本文是一篇测绘工程论文,本研究通过联测 IGS 站和平差,建立了测区CGCS2000坐标系;利用平面四参数模型建立了CGCS2000坐标系与XA80坐标系之间的联系;基于 EGM2008 模型和“移去-恢复”法,建立了测区似大地水准面;通过移动中央子午线和改变投影高程面,建立了测区抵偿坐标系。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
为了满足通榆县农村集体建设用地使用权和房屋调查确权登记发证工作需要,通榆县国土资源局决定在全县域内建立 C 级 GNSS 控制网,以便为该县开展土地测绘工作建立统一的控制基准。作为该项目的中标单位,白城市国源测绘责任有限公司邀请勘查与测绘工程学院作为该项目的技术依托单位。根据分工,作者负责此项目的数据处理工作。
研究的目的在于利用现代数据采集和数据处理技术,建立通榆县 C 级平面控制网和拟合似大地水准面,为该县开展土地测绘工作建立统一的平面和高程控制基准。
论文中的数据处理实践涉及基线解算、网平差计算、坐标转换、似大地水准面拟合、抵偿坐标系的建立等,内容涵盖全面,其中积累的经验,对其它单位从事类似项目具有重要参考意义。
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1.2 国内外工程实践及研究现状
全球定位系统(GPS)以其全球覆盖、自动化、全天候、高精度、高效率等显著特点被广泛应用于需要位置服务的各个领域。1984 年美国的斯坦福粒子加速器的施工控制网建设中利用 GPS 技术,平差后点的平面精度可达 1-2mm,点的高程精度达2-3mm。1987 年横跨英吉利海峡的欧洲海底隧道工程在建设的过程中,采用 GPS进行控制时比采用传统大地测量方法,在减少了工程的人力、物力、财力的同时,精度还提高了4倍。美国利用GPS实时测定导弹弹头的位置,对弹道进行偏差修正,使打击目标的精度受距离的限制变小,命中误差可以达到 lm。
目前来说,在基线解算方面的软件主要分为科研软件与商用软件。世界上普便使用的 GNSS 数据处理科研软件分别是:GAMIT、Bernese、GNSSer 等,其中国内普便采用 GAMIT/GLOBK、BERNESE 来进行基线解算,并取得可靠的精度,给出了许多有益的结论。国外的 TBC、LGO、Pinnacle 等商用软件大都应用于有较高精度要求基线解算[10-13], 国内商业软件大多应用于精度要求较低的控制网项目。
在网平差软件方面,由于 GLOBK、LGO 等软件生成的网平差报告不符合中国规范的要求,所以国内多选择 CosaGPS、POWERADJ、GPSNET 等软件进行网平差;而网平差方法分为无约束平差、约束平差、联合平差等,网平差中最重要是筛选出与控制网融合度较好的控制点。坐标转换针对不同的已知条件常用的方法有三维七参数法、二维七参数法、布尔莎模型法、相似变换法、仿射变换法等,其中的关键在于病态方程的解决及控制点选取。似大地水准面拟合常用的方法有多项式拟合法、多面函数法、神经网络法、最小二乘配置法、移去恢复法等,它们之间的组合使用也较常见;拟合中选取合理的函数、解决病态方程方法、已知点是取得较好精度的重要条。抵偿坐标的计算常用的方法有膨胀椭球法、移动椭球法,选取适合测区的最佳抵偿面是整个计算过程的关键。
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第 2 章 基线解算与网平差
2.1 通榆县国土 C 级网概述
2.1.1 测区自然地理概况
通榆县隶属吉林省白城市,地处科尔沁草原东陲,东与乾安县相接,西与内蒙古自治区科尔沁右翼中县为界,南与长岭县相连,西南与内蒙古自治区科尔沁左翼中县相交,北与洮南市为邻。东北与大安市接壤。全县辖 8 个镇、6 个乡、2 个民族乡:开通镇、瞻榆镇、双岗镇、兴隆山镇、边昭镇、鸿兴镇、新华镇、乌兰花镇、新发乡、新兴乡、向海蒙古族乡、包拉温都蒙古族乡、团结乡、十花道乡、八面乡、苏公坨乡。共有 172 个村,还有 6 个畜牧(林)场。2013 年,通榆县总人口为 36万人。其中,有苗族,朝鲜族等少数民族。
通榆县地处松辽平原西部,地势平坦,西北高东南低,海拔高低差仅 40 m,平均海拔 159 m。通榆县属北温带大陆性季节天气,年均气温 6.6℃,极端最低气温-25.9℃,极端最高气温 40.5 ℃,无霜期 162 天,年降雨量 332.4 mm,最大冻土深度 125 cm,年主导风向为西熏风和西冬风。
