CN111307125B - 基于gnss和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，包括以下步骤：在WGS84坐标系下，以已知点为固定点，对GNSS观测的控制网进行三维平差，计算控制点的大地坐标(B0,L0,H0)；在WGS84坐标系下，通过高斯投影正算来计算已知点的高斯平面坐标(xg0,yg0)，以已知点为固定点对GNSS和地面测距进行二维联合平差，得到控制点的高斯平面坐标(x0,y0)；通过高斯投影反算将控制点的高斯平面坐标(x0,y0)转换为大地坐标(B1,L1)，得到控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)；对控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)进行斜轴圆柱投影正算，得到控制点的斜轴坐标(x1,y1)。本发明根据GNSS观测值和地面测距进行二维联合平差，得到了斜轴坐标，其理论严密，可显著提高坐标相对精度。

Description

基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法
技术领域
本发明涉及工程测绘技术领域，具体地指一种基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法。
背景技术
现有技术中，为解决东西向跨度较大线路工程的高斯投影变形问题,一般采用多个投影带方法,但因多个投影带导致的误差和频繁的坐标转换，进而可能出现不同投影带的坐标衔接错误，从而造成极大的施工经济损失。
考虑到高程归化的斜轴圆柱投影的方法可以有效控制投影变形，一般需要对GNSS(即全球导航卫星系统)控制网进行三维平差来获得控制点的大地坐标，然后再进行斜轴圆柱投影才能得到斜轴坐标。
然而，上述斜轴圆柱投影方法存在以下缺陷：对于隧洞控制网、桥梁控制网等需要提高某些控制点之间的相对精度，而GNSS控制网(中误差5～10mm)难以满足要求。
因此，需要开发出一种高精度的斜轴坐标测量方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，能够提高坐标精度。
为实现上述目的，本发明所设计的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法包括以下步骤：(1)在WGS84坐标系下，以已知点为固定点，对GNSS观测的控制网进行三维平差，计算控制点的大地坐标(B0,L0,H0)；(2)在WGS84坐标系下，通过高斯投影正算来计算已知点的高斯平面坐标(xg0,yg0)，以已知点为固定点对GNSS和地面测距进行二维联合平差，得到控制点的高斯平面坐标(x0,y0)；(3)通过高斯投影反算将控制点的高斯平面坐标(x0,y0)转换为大地坐标(B1,L1)，得到控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)；(4)对控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)进行斜轴圆柱投影正算，得到控制点的斜轴坐标(x1,y1)。
作为优选方案，在所述步骤(2)中，GNSS和地面测距进行二维联合平差的输入数据通过以下步骤得到：(5)对采用高精度全站仪测量控制网所得到的地面测距D进行预处理。
作为优选方案，在所述步骤(5)中，对控制网的地面测距进行高斯投影和高程面改化，得到控制点的地面测距D1作为所述步骤(2)中GNSS和地面测距二维联合平差的输入数据。
本发明的有益效果是：本发明的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，根据GNSS控制网平差和地面测距进行二维联合平差，得到的控制点大地坐标，最终得到高精度的斜轴坐标，其理论严密，可显著提高坐标相对精度。
附图说明
图1为控制网的控制点分布情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了解决上述背景技术的不足，考虑到高精度的测距(中误差1mm)可以显著提高坐标相对精度，本发明提供一种基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，由GNSS和地面测距的二维联合平差得到新的控制点的大地坐标，数学模型严密，能够大大提高坐标精度。
本发明优选实施例的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，包括以下步骤：
(1)在WGS84坐标系下，以控制网中若干已知点为固定点，对GNSS观测的控制网进行三维平差，计算控制点的大地坐标(B0,L0,H0)。
其中，若干已知点为高级控制点，需要专门测量。
(2)二维平差前对控制点的地面测距D进行预处理。对采用高精度全站仪测量控制网所得到控制点的地面测距D进行高斯投影和高程面改化，如此预处理后得到控制网的地面测距D1作为下一步骤中GNSS和地面测距二维联合平差的输入数据。
