gps數(shù)據(jù)處理與坐標轉換畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　學　 院： </p><p>　　專業(yè)年級： 工程測量技術 </p><p>　　題 目：

2、 GPS數(shù)據(jù)處理與坐標轉換 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS衛(wèi)星定位技術在測繪領域得到了廣泛應用，GPS技術的發(fā)展導致了測繪行業(yè)一場深刻的技術革命。GPS測量在大范圍高精度控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立中起到了

3、越來越重要的作用，已逐漸取代了傳統(tǒng)的三角測量和導線測量建立控制網(wǎng)的方法，GPS在工程測量、地形圖測繪等方面也得到了充分的應用。為了實際應用，GPS測量成果需轉換為工程坐標系(或國家坐標系)、正常高系統(tǒng)成果。</p><p>　　GPS測量成果是WGS-84空間直角坐標或大地坐標，而我國在工程實際中使用的是工程坐標(地方坐標)或北京54坐標、西安80坐標和正常高，因而GPS測量成果需經(jīng)轉換才能在工程實際中使用。&l

4、t;/p><p>　　本次設計討論了GPS聯(lián)合解算的方法，GPS數(shù)據(jù)轉換的標準格式是RINX格式。通過數(shù)據(jù)格式的轉換，可以方便的進行GPS聯(lián)合作業(yè)。在設計中講述了坐標轉換和高程擬合的常用模型和方法，推導出了其詳細的求解方法，用Matlab編寫了幾種常用模型的坐標轉換和高程擬合程序，利用程序進行轉換，得到的結果符合精度要求。</p><p>　　此外，論文還對不同GPS數(shù)據(jù)處理與坐標轉換方法進行

5、了結果比較。對實際生產(chǎn)有一定的指導意義。</p><p>　　關鍵詞：GPS，坐標轉換，高程擬合，坐標系統(tǒng)，格式轉換</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p>　　

6、第一章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1課題的目的和意義- 1 -</p><p>　　1.2 GPS的發(fā)展及其在測繪中的應用- 1 -</p><p>　　1.3 GPS數(shù)據(jù)處理的研究現(xiàn)狀- 2 -</p><p>　　1.4 課題預期的目標- 3 -</p><p>　　第二章 GPS測量常

7、用坐標系統(tǒng)及其坐標轉換- 4 -</p><p>　　2.1 GPS測量常用坐標系統(tǒng)- 4 -</p><p>　　2.1.1我國常用的參心坐標系- 4 -</p><p>　　2.1.2 常用的地球質(zhì)心坐標系- 5 -</p><p>　　2.1.3 地方獨立坐標系- 5 -</p><p>　　2.2 坐

8、標系統(tǒng)轉換的理論基礎- 5 -</p><p>　　2.2.1 大地坐標與三維直角坐標之間的換算- 5 -</p><p>　　2.2.2 不同空間直角坐標系統(tǒng)之間的轉換(七參數(shù)法)- 7 -</p><p>　　2.2.3 不同高斯平面坐標的轉換(四參數(shù)法)- 8 -</p><p>　　2.3 WGS84坐標系和深圳獨立坐標系轉換

9、- 9 -</p><p>　　2.4 GPS高程擬合方法- 10 -</p><p>　　2.4.1平面擬合法- 10 -</p><p>　　2.4.2 二次曲面擬合- 11 -</p><p>　　2.4.3 多項式曲面擬合法- 11 -</p><p>　　2.5 菏澤龍固測區(qū)高程擬合- 12 -&

10、lt;/p><p>　　第三章 GPS數(shù)據(jù)處理- 15 -</p><p>　　3.1 GPS測量數(shù)據(jù)處理- 15 -</p><p>　　3.1.1 基線解算的類型- 15 -</p><p>　　3.1.2 基線解算結果的質(zhì)量評定指標- 15 -</p><p>　　3.1.3 影響基線解算結果質(zhì)量的幾個主要因

11、素及應對方法- 17 -</p><p>　　3.1.4 網(wǎng)平差的類型及作用- 18 -</p><p>　　3.2 學校測區(qū)GPS基線解算- 19 -</p><p>　　第四章GPS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合處理- 21 -</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)格式轉換的原理- 21 -</p><p>　　4.1.1 數(shù)據(jù)

12、格式轉換的原理- 21 -</p><p>　　4.1.2 標準數(shù)據(jù)格式轉換- 22 -</p><p>　　4.1.3 GPS數(shù)據(jù)標準格式- 22 -</p><p>　　4.2 GPS數(shù)據(jù)轉換與解算- 23 -</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)轉換- 23 -</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)解算

13、- 24 -</p><p>　　4.3 菏澤同三鐵礦GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合處理- 25 -</p><p>　　第五章 GPS數(shù)據(jù)處理程序開發(fā)- 28 -</p><p>　　5.1平面坐標轉換程序開發(fā)- 28 -</p><p>　　5.2高程轉換程序開發(fā)- 30 -</p><p>　　5.3 高斯鄰帶換算程序

14、開發(fā)- 33 -</p><p>　　結 論- 36 -</p><p>　　參考文獻- 37 -</p><p>　　致 謝- 39 -</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1課題的目的和意義</p><p>　　GP

15、S技術的全方位發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的測量方法。由于GPS測量的種種優(yōu)點，GPS 定位技術現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測量手段成為了主要的技術手段。為了實際應用，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)成果應轉換成本地坐標系，這種轉換愈來愈得到廣大工程技術人員的關注。為此，本次設計將對GPS坐標轉換理論、方法、轉換程序開發(fā)等進行設計，滿足GPS測量中的坐標轉換需求。</p><p>　　此外市面上出現(xiàn)了很多品牌的GPS測量儀器，這時由于

