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　本次設(shè)計(jì)對(duì)于高程轉(zhuǎn)換采用了兩種數(shù)學(xué)模型：</p><p>　?。?）平面擬合法（三參數(shù)）</p><p>　　在小區(qū)域且較為平坦的范圍內(nèi)，可以考慮用平面逼近局部似大地水準(zhǔn)面。設(shè)某公共點(diǎn)的高程異常ζ與該點(diǎn)的平面坐標(biāo)有關(guān)系式</p>&l

108、t;p><b>　　(5-1)</b></p><p>　　其中，，為模型參數(shù)。</p><p>　　如果公共點(diǎn)的數(shù)目大于3個(gè)，則可列出相應(yīng)的誤差方程為</p><p>　　…，ｎ (5-2)</p><p>　　寫成矩陣形有

109、(5-3)</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(5-4)</b></p><p>　　根據(jù)最小二乘原理可求得</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)記載，該方法在120的平原地區(qū)，擬合精度可達(dá)3～4cm。</p><p>　?。?）二次曲面擬合（六參

110、數(shù)）</p><p>　　似大地水準(zhǔn)面的擬合也可采用二次曲面擬合法，即對(duì)公共點(diǎn)上的高度異常與平面坐標(biāo)之間，存在如下數(shù)學(xué)模型：</p><p><b>　　(5-5)</b></p><p>　　式中，，，，，，為模型待定參數(shù)，因此，區(qū)域里至少有6個(gè)公共點(diǎn)。當(dāng)公共點(diǎn)多于6個(gè)時(shí)，仍可形成誤差方程，此時(shí)：</p><p>&l

111、t;b>　　(5-6)</b></p><p>　　仍按最小二乘原理求解，解出參數(shù)，，，，，。</p><p>　　該擬合方法適合于平原與丘陵地區(qū)，在小區(qū)域范圍內(nèi)，擬合精度可優(yōu)于3cm，二次曲面擬合還可進(jìn)一步擴(kuò)展為多項(xiàng)式曲面擬合法，這是數(shù)學(xué)模型為：</p><p><b>　　(5-7)</b></p><

112、p>　　上式的誤差方程矩陣式仍為： </p><p><b>　　(5-8)</b></p><p><b>　　2、 整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　高程轉(zhuǎn)換的整體設(shè)計(jì)如下：</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)思路：</b></p><p&

113、gt;　　第一步：利用已知公共點(diǎn)，先求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。</p><p>　　第二步：由求的得轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　?。?）用戶界面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一步：打開matlab7.0，設(shè)置工作路徑。新建一個(gè)界面。</p><p>　　第二步：在新建的GUI界面上設(shè)計(jì)一個(gè)界面，控件分布如

114、圖5-2.</p><p>　　圖5-2 高程轉(zhuǎn)換界面</p><p>　?。?）程序設(shè)計(jì)見附錄B。</p><p><b>　　3、 軟件操作流程</b></p><p>　　第一步：打開matlab，運(yùn)行高程轉(zhuǎn)換程序。</p><p>　　第二步：設(shè)置參數(shù)，選擇已知公共點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算參數(shù)。<

115、/p><p>　　第三步：進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換：</p><p>　?。?）單點(diǎn)轉(zhuǎn)換，直接輸入坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可。</p><p>　?。?）多點(diǎn)轉(zhuǎn)換，點(diǎn)擊“選擇要進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)文件”，選擇要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)文件。轉(zhuǎn)換完成后，選擇轉(zhuǎn)換后文件的輸出路徑及保存的名稱。</p><p>　　5.3 高斯鄰帶換算程序開發(fā)</p><p>

116、<b>　　鄰帶換算的定義：</b></p><p>　　由一個(gè)帶的平面坐標(biāo)換算到相鄰帶的平面坐標(biāo)簡(jiǎn)稱鄰帶換算。</p><p>　　1、鄰帶換算的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　式中，x，y為高斯平面坐標(biāo)，B，L為大地坐標(biāo)，X為子午弧長(zhǎng)，為大地弧長(zhǎng)，N為卯酉曲率半徑，M為子午曲率半徑，η，t為引入符號(hào)，，高斯正算模型的換算精度可以達(dá)到，高斯反算

117、的數(shù)學(xué)模型精度可以達(dá)到。</p><p><b>　　2、 整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　高斯投影的鄰帶換算整體設(shè)計(jì)如下：</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　首先編輯高斯坐標(biāo)正反算函數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主程序的優(yōu)化。</p><p>

118、　　第一步：利用高斯坐標(biāo)反酸函數(shù)，根據(jù)換算成橢球面大地坐標(biāo)，進(jìn)而得到。</p><p>　　第二步：由大地坐標(biāo)，利用高斯投影坐標(biāo)正算函數(shù)，根據(jù)計(jì)算該點(diǎn)在第2帶的平面直角坐標(biāo)，但在這一步計(jì)算時(shí)要根據(jù)第2帶的中央子午線經(jīng)度計(jì)算P點(diǎn)在第2帶的經(jīng)差。</p><p><b>　?。?）用戶界面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一步：打開matlab7