CN110542410A - 一种基于格网模型的大地测量成果转换方法 - Google Patents

一种基于格网模型的大地测量成果转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于格网模型的大地测量成果转换方法，包括以下步骤：S1：对已有大地坐标点位数据进行空间分析及格网点划分，采用等间距的正方形格网划分；S2：利用同名点数据，根据Bursa模型计算所有格网点的大地空间坐标转换七参数，存入数据库；S3：利用步骤S2得到的格网点的大地空间坐标转换七参数，内插得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数；S4：根据待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，利用Bursa模型求得待转换成果点位在目标大地空间坐标系下的坐标。本发明能够将现有大地测量成果从旧空间基准高精度地转换到新空间基准。

Description

一种基于格网模型的大地测量成果转换方法
技术领域
本发明涉及大地测量成果转换领域，特别是涉及一种基于格网模型的大地测量成果转换方法。
背景技术
2000国家大地坐标系是我国自主建立、适应现代空间技术发展趋势的地心坐标系。国土资源部规定从2018年7月1日起自然资源系统将全面使用2000国家大地坐标系(CGCS2000)。如何实现现有测绘成果转换向CGCS2000高精度的转换是需要面对的问题。经典的大地测量坐标系统不可避免地会存在局部变形，而基于现代空间技术测量的新的地心坐标系统则不会存在较大的误差累积。然而，两套坐标系统直接经过相似转换后往往存在较大残差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于格网模型的大地测量成果转换方法，能够解决现有技术中存在的“两套坐标系统直接经过相似转换后往往存在较大残差”的技术问题。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对已有大地坐标点位数据进行空间分析及格网点划分，采用等间距的正方形格网划分；
S2：利用同名点数据，根据Bursa模型计算所有格网点的大地空间坐标转换七参数，存入数据库；
S3：利用步骤S2得到的格网点的大地空间坐标转换七参数，内插得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数；
S4：根据待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，利用Bursa模型求得待转换成果点位在目标大地空间坐标系下的坐标。
进一步，所述步骤S1中，正方形格网的大小根据控制点密度确定。
进一步，所述步骤S2具体包括以下过程：
S21：以待求格网点为中心，搜索相邻格网中的同名控制点；
S22：利用步骤S21搜索到的同名控制点，通过式(1)得到格网点的大地空间坐标转换七参数：
式(1)中，(XA，YA，ZA)为同名控制点在原大地空间坐标系下的坐标，(XB，YB，ZB)为同名控制点在目标大地空间坐标系下的坐标，(ΔX，ΔY，ΔZ)为原大地空间坐标系与目标大地空间坐标系在坐标轴方向的平移参数，(ωX，ωY，ωZ)为分别绕原大地空间坐标系三个坐标轴的旋转参数，m为尺度参数，ΔX、ΔY、ΔZ、ωX、ωY、ωZ和m共同构成格网点的大地空间坐标转换七参数；
S23：将步骤S22得到的格网点的大地空间坐标转换七参数存入数据库。
进一步，所述步骤S21中，至少搜索三组同名控制点。
5、根据权利要求1所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下过程：
S31：判断待转换成果点位附近是否存在格网点；
S32：计算待转换成果点位到各格网点的距离；
S33：通过式(2)计算各格网点的权重：
式(2)中，λi为第i个格网点的权重，di为待转换成果点位到第i个格网点的距离；
S34：通过式(3)得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数：
式(3)中，为待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，为步骤S2得到的第i个格网点的大地空间坐标转换七参数。
有益效果：本发明公开了一种基于格网模型的大地测量成果转换方法，可以实现将现有大地测量成果，如测量控制点坐标、地形图、地籍图等，从旧空间基准转换到新空间基准，并保持高精度(高保真)转换。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中实验数据点位分布图；
图2为本发明具体实施方式中两种模型拟合结果x方向的误差分布情况；
图3为本发明具体实施方式中两种模型拟合结果y方向的误差分布情况；
图4为本发明具体实施方式中两种模型拟合结果h方向的误差分布情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种基于格网模型的大地测量成果转换方法，包括以下步骤：
S1：对已有大地坐标点位数据进行空间分析及格网点划分，采用等间距的正方形格网划分，正方形格网的大小根据控制点密度确定。如图1所示，利用JS省CORS中心73个控制点BJ54和CGCS2000两套坐标系统。在区域内73个测量控制点基本均匀分布于整个区域。现对整个区域进行格网划分。根据已知控制点密度情况，本实例中，取△X＝10km，△Y＝10km，即网格划分为10km×10km，将所给定的区域进行格网化。
S2：利用同名点数据，根据Bursa模型计算所有格网点的大地空间坐标转换七参数，存入数据库。
S3：利用步骤S2得到的格网点的大地空间坐标转换七参数，内插得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数。
S4：根据待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，利用Bursa模型求得待转换成果点位在目标大地空间坐标系下的坐标。
现有的很多测绘成果是北京54或西安80坐标系下的，本具体实施方式是将北京54或西安80坐标系下的数据转换为CGCS2000大地空间坐标系下的数据。步骤S1中“已有大地坐标点位数据”就是指北京54或西安80坐标系下的大地坐标点位数据，步骤S4中的“新的大地空间坐标系下的坐标”是指CGCS2000大地空间坐标系下的坐标。
步骤S2具体包括以下过程：
S21：以待求格网点为中心，搜索相邻格网中的同名控制点，至少搜索三组同名控制点。当同名控制点数量≥3时，即存在多余观测，可用最小二乘法进行最优转换参数计算。为提高拟合精度，本具体实施方式中同名控制点数量设置大于等于5。
S22：利用步骤S21搜索到的同名控制点，通过式(1)得到格网点的大地空间坐标转换七参数：
式(1)中，(XA，YA，ZA)为同名控制点在原大地空间坐标系下的坐标，(XB，YB，ZB)为同名控制点在目标大地空间坐标系下的坐标，(ΔX，ΔY，ΔZ)为原大地空间坐标系与目标大地空间坐标系在坐标轴方向的平移参数，(ωX，ωY，ωZ)为分别绕原大地空间坐标系三个坐标轴的旋转参数，m为尺度参数，ΔX、ΔY、ΔZ、ωX、ωY、ωZ和m共同构成格网点的大地空间坐标转换七参数；
S23：将步骤S22得到的格网点的大地空间坐标转换七参数存入数据库。
步骤S3包括以下过程：
S31：判断待转换成果点位附近是否存在格网点；
S32：计算待转换成果点位到各格网点的距离；
S33：通过式(2)计算各格网点的权重：
式(2)中，λi为第i个格网点的权重，di为待转换成果点位到第i个格网点的距离；
S34：通过式(3)得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数：
式(3)中，为待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，为步骤S2得到的第i个格网点的大地空间坐标转换七参数。
为了比较本具体实施方式方法的应用效果，从本工程实例中抽出13个检核点PT006、PT010、PT016、PT018、PT024、PT029、PT031、PT033、PT036、PT044、PT045、PT050、PT052，比较不同方法的计算结果。不同方法拟合结果如表1所示：
表1拟合精度对比表
从表1中可以看出：相比于整体区域拟合法的点位误差为3.739m，本具体实施方式方法的点位误差为2.396m，精度提升35.9％。且本具体实施方式方法在x、y、h方向上精度均有较大提高，其中x方向精度提高30.7％，y方向精度提高39.7％，h方向精度提高25.0％。
图2-图4为本发明具体实施方式中两种模型拟合结果分别在x、y、h方向的误差分布情况。由图2-图4可知大部分检核点在x、y、h三个方向的拟合精度都有提升，且误差最大值均有减小，这也与综合点位误差的分布相呼应。