16、各GPS接收機的觀測數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一 ,引起GPS數(shù)據(jù)處理軟件的不通用 ,為用戶的使用帶來了困難 ,同時也為GPS觀測數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設置了障礙。因此 ,研究GPS觀測數(shù)據(jù)的格式轉換日趨必要。</p><p>　　本文的研究內(nèi)容和研究成果對保證工程GPS基線成果質(zhì)量、提高工程GPS測量效率等方面有較強的實用意義和一定的指導參考意義。</p><p>　　1.2 GPS的發(fā)展及

17、其在測繪中的應用</p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是從20世紀70年代由美國陸?？杖婇_始聯(lián)合研制的衛(wèi)星導航系統(tǒng):NAVSTAR/GPS，即Navigation Satellite Timing And Ranging/GlobalPositioning System，意思為導航衛(wèi)星測時測距/全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)研

18、制和生產(chǎn)作業(yè)三個階段。1978年2月22日，第一顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功;1989年2月14日，第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，GPS系統(tǒng)進入了生產(chǎn)作業(yè)階段;1994年3月10日，24顆工作衛(wèi)星全部進入預定軌道，系統(tǒng)全面投入正常運行。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位的能力。</p><p>　　GPS系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎的無線電導航定位系統(tǒng)，

19、GPS以其全球連續(xù)覆蓋、全天候工作、觀測簡便、定位精度高、觀測點之間無須通視、測量結果統(tǒng)一在WGS84坐標下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴。GPS廣泛地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、、海洋測量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等諸多領域。GPS系統(tǒng)的發(fā)展導致了導航和測繪行業(yè)一場深刻的技術革命。</p><

20、p>　　GPS定位技術以其精度高、速度快、費用低、操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應用于控制測量。我國利用GPS技術建立起了高精度的國家A, B級GPS網(wǎng)，平差后A級網(wǎng)的點位精度達厘米級，邊長相對精度達3×10-9; B級網(wǎng)的點位地心坐標精度達土0. IM，基線邊長相對中誤差達2x10-8,高程分量中誤差為3x10-8; A, B級GPS網(wǎng)己成為我國現(xiàn)代大地測量和基礎測繪的基本框架，在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮了重要的作用。</p

21、><p>　　1.3 GPS數(shù)據(jù)處理的研究現(xiàn)狀</p><p>　　GPS測量以其固有的優(yōu)良特性在測量領域得到了廣泛應用，使測量外業(yè)工作變得簡單和輕松，免除了常規(guī)測量工作中為滿足通視要求而選點造標的麻煩，觀測更是只需安置儀器、量天線高和開關機即可，其余工作則由儀器自動完成， 實現(xiàn)了智能化觀測。</p><p>　　在測量中，為了保證測量精度，獲取最適合應用的測量數(shù)據(jù)，就

22、對數(shù)據(jù)處理過程有了更高的要求。在工程應用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標系數(shù)據(jù)，GPS定位成果屬于WGS-84地心大地坐標系,致使將GPS地心坐標轉換成本地坐標的方法愈來愈得到廣大工程技術人員的關注。工程應用中經(jīng)常需要在不同坐標系之間進行坐標轉換以獲取不同坐標系下的坐標，特別是西安80-WGS84-北京54三種坐標系之間的轉換更是經(jīng)常被生產(chǎn)需求。</p><p>　　為了實際應用，GPS測量

23、成果需轉換為工程坐標系(或國家坐標系)、正常高系統(tǒng)成果。傳統(tǒng)的坐標轉換模型有布爾沙一沃爾夫、高斯投影正算、平面相似變換等模型。張項鐸等提出利用全球大地水準面推算平移參數(shù)，將WGS-84坐標轉換為國家坐標的方法;姜晨光等提出了三向尺度參數(shù)和二向尺度參數(shù)的坐標轉換模型和三維分離回歸的坐標轉換方法;余學祥等對GPS網(wǎng)平面坐標轉換的精度評定問題進行了研究;沈云中等提出了固定轉換參數(shù)的基線向量與地面己知數(shù)據(jù)進行聯(lián)合平差與轉換模型;吳兆福等應用BP

24、神經(jīng)網(wǎng)絡進行GPS坐標轉換;陳強對PE-90, WGS-84及BEJ54之間坐標轉換的算法進行了研究。</p><p>　　在高程擬合方面，熊永良等研究了顧及地形起伏影響的GPS正常高求解方法;沈學標研究了己知點數(shù)量、精度和位置對擬合精度的影響；尹獻德等提出用系統(tǒng)轉換方法推求高程異常;沙月進研究了用最小二乘配置法擬合GPS高程;胡伍生等研究了用神經(jīng)網(wǎng)絡轉換GPS高程,沈云中等研究了利用水準高程和高差擬合GPS點高

25、程模型;張興福等研究了GPS高程異常擬合精度的估算方法；邱斌等研究了加權平均擬合最佳權函數(shù)選取。在高程擬合系統(tǒng)方面，聶桂根、劉紅新等進行了開發(fā)和研究。</p><p>　　此外，由于GPS測量的種種優(yōu)點，GPS 定位技術現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測量手段成為了主要的技術手段，市面上出現(xiàn)了很多品牌的GPS測量儀器，這時由于各GPS接收機的觀測數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一 ,引起GPS數(shù)據(jù)處理軟件的不通用 ,為用戶的使用帶來了困難 ,同

26、時也為GPS觀測數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設置了障礙。因此 ,研究GPS觀測數(shù)據(jù)的格式轉換日趨必要。</p><p>　　1.4 課題預期的目標</p><p>　　本次設計利用南方GPS接收機，拓普康GPS接收機，天寶的GPS接收機，及各個接收機所對應的GPS數(shù)據(jù)處理軟件。GPS接收機的功能及軟件的功能都差不多，數(shù)據(jù)處理的流程都相似。學?，F(xiàn)有國家三四等控制點，坐標已知，便于設計方案

