[发明专利]基线约束的单站坐标转换装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制测量用坐标转换装置及方法，特别是一种基线约束的单站坐标转换装置及方法。

背景技术

目前，坐标表示方法大致有三种：经纬度及大地高，空间直角坐标，平面坐标及高程。全球卫星定位系统即GPS测量的坐标为空间直角坐标XYZ，也可换算为经纬度及高程BLH。我国常采用的是北京54平面坐标及高程xyh，在已知投影基准和投影参数的情况下可转换为经纬度及高程BLH。其中，GPS坐标系统采用的是WGS-84椭球体，而北京54坐标系统采用的是克拉索夫斯基椭球体。基于相同椭球基准的坐标转换都是严密的，但在不同椭球体之间的坐标转换，因为它们基于两个不同的椭球基准，这种转换是不严密的。WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套可以在全国范围通用的转换参数。

对于三维空间坐标系之间的转换，目前普遍采用七参数法，所述的七参数法为布尔莎或莫洛金斯基模型，七个参数为：X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。由此可知，求解七个三维坐标转换参数，需要不少于3个公共点。对于二维平面坐标系之间的转换，目前普遍采用的方法是四参数法，四个参数为X平移，Y平移，旋转Θ，尺度变化K。由此可知，求解四个平面坐标转换参数，需要不少于2个公共点。

要获得某区域的坐标转换参数，上述常规七参数法或常规四参数法要求控制点数量分别在3个或2个以上。为提高坐标转换精度，一般采用的控制点数量是以上限值的2~3倍，且要求控制点基本覆盖整个测区。然而，在山区及西部测图区控制点的数量是非常稀缺的。因此，采用常规七参数法或四参数法，在控制点稀缺地区必须进行控制点加密测量工作，这就大大增加了人力、物力和财力成本，延长了作业周期。

发明内容

本发明的目的是要提供一种方法简单、无需进行控制点加密、快速准确地求解不同坐标系之间转换参数的基线约束的单站坐标转换装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：基线约束的单站坐标转换装置，包括：GPS接收机、RTK天线、全站仪棱镜、水平圆水准器、托杆、上底座、基座圆水准器、脚螺旋和下底座；

托杆通过螺栓与上底座连接，托杆水平安装，在托杆的两端分别安装有GPS接收机、RTK天线和全站仪棱镜，在托杆的中间位置连接有水平圆水准器和基座圆水准器，上底座通过脚螺旋与下底座连接。

基线约束的单站坐标转换方法步骤如下：

1、精确量取单站坐标转换装置中GPS接收机中心至全站仪棱镜中心的长度，量取精度为mm；

2、在两个已知点O和S上分别架设全站仪和棱镜；

3、选取以O为中心，距离为50~100m，三个方向大致均匀分布的3-1、3-2、3-3号点作为测点，依次架设单站坐标转换装置，并调节脚螺旋，使水平圆水准器和基座圆水准器中的气泡居中；

4、对全站仪和棱镜进行对中、整平，并进行后视定向；

5、首先将单站坐标转换装置安放在3-1号点，并调节脚螺旋使水平圆水准器和基座圆水准器中的气泡居中；开启GPS RTK测量，并设置坐标系统为WGS-84，在信号固定之后开始采集数据，同时全站仪瞄准单站坐标转换装置中棱镜中心进行坐标测量；

6、以上述托杆方向作为初始方向，顺时针依次旋转90°，并重复第4步进行数据采集，直至旋转完一周，共四个方向为止；

7、采集完3-1号点的数据，将单站坐标转换装置依次安放到3-2、3-3号点，重复第4、5步的操作，并确认各事项都准确以后，便可进行下个点的观测； 

8、数据采集的过程中，全站仪一次性架站，无须移动，设置的观测点数目不少于3个，且要均匀分布。

有益效果：由于采用了上述方案，依托于GPS RTK和全站仪野外采集的数据解算坐标转换参数，获得基于三维空间直角坐标转换的七参数，或者获得基于平面坐标转换的四参数。在求解七参数时，需要将全站仪采集的坐标转换为基于北京54椭球的三维空间直角坐标，GPS RTK坐标则直接取WGS-84坐标系下的三维空间直角坐标数据。据此利用布尔莎模型和莫洛金斯基模型两种方法分别求得相应的转换七参数；在求解四参数时，需要将GPS RTK采集的坐标高斯投影到北京54椭球坐标系统下，全站仪采集的坐标则直接取其测量的北京54平面坐标。据此利用四参数转换模型直接求解坐标转换的参数。结合了GPS RTK实时动态定位和全站仪联合测量的技术，在只需要两个通视控制点的条件下无需加密，即可精确求得该区域的转换参数，解决了控制点稀缺地区的坐标转换参数快速准确测定的问题。