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淺談工程測量中參數(shù)計算
白叔鈺
現(xiàn)階段GNSS測量已經(jīng)成為zui主流的測繪手段,尤其近兩年來儀器價格不斷下探,CORS網(wǎng)絡(luò)遍地開花,使用GNSS接收機進行測繪成為zui方便的工作形式,工程上的應(yīng)用也十分俊俏。然而工程應(yīng)用中,往往沒有測繪院這樣給定的七參數(shù),也沒有CORS網(wǎng)絡(luò)支撐,更沒有好用的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具。結(jié)合工程實際情況,都是需要現(xiàn)場直接求得當(dāng)前點平面坐標(biāo),故而一般應(yīng)用中都是推薦使用四參數(shù)加高程擬合的方法來實現(xiàn)。
1.四參數(shù)法原理
四參數(shù)轉(zhuǎn)換,具象的說就是將兩張紙,用兩個圖釘釘在一起,從而保證兩張紙上的點位點點對應(yīng)。故而,求取四參數(shù)也是同樣需要至少兩對對應(yīng)點。轉(zhuǎn)換方法如同圖1:
圖1 四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
這種計算方式不需要知道橢球類型,*子午線,只要有兩對公用點對即可直接強制轉(zhuǎn)換完成,計算公式如下:
其中,x、y為已知平面坐標(biāo)值,K為比例因子,θ為旋轉(zhuǎn)角,△X0、△Y0為x、y軸線的平移量。
實際測量中,GNSS接收機先接受到定位信號,解算獲取到當(dāng)前的經(jīng)緯度信息,即WGS84坐標(biāo)數(shù)據(jù),手簿讀取到信息后,經(jīng)過設(shè)置的不同橢球參數(shù)、投影方式、*經(jīng)線,將WGS84坐標(biāo)投影到平面上形成平面坐標(biāo),得到初始的坐標(biāo)值。再通過兩個坐標(biāo)點對,根據(jù)上述公式得到四個平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換量,即手簿中的北平移、東平移、旋轉(zhuǎn)角和比例尺。
由以上描述可以清楚的發(fā)現(xiàn),兩個點計算得到的參數(shù),平面上是不存在殘差的,故而兩個點對計算的結(jié)果,只能根據(jù)經(jīng)驗值來判別是否準(zhǔn)確,即判斷K值是否接近于1。當(dāng)已知點對數(shù)量增加時,需要引入zui小二乘法來計算各個點對的殘差,這里就不一一說明了。
2.高程擬合
GNSS測繪得到的高程數(shù)據(jù)于實際使用的高程系統(tǒng)有較大誤差,這主要是因為GNSS 高程測量是在WGS84橢球上進行的,它所測得的高程是測站點相對于WGS84橢球面的大地高,而在工程應(yīng)用中,國內(nèi)普遍采用的國家85高程,即正常高,是指地面沿鉛垂線到似大地水準(zhǔn)面的距離,因此GNSS高程數(shù)據(jù)不能直接得到應(yīng)用。若能求出測量點在兩種高程系統(tǒng)中的高程異常,就可以將高程異常加入到大地高,從而確定測量點的正常高。
圖2:各個高程參考面之間的關(guān)系
所以在局部的小區(qū)域內(nèi),我們采用高程擬合的方法來解決高程異常的問題。手簿中提供了不同算法的高程擬合方法,根據(jù)已知點數(shù)量不同,采用的擬合方法也不盡相同,通常情況下,少于三個點采用常數(shù)擬合,三個點對采用平面擬合,四個甚至更多點對采用曲面擬合。在此不一一敘述。
3.實際工程應(yīng)用當(dāng)中的隱患
在實際的工程當(dāng)中,往往工程單位有且僅有兩個已知點,這時候沒有第三個平面矯正點,也沒能形成曲面擬合,這樣的情況下,高程精度僅僅能滿足小范圍使用,顯然這時候強求厘米級的高程精度是不現(xiàn)實也是不可能的。
當(dāng)工程單位獲取到三個已知點,這時候就一定要注意高程值。三個已知點無法計算曲面擬合的各項多項式值,無法得到的內(nèi)插值,只能通過三個點的高程差值形成一個新的高程平面,若在丘陵地帶,三個點形成的空間平面往往跟實際地球的似大地水準(zhǔn)面差距較大,故而在高程數(shù)據(jù)上會有較大的差值出現(xiàn),由于似大地水準(zhǔn)面變化不同,個別地區(qū)在一公里范圍內(nèi)可以差值達到30CM以上,所以當(dāng)出現(xiàn)三個已知點求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的時候,需要小心驗證。
4.解決辦法與建議
針對以上出現(xiàn)的高程精度差值,給出以下幾個可行性方案:
1:在施工區(qū)域內(nèi),通過水準(zhǔn)聯(lián)測的方法,選取適當(dāng)?shù)赜騼?nèi)插高程點。這樣做精度zui高,又不耗費時間,適用于小范圍山地。
2:采用靜態(tài)GNSS測量方法,適當(dāng)增加控制點數(shù)量。
3:在設(shè)置中關(guān)閉三個點對當(dāng)中的一對高程值,通過第三點校驗來確定關(guān)閉哪一個效果,這樣在不增加控制點的情況下,得到*的結(jié)果。
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