27、實施后的檢核。數(shù)據(jù)處理也可以用不同的軟件進行處理，比較結果。</p><p><b>　　預期目標：</b></p><p>　　1、通過對不同的GPS坐標轉換方法進行比較，得到不同GPS坐標轉換的精度。</p><p>　　2、不同GPS數(shù)據(jù)處理與坐標轉換方法的獲得的結果進行精度比較</p><p>　　3、不同格式、

28、不同時間GPS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合處理。</p><p>　　4、GPS數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)，軟件開發(fā)是基于matlab平臺。</p><p>　　第二章 GPS測量常用坐標系統(tǒng)及其坐標轉換</p><p>　　2.1 GPS測量常用坐標系統(tǒng)</p><p>　　2.1.1我國常用的參心坐標系</p><p>　　我國常用的參心坐

29、標系有1954北京坐標系和1980國家大地坐標系。</p><p>　　1） 1954北京坐標系</p><p>　　1954北京坐標系是由前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系傳遞而來的。當時總參測繪局在有關方面的建議與支持下，先將我國的一等鎖與前蘇聯(lián)遠東一等鎖相聯(lián)，然后以聯(lián)接處呼瑪、吉拉林、東寧基線網(wǎng)擴大邊端的蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系的坐標為起算數(shù)據(jù)，平差我國東北及東部地區(qū)一等鎖，這樣將傳

30、來的坐標系定名為1954北京坐標系。</p><p>　　1954北京坐標系采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)：長半軸：a=6 378 245m 、扁率f=1：298．3。可進一步求出：短半軸：b=6 356 863．018 77m。</p><p>　　嚴格來說，有1954北京坐標系和新1954北京坐標系兩種。這兩種坐標系有兩個明顯的區(qū)別：其一是坐標系統(tǒng)坐標軸的定向明確；其二是整體平差轉換值結果。

31、</p><p>　　對高斯平面坐標來說，兩者坐標差值在全國約80％地區(qū)在5m以內(nèi)，超過5m的主要集中在東北地區(qū)，其中大于10m又僅在少數(shù)邊沿地區(qū)，最大達12．9m。這個差值一般并沒有超過以往資用坐標與平差坐標之差的范圍。因此，反映在1：5萬及更小比例尺的地形圖上，絕大部分不超過0．1mm。</p><p>　　2） 1980國家大地坐標系</p><p>　　為了

32、適應大地測量發(fā)展的需要，我國于1978年決定建立我國新的坐標系，即1980年西安大地坐標系。</p><p>　　該坐標系采用的地球橢球基本參數(shù)包括幾何參數(shù)和物理參數(shù)，共計四個，并選用1975年國際大地測量學會推薦的數(shù)值：</p><p>　　地球橢球長半徑 a=6378140m ,</p><p>　　地心引力常數(shù) GM=3.986005*/ ,</p>

33、;<p>　　地球重力場二階帶球協(xié)系數(shù) =1.08263* ,</p><p>　　地球自轉角速度 w=7.292115*rad/s ，</p><p>　　根據(jù)物理大地測量學中的有關公式，可由上述四個參數(shù)算得：</p><p>　　地球橢球扁率 =1/298.257</p><p>　　赤道的正常重力值 =9.78032m/

34、。</p><p>　　該橢球在定位時滿足下列三個條件：</p><p>　　1、橢球短軸平行于地球地心指向地極原點GYD1968.0的方向；</p><p>　　2、大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺的子午面；</p><p>　　3、橢球面同似大地水準面在我國境內(nèi)最為密合。</p><p>　　2.1.2 常用

35、的地球質(zhì)心坐標系</p><p>　　WGS 84坐標系是一個協(xié)議地球坐標系，它的原點是地球的質(zhì)心，z軸指向國際時間局1984年定義的協(xié)議地球極點方向， 軸指向國際時間局1984年定義的零度子午面和協(xié)議地球極赤道的交點，y軸和z軸、 軸構成右手坐標系。WGS 84坐標系是地心地面坐標系，它是修正美國海軍導航星系統(tǒng)參考系NSWC9Z一2的原點和尺度變化，并旋轉其零度子午面與國際時間局定義的零度子午面相一致而得到的。

36、</p><p>　　2.1.3 地方獨立坐標系</p><p>　　在城市測量和工程測量中，若直接在國家坐標系中建立控制網(wǎng)，有時會使地面長度的投影變形較大，難以滿足實際或工程上的需要。為此，往往需要建立地方獨立坐標系。在常規(guī)測量中，這種地方獨立坐標系一般只是一種高斯平面坐標系，也可以說是一種不同于國家坐標系的參心坐標系。</p><p>　　2.2 坐標系統(tǒng)轉換的

37、理論基礎</p><p>　　2.2.1 大地坐標與三維直角坐標之間的換算</p><p>　　大地坐標系用大地緯度B、大地經(jīng)度L 和大地高H來表示點的位置。根據(jù)地圖投影的理論,大地坐標系可以通過一定的投影轉化為投影平面上的直角坐標系。</p><p>　　空間大地直角坐標系是一種以地球質(zhì)心為原點的右手直角坐標系,一般用X、Y、Z 表示點的位置。由于人造地球衛(wèi)星及其

