《WGS-84平差坐标在GPS测量中的运用》.pdf

WGS-84 平差坐标在GPS 测量中的运用 韶关市国土资源信息中心 郭建华 摘要：本文基于 GPS 相对定位和坐标转换原理，针对 GPS 测量中的 WGS-84 与本 地坐标系转换参数的选择进行研究，结合实际测量工作，介绍 WGS-84 平差坐标在实 际测量过程运用，提高工作效率的作业方法。 关键词：WGS-84 坐标系，网平差，坐标转换，RTK 1.1. 引言 1.1. 全球定位系统（GPS）技术的出现，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特 点被广泛应用到测绘及其他领域，大大的提高了测绘工作的效率，减轻了测绘工作者 的外业劳动强度。 由于 GPS 系统是一个全球性的定位和导航系统，其坐标也是全球性的。目前 GPS 测量所使用的协议地球坐标系成果 WGS-84 世界大地坐标系（World Geodetic System），所有的 GPS 测量成果都是基于 WGS-84 坐标系的，包括单点定位的坐标以 及相对定位中解算的基线向量。实际使用的测量成果往往是属于某一国家坐标系或地 方坐标系，实地坐标系与 WGS-84 坐标系之间一般存在着平移和旋转的关系，深入了 解 WGS-84 坐标将对 GPS 测量有很大的促进作用，能提高 GPS 的工作效率。 2.2. WGS-WGS-8484 坐标获取 2.2. WGSWGS--8484 GPS 测量首先是要获取点位的坐标位置，由于绝对定位（也称单点定位）的结果 受到卫星星历误差、卫星钟的钟差、以及卫星信号传播过程中大气延迟误差的影响较 为显著，定位精度一般较差，通常在 10 米左右，获取精确的 WGS-84 地心坐标一般有 两种方法。 第一种是联测附近的 IGS 跟踪站，通过长时间静态观测，获取基线向量，然后使 用 IGS 跟踪站的精确 WGS-84 坐标进行三维约束平差，获取当地点的高精度 WGS-84 坐标。这种方法需要使用高精度的 GPS 基线解算软件和网平差软件，计算的工作量也 非常大。 第二种是通过单机长时间观测，采用精密单点定位软件利用事后精密星历解算出 精确的 WGS-84 坐标，也需要特殊的软件和大量的计算工作。 3.3. 相对定位 相对定位 3.3. 相对定位相对定位 对于 GPS 普通用户很难得到精确的 WGS84 坐标，常规的 GPS 测量一般使用相对定 位的方式测量各点间的相对位置关系，确定同步跟踪相同的 GPS 卫星信号的若干台接 收机之间的相对位置的定位方法称为相对定位。 采用相对定位获取 WGS-84 坐标的流程如下： 静态观测（或 rtk） 基线解算 三维无约束平差 通过静态观测可以获得 GPS 接收机之间的 GPS 基线向量，GPS 基线向量表示了各 测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS 基线向量与常规测量中的 基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而 GPS 基线向量则具有长度、水 平方位和垂直方位等三项属性。GPS 基线向量是 GPS 同步观测的直接结果，也是进行 GPS 网平差，获取最终点位的观测值。 GPS 网平差就是从解算出的基线向量中挑选独立基线构成闭合图形，以三维基线 向量及其相应的方差-协方差阵作为观测信息，进行 GPS 网的最小约束平差或无约束 平差，求得 GPS 网点在 WGS-84 坐标系下的三维平差坐标。 由于 GPS 基线向量中已包含了再 WGS-84 坐标系中的尺度和三维坐标轴的指向信 息，以此为观测值作 GPS 网平差的误差方程秩亏数仅为 3，只要固定 GPS 网为之基准 点上的由已知点给出三维坐标，即增加三个位置基准条件，就能获得网中各点的三维 坐标的最小二乘解。常规 GPS 测量中三维无约束平差一般选取控制网中一个长时间单 点定位获得的 WGS-84 坐标作为参考点，通过 GPS 基线向量提供网的方位基准和尺度 基准，推算其他点的 WGS-84 坐标，然后确定整个网相对的 WGS-84 坐标。GPS 基线向 量网的平差，除了可以解求出待定点的坐标以外，还可以发现和剔除 GPS 基线向量观 测值和地面观测中的粗差，消除