1、5.8 GPS5.8 GPS工程控制网的平差与转换工程控制网的平差与转换5.8.1 GPS网平差转换的要点网平差转换的要点1、GPS网与网与原有原有地面网之间的坐标转换模型地面网之间的坐标转换模型 三维坐标转换用7参数模型。三维坐标差转换则用不包含平移参数的4参数模型。用作GPS网平差的基线向量观测值是三维坐标差，用常规技术建立的地面网只有二维的平面坐标，因此平差模型采用仅有两个参数的范士简化模型。一是尺度参数，另一是方位旋转参数（绕位置基准点上椭球面法线的旋转角）,可在平差时同时求定。但若原有地面网是用GPS技术建立的，具有三维空间坐标，则可同时求解尺度和三个旋转参数。5.8.1 GPS网平
2、差转换的要点网平差转换的要点2、按附合网、独立网或是按最优拟合进行平差定位、按附合网、独立网或是按最优拟合进行平差定位 取决于地面网的实际精度及网的用途：取决于地面网的实际精度及网的用途：(1)、若已有地面网是GPS网，再用GPS布设加密网，自应按附合网平差；(2)、若地面网虽是用常规技术布设，但实际工作己满足于这样的精度，为便于已有成果成图资料的继续利用，亦可按附合网平差；(3)、为充分发挥GPS高精度技术优势，提高网的精度，可固定地面网一起始点坐标及一起始方位角按独立网平差，此时新旧网点的坐标会有些差异；(4)、为使GPS网与地面网吻合得更好并仍保持GPS GPS网的高精度，可在按独立网平
3、差后，再利用两网之间多个重合点的坐标较差作最小二乘拟合。5.8.1 GPS网平差转换的要点网平差转换的要点3、从投影变换方面保持高斯平面上边长尺度的、从投影变换方面保持高斯平面上边长尺度的一致性一致性为此就要：为此就要：(1)、最好采用与地面网边长归算的高程基准面(常称为投影面)尽可能吻合的椭球面；(2)、必须采用与地面网中央子午线在位置或经度上完全相同的中央子午线。LxAVZZYYXXZYXZYXVVVijijijijijijiiijjjZYXijijij0000100000100000100TTGxG基线向量的误差方程全网基线的误差方程基准方程1、模型之一：先作独立网平差，再转换到地面坐标
4、系、模型之一：先作独立网平差，再转换到地面坐标系(1)、先在先在2000CGCS或或WGS84系统中作三维平差系统中作三维平差PlAGGPAAxTTT1)(1120)()(TTTTTXYZGGPAAPAAGGPAAD平差后全部网点三维坐标的协方差阵：其中，单位权中误差的验后估值为：)3)1(,0nmrrPVVTm为全网互独立基线向量的总数，n 为GPS点数。网点三维坐标的最小二乘解 1111)(AJDAJRDRDXYZTTXYZBLHiiiiiiiiiiiiiiiiBLBLBLLBLBBHNHMRsinsincoscoscos0cossincossinsinsin1000)(100011转换成
5、大地坐标的精度：其中网点 i 所对应的对角子块为：(2)、将三维空间坐标转换成高斯平面坐标及、将三维空间坐标转换成高斯平面坐标及 其精度转换其精度转换5.8.2 GPS5.8.2 GPS网平差转换的几种模型网平差转换的几种模型jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjdldBBlBNlBMlBBNBlMdldBfdydx)sin21(21(cossincossin)sin21(21(2222转换成高斯坐标的精度：TBLxyffDD由协方差传播律，得出：5.8.2 GPS5.8.2 GPS网平差转换的几种模型网平差转换的几种模型(3)、将、将GPS网的网的高斯坐标转换到高斯坐标转换到已有的已有的
6、坐标系坐标系将GPS网的高斯坐标平移、旋转到原有地面坐标系：)cos()sin()sin()cos(01)(0101)(0101)(0101)(01TTTTTTTTDDTTTTjTxyxy转换后的协方差阵为：x01010010100/01010010100/cossinsincosTTyyTTxxyyTTyyTTxxxxoldjoldjoldjoldjoldjoldj5.8.2 GPS5.8.2 GPS网平差转换的几种模型网平差转换的几种模型 为使GPS坐标与地面坐标尽可能接近，可以利用重合点解算两者间的旋转和尺度参数。误差方程为：LCVyyxxKTyyxxxxyyvvioldiioldiol
7、dioldioldioldiyxii/0/0/0/0/5.8.2 GPS5.8.2 GPS网平差转换的几种模型网平差转换的几种模型000ijijijijijijiiiijjjjZYXZZYYXXHLBRHLBRVVVijijij2、模型之二：在地面坐标系中进行平差和转换、模型之二：在地面坐标系中进行平差和转换基线向量观测值的误差方程可表示为：LyBV误差方程的矩阵形式可表示为：1000cos)(000iiiiiiBHNHMJiiiiiiiiiiiiiBBLBLLBLBLLBCACJARBsin0cossincoscossinsincoscossincossin其中：PLBCJGGCJPBByT