38、他宇宙飛行器圍繞地球運轉時,其軌道平面隨時通過地球質(zhì)心。對它們的跟蹤觀測也以地球質(zhì)心為坐標原點,所以空間大地直角坐標系是衛(wèi)星大地測量中一種常用的基本坐標系。</p><p>　　現(xiàn)今,利用衛(wèi)星大地測量的手段,可以迅速地測定點的空間大地直角坐標,同時經(jīng)過數(shù)學變換,還可以求出點的大地坐標,用以加強和擴展地面大地網(wǎng),進行島嶼和洲際聯(lián)測。如圖1 所示,P 點的位置用空間大地直角坐標(X ,Y,Z) 表示,其相應的大地坐標

39、為(B ,L ,H) 。</p><p>　　(1) 由大地坐標求空間大地直角坐標: P 點位于大地高為H 的P′點處,此時由大地坐標求空間大地直角坐標的公式則為:</p><p>　　X = (N + H)cosBcosL</p><p>　　Y= (N + H)cosBsinL</p><p>　　Z = [N (1 - e2 ) + H

40、] sinB (2-1)</p><p>　　若位于橢球上則H 取值為0 。</p><p>　　(2) 由空間大地直角坐標求大地坐標: 當已知X、Y、Z 反求B、L 、H 時,可采用直接解法或迭代解法。下面采用直接解法。由公式(1) 得:</p><p>　　L = arctan(Y/X)

41、 (2-2)</p><p>　　H = (2-3)</p><p>　　B = arctan[(1 -)] (2-4)</p><p>　　圖2-1 　P 在大地直角坐標系的位

42、置</p><p>　　2.2.2 不同空間直角坐標系統(tǒng)之間的轉換(七參數(shù)法)</p><p>　　進行兩個不同空間直角坐標系統(tǒng)之間的坐標轉換,需要求出坐標系統(tǒng)之間的轉換參數(shù)。轉換參數(shù)一般是利用重合點的兩套坐標值通過一定的數(shù)學模型進行計算。當重合點數(shù)為三個以上時,可以采用七參數(shù)法進行轉換。</p><p>　　如圖2 所示,按以下步驟進行轉換坐標軸。</p&g

43、t;<p>　　圖2-2 　空間直角坐標系的轉換</p><p>　　第一OZ舊軸不動,繞其將OX舊,O Y舊軸旋轉微小角度εz ,旋轉后的坐標軸設為OX′、O Y′、OZ′;</p><p>　　第二,保持O Y′軸不動,繞其將OZ′、OX′軸旋轉微小角度εy ,旋轉后的坐標軸設為OX″、O Y″、OZ″;</p><p>　　第三,保持OX″軸不動

44、,繞其旋將O Y″、OZ″軸旋轉微小角度εx ,旋轉后的坐標軸設為OX新,O Y新,OZ新,則有這樣,將O - X舊Y舊Z 舊分別繞3 個坐標軸旋轉了3 個微小角度εz 、εy 、εx ,使其與O - X新Y新Z新重合。εx 、εy 、εz 稱為歐勒角。</p><p>　　以上三步轉換,由于εx 、εy 、εz 是秒級微小量,略去其正弦、余弦函數(shù)展開式中2 次以上各項,得:</p><p&g

45、t;　　X新= X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z舊+εyX舊-εxY舊 (2-5)</p><p>　　當新、舊2 個坐標系的原點不相一致,還需根據(jù)坐標軸的平移原理,將舊系原點移至新系原點,其變化公式為</p>

46、<p>　　X新= X0 + X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y0 + Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z0 + Z舊+εyX舊-εxY舊 (2-6)</p><p>　　式中:X0 、Y0 、Z0 ———3 個平移參數(shù),是舊坐標系原點在新坐標系中的

47、3 個坐標分量。</p><p>　　若再考慮兩個坐標系的尺度比,即存在有尺度變化的參數(shù),設為k ,則有:</p><p>　　X新= X0 + (1 + k) X舊+εzY舊-εyZ舊</p><p>　　Y新= Y0 + (1 + k) Y舊-εzX舊+εxZ舊</p><p>　　Z新= Z0 + (1 + k) Z舊+εyX舊-εxY

48、舊 (2-7)</p><p>　　上式即為布爾莎公式。公式中存在7 個參數(shù):3 個平移參數(shù)X0 ,Y0 ,Z0 ,3 個旋轉參數(shù)εx ,εy ,εz 和1 個尺度變化參數(shù)k 。習慣上稱這種換算法為七參數(shù)法。對于來說,轉換后的坐標值與已知值有一差值。其差值的大小反映轉換后坐標的精度。其精度與被轉換的坐標精度有關,也與轉換參數(shù)的精度有關。</p><

49、;p>　　2.2.3 不同高斯平面坐標的轉換(四參數(shù)法)</p><p>　　實現(xiàn)不同高斯平面直角坐標系的轉換一般有四種方法:一是嚴密轉換法;二是間接轉換法;三是直接轉換法;四是近似轉換法,即采用坐標變換公式來轉換。采用不同方法視具體情況而定。本文采用最后一種,利用四參數(shù)法,兩個平移參數(shù):X0 、Y0 ,一個尺度比:m ,一個旋轉參數(shù):α。</p><p><b>　　通用

50、公式如下:</b></p><p>　　Xi = X0 + mxicosα- myisinα</p><p>　　Yi = Y0 + myicosα+ msinαx1 (2-8)</p><p>　　2.3 WGS84坐標系和深圳獨立坐標系轉換</p><p>　　在工

51、程測量中，平面坐標轉換經(jīng)常被生產(chǎn)所需求，現(xiàn)在以WGS84坐標系與深圳獨立坐標系轉換為例。</p><p>　　將本文所提到的不同高斯平面坐標轉換(四參數(shù)法)的簡便算法應用于MATLAB編程中（程序見附錄），對一個WGS84系與深圳獨立坐標系的相互轉換進行實算檢驗，取得了非常好的效果。</p><p>　　該相互轉換的坐標系有5個公共點，其坐標見表2.1。</p><p&