通榆县的京齐铁路(北京—齐齐哈尔)直通南北,长白(长春—白城)、科铁(内蒙科右中旗—黑龙江铁力县)两条高等级公路在县城交汇通过,从县城出发,可直达北京、天津、沈阳、大连、齐齐哈尔、长春、呼和浩特等大中城市。规划建设的嫩丹高速公路(黑龙江嫩江县—辽宁丹东市)、五右高速公路(黑龙江五常市—内蒙古科右中旗)将在通榆县穿过,规划的长乌(长春—乌斯台)铁路也将途经通榆县。通榆县城距内蒙古乌兰浩特机场 2 个小时路程,距正在规划和推进中的白城机场仅45 分钟路程。
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2.2 数据预处理
(1)TEQC 对观测数据的编辑
TEQC 是一种简单易用且功能强大的多星座(GPS、GLONASS、Galileo、SBAS、Beidou-2/Compass 和 QZSS)RINEX 或 BINEX 格式数据预处理软件,主要功能包含以下几个方面:
转换:导航二进制格式数据的读取或转换(可将观测文件、导航文件和气象文件的转换为 RINEX 或 BINEX 格式数据);
编辑:包括时间窗口;文件切割;卫星或其他数据过滤;元数据提取、编辑、更正 RINEX 头文件信息或 BINEX 元数据记录;
质量检查:GPS、GLONASS 单独或混合数据的质量检查 (观测二进制、BINEX或 RINEX 观测文件)。质量检查部分的基本原理是通过检测 GPS/GLONSS 接收机的双频静态和动态数据进行伪距和相位观测量的线性组合,计算出多路径效应对 L1和 L2 观测量的影响(mp1,mp2)、电离层对相位的影响、电离层延迟的变化及接收机的钟漂和周跳(o/slps)等。最终的检查结果以文件形式输出结果。
数据预处理中主要涉及 TEQC 的数据编辑与质量检查功能。
由于在项目进行前未对 GAMIT 的 lfile.文件中的点名进行检查,测区 CORS 点名与 lfile.里面的测点名称重复,因此在 UBUNTU 系统下,对所有 CORS 站的测点名称进行重新命名;同一类型的各个接收机的名称及天线名称不一致,利用批处理命令更改一致。
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第 3 章 似大地水准面拟合.....................27
3.1 已知 GPS 水准点数据及点位分布 ....................... 27
3.2 基于 EGM2008 的似大地水准面拟合..................... 29
第 4 章 不同坐标系间的坐标转换...............................35
4.1 坐标转换的相关要求.......................... 35
4.2 公共点数据及点位分布.................... 35
第 5 章 抵偿坐标系的建立........................43
5.1 高斯投影带选择的规定及抵偿坐标系的建立方法.......................... 43
5.1.1 高斯投影带及抵偿面选择的规定 ..................... 43
5.1.2 抵偿坐标系的建立方法 ......................... 43
第 5 章 抵偿坐标系的建立
5.1 高斯投影带选择的规定及抵偿坐标系的建立方法
5.1.1 高斯投影带及抵偿面选择的规定
《农村建设用地和房屋调查技术规程》(DB22/T 2298 2015)规定,农村建设用地和房屋调查应使用高斯统一 3°带投影;当边长综合投影长度变形值大于±2.5cm/km 时,应根据具体情况依次选择:
1)有抵偿高程面的高斯统一 3°带投影该投影方式为只改变高程投影面的高度,不改变高斯统一 3°带之中央子午线的位置。
2)高斯任意带投影该投影方式为只改变高斯统一 3°带之中央子午线的位置,不改变高程投影面的高度。
3)有抵偿高程面的高斯任意带投影该投影方式为即改变高斯统一 3°带之中央子午线的位置,又改变高程投影面的高度。
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第 6 章 结论与展望
6.1 论文总结
本研究通过联测 IGS 站和平差,建立了测区 CGCS2000 坐标系;利用平面四参数模型建立了 CGCS2000 坐标系与 XA80 坐标系之间的联系;基于 EGM2008 模型和“移去-恢复”法,建立了测区似大地水准面;通过移动中央子午线和改变投影高程面,建立了测区抵偿坐标系等。在整个论文中所做的工作及取得的研究成果如下:
参考文献(略)