8、TTTT1)(0 yRGT基准方程为：1120)()(CJGGCJPBBPBBCJGGCJPBBDTTTTTTTTTBLH大地坐标的平差改正数为：平差后大地坐标协方差阵为：亦可用消去位置基准点 上的未知参数的方法求解。0P(1)固定地面网位置基准点的三维大地坐标固定地面网位置基准点的三维大地坐标0000000000000000000coscossincoscoscossinsincossiniiijiiijiiijiijiiijiijAijijijijijijijAAijiiiijjjjzyxLBYLBXLBZBXLBZBYRZZYYXXRHLBRHLBRVVVijijij误差方程为：其中：上
9、式的所相应范士模型在此实际上只能求取一个旋转角，即方位旋转角，即方位旋转角 ,推证如下：0PA(2)固定位置基准点的三维大地坐标固定位置基准点的三维大地坐标 和一个大地方位角和一个大地方位角AijijijijijijijijijAijijijjijijijijijijijijLBXXLBYYBXXLBZZBYYLBZZZZYYXXBBLBLLBLBLLBXXYYXXZZYYZZZZYYXXZZYYXXsincos)(coscos)(sin)(coscos)(sin)(sincos)(00sin0cossincoscossinsincoscossincossin 0)()(0)(00000000
10、000000000000000由此证得误差方程式中方位旋转角参数前面的系数阵。A代入坐标差的转换模型，得：00000111100101010010101010101101010111 sinsincoscoscos0cossincossinsincossinHLBRCHLBRCZYXCZYXBLBLBLLBLBLBzyxTTT站心坐标与大地方位角的关系式为11101tanxyA微分得：111212112121111112121)(010)(1dzdydxyxxyxydyxdxyyxdAG因站心坐标与GPS基线向量的关系为：0000011110)(010101dHdLdBRCRdHdLdBRCR
11、 dATATAG)(01)(010000011110010101TGTATAAAAdHdLdBRCRdHdLdBRCRV0212112121101yxxyxyRA其中：所增加的方位基准方程可采用权甚大的中误差方程式平差后可同时解出方位旋转参数。将前式代入上式，得出：000000ijijijijijijAAijijijijiiiijjjjzyxZZYYXXRuZYXHLBRHLBRVVVijijij误差方程为：此时增加了方位、尺度参数各一个。可消去作为固定值的那些待定参数进行平差解算0P(3)固定位置基准点三维坐标固定位置基准点三维坐标 和另外点的大地经纬度和另外点的大地经纬度模型之三：模型之三
12、：GPS基线向量投影到高斯平面基线向量投影到高斯平面上再进行平差和转换上再进行平差和转换000000ijijijijTijijijijiijjyxyyxxyxuyxyxyxVVijij误差方程：习习 题题1、在实际工作中，为何要将GPS网转换到地面网坐标系？独立网与附合网平差各有什么优缺点？精度哪个高？2、在GPS网平差与转换时 1)、若既有地面网是用GPS技术建立的，则可求解哪几个转换参数？至少需要几个已知点才能求解这些转换参数？2)、如果既有地面网是用常规技术建立的，则够求解哪几个转换参数？至少需要几个点才能求解？3、GPS网平差与转换模型有哪几类？各有什么特点？参考文献参考文献1.施一民
13、.工程GPS控制网平差转换的要点与模型.测绘通报,2003（4）2.施一民史可超.江阴长江公路大桥GPS施工检测网的布设.工程勘察，1994(4)3.施一民，杨永平.宝钢首期GPS形变监测网的布测.宝钢工程技术，1995（5）4.施一民以城市控制网的基准数据归算GPS网的一种新方法.工程勘察，1993(6)5.施一民.用GPS技术改进或新建城市控制网中坐标系的确定.工程勘察，1996(5)6.施一民.固定地面网起始点及起始方位角作GPS网平差转换的各种方法.解放军测绘 学院学报，1995,(1)7.施一民，朱德寓.沪杭高速公路GPS线路控制网的测设.测绘工程，1996,(2)8.施一民，张文卿，施宝湘.提高GPS水准解算精度的一种新方法.同济大学学报,2000(4)