52、gt;　　表2.1 WGS84系與深圳獨立坐標系公共點信息</p><p>　　為檢核的方便，取三個點求轉換參數(shù)，另兩個點做檢驗，所求的轉換參數(shù)信息是：</p><p><b>　　尺度平移參數(shù)</b></p><p><b>　　尺度平移參數(shù)</b></p><p><b>　　旋轉平

53、移參數(shù)</b></p><p><b>　　旋轉平移參數(shù)</b></p><p><b>　　平移因子m</b></p><p><b>　　平移因子m</b></p><p><b>　　旋轉因子</b></p><p&g

54、t;<b>　　尺度因子</b></p><p>　　用所求的參數(shù)對另外兩個點進行轉換，再與已知坐標比較，其結果見表2.2。</p><p>　　表2.2 坐標轉換結果較核信息</p><p>　　由表2.2可以看出，利用所求的參數(shù)進行坐標轉換，轉換的結果與已知坐標只有微小的差異，四參數(shù)轉換是切實可行的。同時也說明所編程序的正確性。</p

55、><p>　　2.4 GPS高程擬合方法</p><p>　　GPS技術已得到廣泛應用，對于GPS水準，盡管已在不少省市及局部區(qū)域得到了實踐，但無論是重力法還是幾何法，都要涉及曲面擬合技術?？晒┻x擇的曲面擬合技術多種多樣，如多項式曲面擬合法、多面函數(shù)法、移動插值法等，它們各有特點，理論上，如果這些方法使用得當，均可達到相同的效果。本節(jié)重點介紹這幾種擬合方法。</p><p&

56、gt;　　2.4.1平面擬合法</p><p>　　在小區(qū)域且較為平坦的范圍內(nèi)，可以考慮用平面逼近局部似大地水準面。設某公共點的高程異常ζ與該點的平面坐標有關系式</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　其中，，為模型參數(shù)。</p><p>　　如果公共點的數(shù)目大于3個，則可列出相應的誤差方程

57、為</p><p>　　…，ｎ (2-10)</p><p>　　寫成矩陣形有 (2-11)</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p>&l

58、t;p>　　根據(jù)最小二乘原理可求得</p><p>　　根據(jù)文獻記載，該方法在120的平原地區(qū)，擬合精度可達3～4cm。</p><p>　　2.4.2 二次曲面擬合</p><p>　　似大地水準面的擬合也可采用二次曲面擬合法，即對公共點上的高度異常與平面坐標之間，存在如下數(shù)學模型：</p><p><b>　　(2-13)

59、</b></p><p>　　式中，，，，，，為模型待定參數(shù)，因此，區(qū)域里至少有6個公共點。當公共點多于6個時，仍可形成形如(2-3)式的誤差方程，此時：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　仍按最小二乘原理求解(2-11)式，解出參數(shù)，，，，，。</p><p>　　該擬合

60、方法適合于平原與丘陵地區(qū)，在小區(qū)域范圍內(nèi)，擬合精度可優(yōu)于3cm，二次曲面擬合還可進一步擴展為多項式曲面擬合法，這是數(shù)學模型為：</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　上式的誤差方程矩陣式仍為： </p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　2

61、.4.3 多項式曲面擬合法</p><p>　　多項式曲面擬合模型一般最高取至3次項，即</p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　其中，(,)為已知點平面坐標，=(j=0,…,9)為可選待求參數(shù)，求解的誤差方程為</p><p><b>　　(2-18)</b><

62、/p><p>　　式中，t為所選的參數(shù)個數(shù)。</p><p>　　2.5 菏澤龍固測區(qū)高程擬合</p><p><b>　　（1）已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　某測區(qū)共有32個GPS點，通過GPS數(shù)據(jù)處理得到了全部網(wǎng)點的平面坐標和大地高，其中的15個點通過水準觀測得到了正常高，其余17個點為待定點，計劃用數(shù)值擬合的方

63、法由大地高計算其正常高。己知點的坐標和大地高、正常高、高程異常見表2.3，待定點的坐標和大地高見表2.4。</p><p><b>　?。?）計算流程圖</b></p><p><b>　　(3)計算結果</b></p><p>　　依據(jù)前面所述的高程異常擬合計算理論和方法，用Matlab編寫了平面擬合、二次曲面擬合程序，

64、從15個已知點中選取部分點作為高程擬合的己知數(shù)據(jù)，其余作為檢核數(shù)據(jù)。己知點和檢核點的擬合高程異常及擬合殘差結果見表2.5，待定點的擬合高程異常和擬合正常高見表2.4(二次曲面擬合結果)。</p><p>　　表2.3 已知點坐標和高程異常</p><p>　　表2.4待定點坐標及擬合結果</p><p>　　表????已知點和檢核點的擬合高程異常與擬合殘差</

65、p><p>　　（注：???號點為已知點，????號點為檢核點）</p><p>　　通過表2.5數(shù)據(jù)可以看出，平面擬合檢核點最大殘差為5.61mm，二次曲面擬合檢核點最大殘差為1.22mm，兩種方法的擬合結果都能達到四等水準測量的精度要求，擬合結果可以用于工程實踐，同時也表明了所編程序的正確性。</p><p>　　第三章 GPS數(shù)據(jù)處理</p><

66、;p>　　3.1 GPS測量數(shù)據(jù)處理</p><p>　　3.1.1 基線解算的類型</p><p><b>　　1、單基線解</b></p><p>　?。?）定義：當有臺GPS接收機進行了一個時段的同步觀測后，每兩臺接收機之間就可以形成一條基線向量，共有條同步觀測基線，其中最多可以選出相互獨立的條同步觀測基線，至于這條獨立基線如何選取

