CN112946691B - 顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状，确定坐标转换分段范围及坐标转换控制点，实现GNSS三维坐标测量；通过带状区域高程异常关系曲线建立高程异常趋势线，结合带状区域平面形态，确定参数转换控制点选取，综合考虑了高程异常趋势变化及带状区域平面形态，可清晰明确的确定分段，且避免了高程异常趋势线截断造成精度损失。利用本发明可清晰、明确的确定带状区域坐标转换分段，且提高坐标转换精度。本发明有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及测绘工程坐标转换领域，尤其涉及顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法。
背景技术
随着省级CORS、各类工程应用CORS、企业商用CORS站网的建立，为GNSS定位测量带来极大的便利，使得GNSS三维实时测量得以实现。目前CORS网测得的坐标多为CGCS2000坐标系，其高程为大地高，而我国采用的高程系统为正常高系统，因此需要进行高程坐标转换。此外，随着CGCS2000坐标系全面使用，以往我国采用的坐标系为1954年北京坐标系、1980西安坐标系、部分省市或者工程的独立坐标系等，存量测绘成果或系统性工程等都涉及坐标转换。目前大范围坐标转换，使用最广的是布尔沙(Bursa)三维七参数转换模型。坐标转换区域越大，坐标转换精度越低，为提高转换精度，须将转换区域划分为多个转换区，但分区过多，计算复杂，且野外作业及数据处理时，需频繁的更换参数，因而坐标转换分段是个难点。目前已有的研究，或者研究平面转换精度，或者研究高程转换精度，涉及三维坐标转换研究较少，而带状区域坐标转换分区/段则更是难点。然而铁路、公路、电力、石油、水利工程都为带状区域，为实现真正GNSS三维测量，准确可靠的坐标转换参数必不可少。
关于带状区域坐标转换分段，目前有采用平均分段法，经验值为30km一段。也有综合考虑地形高低起伏、转折及同名点分布的情况的。根据目前研究，三维七参数在50km范围内精度较高，可以满足测绘工程需求。因此带状坐标转换分段主要受制于高程精度转换，而高程精度转换主要取决于高程异常趋势变化，以往的带状区域坐标转换分段没有从制约三维坐标转换精度的高程异常值出发，来有效的进行带状区域坐标转换分段。本发明顾及高程异常趋势线进行带状区域坐标转换分段，提高了分段效率，且能有效的顾及高程异常，避免平均分段截断趋势线引入坐标转换误差，提高了坐标转换精度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，解决以往带状区域分段方法造成高程异常趋势截断造成坐标转换误差，提高了坐标转换分段效率，提高坐标转换精度。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状，确定坐标转换分段范围及坐标转换控制点，实现GNSS(全球导航卫星系统定位)三维坐标测量。
进一步，所述高程异常趋势线根据已有的既有转换坐标，和又有待转换坐标的同名点在带状区域中里程及高程异常，建立里程与高程异常关系曲线。
进一步，所述高程异常趋势线的确定步骤为：
S1、通过关系曲线走势分段；
S2、利用最小二乘法或者目视确定高程异常趋势线。
进一步，所述S1的分段方法为：根据趋势根据趋势线斜率的正负值进行首次分段，以满足坐标转换精度要求则止；否则，进一步根据斜率变化进一步细分，直到分段满足精度要求为止。
进一步，所述结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状为利用带状区域的平面形态及高程异常趋势线变化的交集进行分段。
进一步，所述坐标转换控制点的数量为：七参数选取至少三个点。
进一步，所述坐标转换控制点应选取分段的首尾及其分段区间内能控制平面形态及高程异常趋势变化的控制点。
进一步，所述坐标转换分段范围的间距应综合考虑平面形态及高程异常趋势线进行选取，使得控制点选取基本能代表分段的平面形态，且与高程异常趋势线一致。
本发明的有益效果为：通过带状区域里程——高程异常关系曲线建立高程异常趋势线，结合带状区域平面形态，确定参数转换控制点选取，综合考虑了高程异常趋势变化及带状区域平面形态，可清晰明确的确定分段，且避免了高程异常趋势线截断造成精度损失。利用本发明可清晰、明确的确定带状区域坐标转换分段，且提高坐标转换精度。本发明有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
图1为带状区域里程——高程异常关系曲线。
图2为带状区域高程异常趋势线及分段。
图3为带状区域平面形态及分段。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，其特征在于：结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状，确定坐标转换分段范围及坐标转换控制点，实现GNSS(全球导航卫星系统定位)三维坐标测量。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，利用带状区域里程——高程异常关系曲线建立高程异常趋势线，结合带状区域平面形态，以二者交集确定分段及控制点选取，实现带状区域坐标转换分段及参数求取控制点确定，提高了坐标转换效率，提高了带状区域坐标转换精度。
