GPS内业处理主要做哪些工作

摘　要:简单介绍了GPS 定位系统的优点,阐述了GPS 定位测量的常用坐标系,研究了GPS 定位测量的测站点坐标向国家统一坐标系下坐标的转换,给出了GPS 测量数据坐标系的变换流程,并进行了精度分析,可供GPS 定位测量数据内业处理时参考。

关键词: GPS 定位测量,数据处理,坐标转换

GPS 定位系统从1994 年正式运行以来,短短十几年时间,就以定位精度高、测站之间无须通视、操作简便、功能多、应用广等优点在生产建设各个领域得到广泛应用。相对于传统测量仪器而言,GPS 定位测量所使用的接收机自动化程度越来越高,利用GPS 接收机进行野外测量工作,仪器操作简单,人工干预少,大大降低了外业劳动强度。外业观测完成之后,利用数据处理软件对观测数据进行处理,即可完成全部工作。因GPS 定位系统所使用的坐标系为WGS284 坐标系,而实际应用中点位坐标往往是在国家统一坐标系或地方独立坐标系下的坐标。所以,在进行GPS 定位测量数据内业处理时,关键是测站点所在坐标系的变换及转换参数的确定。

1 　GPS 定位测量的常用坐标系

在经典大地测量当中,主要使用的是参心坐标系,可以划分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系两种。我国所使用的参心坐标系主要有:BJ254 (原) ,XA280 和BJ254 三种。与传统大地测量观测技术不同,GPS 定位测量技术是通过固定在地球表面的GPS 接收机来同时接受至少4 颗GPS 卫星所发射的信号,从而测定接收机的位置,其空间位置随同地球自转而运动,但观测目标却是主要受地球引力作用而绕地球质心运转的人造地球卫星,与地球自转无关。因此在表示测站接收机所在位置坐标时,不能再使用参心坐标系,而是选择使用地心坐标系来表示。WGS284 坐标系是目前GPS 定位系统所采用的一种地心坐标系,GPS 定位测量的测站点坐标均属于该坐标系。WGS284 坐标系的坐标原点位于地球的质心, Z 轴指向BIH1984. 0 定义的协议地球极方向, X 轴指向BIH1984. 0 的起始子午面和赤道的交点,Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手坐标系。WGS284 坐标系所采用椭球参数为:长半轴a = 6 378 137 m;扁率f = 1/ 298. 257 223 563。地心坐标系也分为地心空间直角坐标系和地心大地坐标系两种。

2 　坐标系的变换

要将GPS 定位测量的测站点坐标转换为在国家统一坐标系下的坐标,其实质是不同基准之间的转换。不同基准下两空间直角坐标系之间的变换常采用布尔沙模型,又称为七参数转换法。七参数转换法即根据两空间直角坐标系的公共点来求得7 个转换参数,然后将待转换点坐标进行转换。不同基准下两空间直角坐标系OA - XA YA ZA 和OB - XB YB ZB 之间的几何关系见图1 。若: ( XA YA ZA ) T 为某点在空间直角坐标系OA - XA YA ZA 的坐标;( XB YB ZB ) T 为该点在空间直角坐标系OB - XB YB ZB 的坐标;(ΔX0Δ Y0ΔZ0) T 为两坐标系的平移参数; (ωXωYωZ) 为旋转参数;m 为尺度因子参数。