67、，只要保證所選的條獨立基線不構成閉和環(huán)就可以了。這也是說，凡是構成了閉和環(huán)的同步基線是函數(shù)相關的，同步觀測所獲得的獨立基線雖然不具有函數(shù)相關的特性，但它們卻是誤差相關的，實際上所有的同步觀測基線間都是誤差相關的。所謂單基線解算，就是在基線解算時不顧及同步觀測基線間誤差相關性，對每條基線單獨進行解算。</p><p>　?。?）特點：單基線解算的算法簡單，但由于其解算結果無法反映同步基線間的誤差相關的特性，不利于后

68、面的網(wǎng)平差處理，一般只用在普通等級GPS網(wǎng)的測設中。</p><p><b>　　2、多基線解</b></p><p>　?。?）定義：與單基線解算不同的是，多基線解算顧及了同步觀測基線間的誤差相關性，在基線解算時對所有同步觀測的獨立基線一并解算。</p><p>　　（2）特點：多基線解由于在基線解算時顧及了同步觀測基線間的誤差相關特性，因此

69、，在理論上是嚴密的。</p><p>　　3.1.2 基線解算結果的質(zhì)量評定指標</p><p><b>　　1、單位權方差因子</b></p><p>　?。?）定義：    </p><p>　　（2）實質(zhì)：反映觀測值的質(zhì)量，又稱為參考方差因子。越小越好。</p><

70、;p>　　2、RMS - 均方根誤差</p><p><b>　?。?）定義：</b></p><p>　?。?）實質(zhì)：表明了觀測值的質(zhì)量，觀測值質(zhì)量越好，越小，反之，觀測值質(zhì)量越差，則越大，它不受觀測條件（觀測期間衛(wèi)星分布圖形）的好壞的影響。</p><p><b>　　3、數(shù)據(jù)刪除率</b></p>

71、<p>　　（1）定義：在基線解算時，如果觀測值的改正數(shù)大于某一個閾值時，則認為該觀測值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測值的數(shù)量與觀測值的總數(shù)的比值，就是所謂的數(shù)據(jù)刪除率。</p><p>　?。?）實質(zhì)：數(shù)據(jù)刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測值的質(zhì)量。數(shù)據(jù)刪除率越高，說明觀測值的質(zhì)量越差。</p><p><b>　　4、RDOP</b><

72、/p><p>　?。?）定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根， RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運行軌跡（即觀測條件）有關，當基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關了，而觀測條件又是時間的函數(shù)，因此，實際上對與某條基線向量來講，其RDOP值的大小與觀測時間段有關。</p><p>　?。?）實質(zhì)：表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對相對定

73、位的影響，即取決于觀測條件的好壞，它不受觀測值質(zhì)量好壞的影響。</p><p><b>　　5、同步環(huán)閉合差</b></p><p>　?。?）定義：同步環(huán)閉合差是由同步觀測基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。</p><p>　?。?）實質(zhì)：由于同步觀測基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，從而使得同步環(huán)閉合差在理論上應總是為0的，如果同步環(huán)閉合差超限，則說明組

74、成同步環(huán)的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的，但反過來，如果同步環(huán)閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線在質(zhì)量上均合格。</p><p><b>　?。?）限值：</b></p><p><b>　　6、異步環(huán)閉合差</b></p><p>　?。?）定義：由獨立基線所組成的閉合環(huán)稱為異步閉合環(huán)，簡稱異步環(huán)異步環(huán)的

75、閉合差稱為異步環(huán)閉合差。</p><p>　　（2）實質(zhì)：當異步環(huán)閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質(zhì)量是合格的；當異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量的質(zhì)量不合格，要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過多個相鄰的異步環(huán)或重復基線來進行。</p><p><b>　?。?）限值：</b></p>

76、<p>　　3.1.3 影響基線解算結果質(zhì)量的幾個主要因素及應對方法</p><p><b>　　1、影響因素</b></p><p>　?。?）基線解算時所設定的起點坐標不準確（設定較準確的起點坐標，采用同一點或同一點的衍生點起算）</p><p>　　（2）少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間太短，導致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準確確定（剔除觀測時

77、間太短的衛(wèi)星）</p><p>　?。?）在整個觀測時段里，有個別時間段或個別衛(wèi)星周跳太多，致使周跳無法完全修復（剔除周跳多的衛(wèi)星，截去周跳多的時間段）</p><p>　?。?）在觀測時段內(nèi)，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大（剔除受多路徑影響嚴重的觀測值）</p><p>　　2、判別及應對方法：</p><p>　?。?）判別：

78、通過衛(wèi)星的可見性圖和殘差圖來判別。</p><p>　?。?）應對方法：提供較準確的起點坐標、刪衛(wèi)星和截取時間段。</p><p>　　3、基線解算時常需修改的參數(shù)：</p><p>　?。?）參與數(shù)據(jù)處理的特定時間段的觀測值</p><p><b>　　（2）截止高度角</b></p><p>

79、　　3.1.4 網(wǎng)平差的類型及作用</p><p><b>　　1、無約束平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的無約束平差指的是在平差時不引入會造成GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見的GPS網(wǎng)的無約束平差，一般是在平差時沒有起算數(shù)據(jù)或沒有多余的起算數(shù)據(jù)。作用: 評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差；得到GP

80、S網(wǎng)中各個點在WGS-84系下經(jīng)過了平差處理的三維空間直角坐標；為將來可能進行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2、約束平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的約束平差指的是平差時所采用的觀測值完全是GPS觀測值（即GPS基線向量），而且，在平差時引入了使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。作用 :確定