具体的，所述的顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，坐标转换同名点可通过收集测区控制点，控制点密度越大，精度越高。一般高程异常变化较大的山区等，平均间距以1～3km为宜，高程异常变化较小的区域以3～5km为宜。高程异常计算式：ξ＝H-h，式中ξ为高程异常，H为大地高，h为正常高。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，带状线路的里程如铁路、公路、石油线路、电力线、输水工程均从设计开始，即设定了里程数，对于水电工程、水运工程等，设计后也均量取并确定航/河道里程。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，依据前述的高程异常、带状区域的里程，可建立里程——高程异常关系线，如图1。
所述高程异常趋势线根据已有的既有转换坐标，和又有待转换坐标的同名点在带状区域中里程及高程异常，建立里程——高程异常关系曲线。
如图2所示，所述高程异常趋势线的确定步骤为：
S1、通过关系曲线走势分段；
S2、利用最小二乘法或者目视确定高程异常趋势线。
如图2所示，所述S1的分段方法为：根据趋势根据趋势线斜率的正负值进行首次分段，以满足坐标转换精度要求则止；否则，进一步确定斜率变化进一步细分，直到满足精度要求为止。
如图3所示，所述结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状为利用带状区域的平面形态及高程异常趋势线变化的交集进行分段。
所述坐标转换控制点的数量为：七参数选取至少三个点。
所述坐标转换控制点应选取分段的首尾及其分段区间内能控制平面形态及高程异常趋势变化的控制点。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，参数求取的控制点分段的首末应选点，结合控制平面形态及高程异常趋势线，确定分段区间内的控制点，确定最终分段。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，坐标转换参数模型很多，最常用的模型为布尔沙三维七参数转换模型。
所述坐标转换分段范围的间距应综合考虑平面形态及高程异常趋势线进行选取，使得控制点选取基本能代表分段的平面形态，且与高程异常趋势线一致。
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，坐标转换精度评定分为内符合精度和外符合精度，精度评定计算式为：m为中误差，Δ为利用参数求取的坐标与已知坐标的较差，n为点数。通过计算中误差，判断是否满足精度要求。如不满足要求，则判断是平面还是高程不满足，平面不满足时，依据平面形态细化区段，高程不满足时，依据高程异常趋势线斜率细化分段，直到满足要求为止。
在使用时，首先统计控制点，计算高程异常，确定各控制点在带状区域中里程，高程异常控制点及计算见表1。
表1高程异常控制点及计算表
里程——高程异常关系曲线：根据表1，建立里程——高程异常关系曲线见图1。
高程异常趋势线：依据图1、表1，建立高程异常曲线，如图2。
高程分段：依据图2，通过高程异常趋势线的斜率，进行高程分段，如图2。
平面分段：利用带状区域形态图，进行平面分段，如图3。
最终分段：以平面、高程分段的交集确定最终分段。如图3，本实例最终分为5段。
参数控制点选取：分段首末应选点，分段区间综合考虑控制平面形态、高程异常趋势变化为原则。
精度评定：依据精度评定计算式，本案例的内符合平面精度为±0.04m，高程精度为±0.03m；外符合平面精度为±0.04m，高程精度为±0.05m。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，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 (1)
1.顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法，其特征在于：结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状，确定坐标转换分段范围及坐标转换控制点，实现GNSS三维坐标测量；
所述高程异常趋势线根据已有的既有转换坐标，和又有待转换坐标的同名点在带状区域中里程及高程异常，建立里程与高程异常关系曲线；
所述高程异常趋势线的确定步骤为：
S1、通过关系曲线走势分段；
S2、利用最小二乘法或者目视确定高程异常趋势线；
所述S1的分段方法为：根据趋势根据趋势线斜率的正负值进行首次分段，以满足坐标转换精度要求则止；否则，进一步根据斜率变化进一步细分，直到分段满足精度要求为止；
所述结合带状区域高程异常趋势线及带状区域形状为利用带状区域的平面形态及高程异常趋势线变化的交集进行分段；
所述坐标转换控制点的数量为：七参数选取至少三个点；
所述坐标转换控制点应选取分段的首尾及其分段区间内能控制平面形态及高程异常趋势变化的控制点；
所述坐标转换分段范围的间距应综合考虑平面形态及高程异常趋势线进行选取，使得控制点选取基本能代表分段的平面形态，且与高程异常趋势线一致；
顾及高程异常趋势变化的带状区域坐标转换分段方法中，坐标转换精度评定分为内符合精度和外符合精度，精度评定计算式为：m为中误差，Δ为利用参数求取的坐标与已知坐标的较差，n为点数；
通过计算中误差，判断是否满足精度要求；如不满足要求，则判断是平面还是高程不满足，平面不满足时，依据平面形态细化区段，高程不满足时，依据高程异常趋势线斜率细化分段，直到满足要求为止。
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