Claims (5)

1.一种基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对已有大地坐标点位数据进行空间分析及格网点划分，采用等间距的正方形格网划分；
S2：利用同名点数据，根据Bursa模型计算所有格网点的大地空间坐标转换七参数，存入数据库；
S3：利用步骤S2得到的格网点的大地空间坐标转换七参数，内插得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数；
S4：根据待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，利用Bursa模型求得待转换成果点位在目标大地空间坐标系下的坐标。
2.根据权利要求1所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：所述步骤S1中，正方形格网的大小根据控制点密度确定。
3.根据权利要求1所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下过程：
S21：以待求格网点为中心，搜索相邻格网中的同名控制点；
S22：利用步骤S21搜索到的同名控制点，通过式(1)得到格网点的大地空间坐标转换七参数：
式(1)中，(XA，YA，ZA)为同名控制点在原大地空间坐标系下的坐标，(XB，YB，ZB)为同名控制点在目标大地空间坐标系下的坐标，(ΔX，ΔY，ΔZ)为原大地空间坐标系与目标大地空间坐标系在坐标轴方向的平移参数，(ωX，ωY，ωz)为分别绕原大地空间坐标系三个坐标轴的旋转参数，m为尺度参数，ΔX、ΔY、ΔZ、ωX、ωY、ωz和m共同构成格网点的大地空间坐标转换七参数；
S23：将步骤S22得到的格网点的大地空间坐标转换七参数存入数据库。
4.根据权利要求1所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：所述步骤S21中，至少搜索三组同名控制点。
5.根据权利要求1所述的基于格网模型的大地测量成果转换方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下过程：
S31：判断待转换成果点位附近是否存在格网点；
S32：计算待转换成果点位到各格网点的距离；
S33：通过式(2)计算各格网点的权重：
式(2)中，λi为第i个格网点的权重，di为待转换成果点位到第i个格网点的距离；
S34：通过式(3)得到待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数：
式(3)中，为待转换成果点位的大地空间坐标转换七参数，为步骤S2得到的第i个格网点的大地空间坐标转换七参数。
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