81、所需坐標系下的坐標。</p><p><b>　　3、聯(lián)合平差</b></p><p>　　定義：GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差指的是平差時所采用的觀測值除了GPS觀測值以外，還采用了地面常規(guī)觀測值，這些地面常規(guī)觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等。作用：確定所需坐標系下的坐標。</p><p>　　3.2 學校測區(qū)GPS基線解算</p>&

82、lt;p><b>　?。?）已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　通過南方GPS在學校里靜態(tài)采集了四個點的坐標數(shù)據(jù)，作為基線解算的數(shù)據(jù)。其中I004為測站點，坐標已知。其余三點坐標未知。處理結果如表3.1 。</p><p>　?。?）計算流程圖如圖3-1。</p><p>　　（3）處理界面如圖3-2。</p><p

83、>　　圖3-2 基線處理界面</p><p><b>　?。?）計算結果</b></p><p>　　通過使用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，得出四個點的坐標如表3.1</p><p>　　表3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)處理結果</p><p>　　圖3-1 GPS基線解算的過程</p><p>　

84、　第四章GPS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合處理</p><p>　　90年代，我國GPS精密定位技術的研究和應用也得到蓬勃發(fā)展，這一定位技術在我國的大地測量、精密工程測量、地殼運動監(jiān)測、資源勘察和城市控制同的改造和建設等方面都得到了廣泛的應用。目前，我國擁有GPS接收機的數(shù)量之大、型號之多和分布范圍之廣都是空前的。但是，由于這些接收機和數(shù)據(jù)處理軟件來自不同的企業(yè)或科研單位，其數(shù)據(jù)格式各不相同，造成數(shù)據(jù)處理軟件互不通用，為GPS定

85、位技術的應用帶來了困難，同時也為GPS觀測數(shù)據(jù)的共享和GPS、GIS的集成設置了障礙。因此，研究GPS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合處理的方法日趨必要。</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)格式轉換的原理</p><p>　　數(shù)據(jù)格式轉換是解決GPS數(shù)據(jù)處理軟件通用性的關鍵，對實現(xiàn)GPS觀測數(shù)據(jù)共享和GPS、GIS的集成意義重大。</p><p>　　4.1.1 數(shù)據(jù)格式轉換的原理<

86、/p><p>　　數(shù)據(jù)格式轉換就是將具有相同信息，但存儲格式不同的數(shù)據(jù)從原存儲格式轉換到目標存儲格式的過程，它實質(zhì)上是一些運算的集臺，通過運算讀和解釋將原數(shù)據(jù)轉換成所要求的存儲格式文件。數(shù)據(jù)格式轉換由被稱為“翻譯程序”的計算機程序完成(圖4-1)。數(shù)據(jù)格式轉換的方法包括直接數(shù)據(jù)格式轉換法、中間格式轉換法和標準數(shù)據(jù)格式轉換法。</p><p><b>　　翻譯程序A，B</b&g

87、t;</p><p><b>　　翻譯程序A，B</b></p><p>　　圖4-1 數(shù)據(jù)格式轉換原理示意圖</p><p>　　4.1.2 標準數(shù)據(jù)格式轉換</p><p>　　標準數(shù)據(jù)格式轉換就是選擇一個數(shù)據(jù)格式作為標準格式，將需要轉換的數(shù)據(jù)文件首先轉換成標準格式的數(shù)據(jù)文件，然后再由標準格式數(shù)據(jù)文件轉換成目標格式數(shù)

88、據(jù)文件(圖4-2)。標準格式一般是指目前被普遍接受的公開的數(shù)據(jù)格式，且大多數(shù)系統(tǒng)都能支持這類數(shù)據(jù)格式的讀和寫 所以，如果一個系統(tǒng)能支持這一標準格式，就能很方便地同其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)轉換。這種轉換方式的編程工作量最省，但數(shù)據(jù)轉換的靈活性受到了標準格式的限制。如何設計一種完善的標準格式，乃是空間數(shù)據(jù)格式標準化的一個重要課題。</p><p>　　圖4-2 標準數(shù)據(jù)格式轉換法示意圖</p><p>

89、;　　4.1.3 GPS數(shù)據(jù)標準格式</p><p>　　目前，在GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)聯(lián)合解算中使用最多的標準數(shù)據(jù)轉換格式是RINEX數(shù)據(jù)格式。</p><p>　　RINEX數(shù)據(jù)格式是由瑞士伯爾尼大學天文研究所于1989年設計的，目的是用于建立歐洲高精度大地測量控制網(wǎng)。同年3月第五屆國際衛(wèi)星定位大地測量學術討論會上決定：以RINEX格式為藍本進行修改，形成了R1NEX(ver1．0)GPS通用

90、數(shù)據(jù)交換格式 隨后，在同年8月舉行的國際大地測量協(xié)會和1990年9月的第二屆國際GPS精密定位學術討論會上，對此格式又進行了詳盡的討論，形成了RINEx(vef2 0)GPS通用數(shù)據(jù)交換格式。最后又經(jīng)過多次國際學術會議的討論和修改，形成了當今的被廠商、科研單位和學校在編制軟件時普遍采用的GPS數(shù)據(jù)標準輸入格式。</p><p>　　RINEX格式是純ASCⅡ碼文率文件，它有觀測數(shù)據(jù)文件、導航數(shù)據(jù)文件、氣象數(shù)據(jù)文件