(3)在WGS84坐标系下，通过高斯投影正算计算若干已知点的高斯平面坐标(xg0,yg0)，以若干已知点为固定点对GNSS和地面测距进行二维联合平差，得到控制点的高斯平面坐标(x0,y0)。
(4)、通过高斯投影反算将控制点的高斯平面坐标(x0,y0)转换为大地坐标(B1,L1)，然后得到控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)。
(5)、对控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)进行斜轴圆柱投影正算，最终得到控制点的斜轴坐标(x1,y1)。
以下以一个由14个同步观测的控制点构成的某隧道工程施工控制网为实例进行基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法的说明。控制点网如图1中所示，其中2点为已知点，由33条GNSS独立基线构成的控制网(中误差5mm+1ppm)，并观测了12条高精度边长(中误差1mm)。
首先，对GNSS控制网进行三维平差，以已知点1783、1785为固定点，计算控制点的大地坐标(B0,L0,H0)，如表1中所示。
表1控制点的大地坐标
Figure BDA0002293310350000031
Figure BDA0002293310350000041
通过高斯投影正算，将固定点1783、1785的大地坐标(B0,L0)转换为高斯平面坐标(xg0,yg0)，如表2中所示。
表2固定点的高斯平面坐标
Figure BDA0002293310350000042
对控制路线的地面测距D进行高斯投影和高程面改化，选定中央子午线110°30′、高程投影面0m，如此预处理后得到控制点的地面测距D1，如表3中所示。
表3控制点的高地面测距
Figure BDA0002293310350000043
对GNSS控制网和地面测距进行二维联合平差，以1783、1785为固定点(xg0，yg0)，得到控制点的高斯平面坐标(x0，y0)，如表4中所示。
表4控制点的高斯平面坐标
Figure BDA0002293310350000051
通过高斯投影反算，将控制点的高斯平面坐标(x0,y0)转换为大地坐标(B1,L1)，以大地坐标(B1,L1)替换原来的大地坐标(B0,L0)，然后得到控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)，如表5中所示。
表5控制点的新大地坐标
Figure BDA0002293310350000052
Figure BDA0002293310350000061
对控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)进行斜轴圆柱投影正算，最终得到控制点的斜轴坐标(x1，y1)。
将上述基于GNSS和地面测距进行二维联合平差后得到的斜轴坐标与GNSS平差坐标进行比较，如表6中所示。
表6联合平差的斜轴坐标与GNSS平差的斜轴坐标对比表
Figure BDA0002293310350000062
从上表可见，GNSS控制网平差、GNSS和地面测距联合平差的坐标最大较差△X为-7.8mm，最大较差△Y为-5.0mm，对于精密控制网，坐标较差比较明显。由此可见，本发明的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，根据GNSS控制网平差和地面测距进行二维联合平差，得到的控制点大地坐标，最终得到高精度的斜轴坐标，其理论严密，可显著提高坐标相对精度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，包括以下步骤：
(1)在WGS84坐标系下，以已知点为固定点，对GNSS观测的控制网进行三维平差，计算控制点的大地坐标(B0,L0,H0)；
(2)在WGS84坐标系下，通过高斯投影正算来计算已知点的高斯平面坐标(xg0,yg0)，以已知点为固定点对GNSS和地面测距进行二维联合平差，得到控制点的高斯平面坐标(x0,y0)；
(3)通过高斯投影反算将控制点的高斯平面坐标(x0,y0)转换为大地坐标(B1,L1)，得到控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)；
(4)对控制点的新的大地坐标(B1,L1,H0)进行斜轴圆柱投影正算，得到控制点的斜轴坐标(x1,y1)。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，GNSS和地面测距进行二维联合平差的输入数据通过以下步骤得到：
(5)对采用高精度全站仪测量控制网所得到的地面测距D进行预处理。
3.根据权利要求2所述的基于GNSS和地面测距联合平差的斜轴圆柱投影方法，其特征在于：在所述步骤(5)中，对控制网的地面测距进行高斯投影和高程面改化，得到控制点的地面测距D1作为所述步骤(2)中GNSS和地面测距二维联合平差的输入数据。
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