91、和GLONASS數(shù)據(jù)文件組成。觀測數(shù)據(jù)文件包括字頭塊、數(shù)據(jù)塊兩部分，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容包含時間、偽距、相位和多普勒值信息。導航數(shù)據(jù)文件包括字頭塊、數(shù)據(jù)塊兩部分。數(shù)據(jù)塊包含有衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)等氣象數(shù)據(jù)文件有字頭塊和數(shù)據(jù)塊兩部分組戒。</p><p>　　RINEX為純ASCII碼文本文件，其文件名有規(guī)定的命名方式：</p><p>　　ssssdddf.yyt</p>&l

92、t;p>　　其中：ssss是以4個字母表示的測站名；</p><p>　　ddd為第一個觀測歷元的年積日（如1月1日為001）；</p><p>　　f為一天內(nèi)文件的序號數(shù)，若f為0則表示當前日所有數(shù)據(jù)的觀測數(shù)據(jù)文件；</p><p>　　yy是以兩位數(shù)表示的年份，80～99表示1980～1999年，00～79表示2000～2076年；t為文件類型，O為觀測數(shù)

93、據(jù)文件；N為導航數(shù)據(jù)文件；M為地面氣象數(shù)據(jù)文件；G為GLONASS導航數(shù)據(jù)文件。</p><p>　　4.2 GPS數(shù)據(jù)轉換與解算</p><p>　　GPS型號眾多，本機格式又互不通用，數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一解算，因此需將本機格式的數(shù)據(jù)轉換為與借手機無關的同意的數(shù)據(jù)格式。RINX個是已成為一種標準格式，而且各處理軟件均可把本機格式轉換為RINX格式，并可以解算該格式數(shù)據(jù)。</p>&

94、lt;p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)轉換</p><p>　　以Topcon Pinnacle、南方靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件為例，把本機數(shù)據(jù)轉換為RINX格式。</p><p>　?。?）Topcon Pinnacle數(shù)據(jù)轉換</p><p>　　進入Topcon Pinnacle處理軟件，將本機數(shù)據(jù)導入到項目中，在原始數(shù)據(jù)中選中要轉換的數(shù)據(jù)文件，點擊郵件選擇“導出RINX

95、格式”即可。（如圖4-3）</p><p>　　圖4-3 Topcon數(shù)據(jù)轉換界面</p><p><b>　　（2）南方數(shù)據(jù)轉換</b></p><p>　　將南方本機數(shù)據(jù)導入南方數(shù)據(jù)處理軟件中，然后點擊下拉菜單“成果”下的“RINX輸出”即可完成本機格式數(shù)據(jù)到RINX格式的數(shù)據(jù)轉換。（如圖4-4）</p><p>　

96、　圖4-4 南方數(shù)據(jù)轉換界面</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)解算</p><p>　　各類GPS接收機聯(lián)合作業(yè)時，必須進行數(shù)據(jù)格式的同一才能進行混算。通過上述方法，把本機數(shù)據(jù)轉換為標準RINX格式的數(shù)據(jù)，便可將各類數(shù)據(jù)聯(lián)系起來一同解算，而且各類隨機處理軟件可以處理此格式數(shù)據(jù)。所以，可以隨意選擇一種軟件加以處理即可。只是在各機種聯(lián)合作業(yè)時，最好根據(jù)各接收機的文件命名規(guī)則統(tǒng)一采用一種文件

97、命名格式，以免出現(xiàn)處理軟件無法識別的文件格式?？紤]各型號的接收機配套處理軟件的量高模型及糾正參數(shù)各異，需根據(jù)擬采用得處理軟鍵的量高模型而定。</p><p>　　RINX格式的數(shù)據(jù)導入各處理軟件后，基線及網(wǎng)平差的解算方法與本機數(shù)據(jù)完全一致。導入RINX格式數(shù)據(jù)時只需修改天線高及相關模型，例如：將數(shù)據(jù)導入天寶數(shù)據(jù)處理軟件時，天線高量取位置可以選為相位中心、邊緣天線底部、頂部等等，軟件系統(tǒng)會自動予以糾正;導入南方處理

98、軟件時，則是指天線相位中心邊緣。最好是將天線高直接轉換成天線相位中心，從而避免系統(tǒng)間天線高糾正差異。根據(jù)已有數(shù)據(jù)可知不同處理軟件的評查結果對同一點位的不符值不會超過1cm。因而，以RINX格式統(tǒng)一本機數(shù)據(jù)，采用不同軟件處理非本機數(shù)據(jù)或是聯(lián)合作業(yè)的數(shù)據(jù)是完全可行的。</p><p>　　4.3 菏澤同三鐵礦GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合處理</p><p><b>　?。?）已知數(shù)據(jù)</b&

99、gt;</p><p>　　現(xiàn)在有17個GPS靜態(tài)坐標數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)有一部分數(shù)據(jù)是在不同的時間用不同的接受機測量的。其中點003、0039為已知測站點。</p><p>　?。?）計算流程圖如圖4-5。</p><p>　?。?）處理界面如圖4-6。</p><p>　　圖4-6 數(shù)據(jù)處理界面</p><p>　　圖

100、4-5 聯(lián)合處理計算流程圖</p><p>　?。?）處理結果如表4.1</p><p>　　表4.1 數(shù)據(jù)處理結果</p><p>　　第五章 GPS數(shù)據(jù)處理程序開發(fā) </p><p>　　5.1平面坐標轉換程序開發(fā)</p><p><b>　　1、采用的數(shù)學模型</b></p>

101、<p>　　本次軟件開發(fā)是基于matlab平臺，在實現(xiàn)不同高斯平面直角坐標系的轉換時一般有四種方法:一是嚴密轉換法;二是間接轉換法;三是直接轉換法;四是近似轉換法,即采用坐標變換公式來轉換。采用不同方法視具體情況而定。本文采用最后一種,利用四參數(shù)法,兩個平移參數(shù):X0 、Y0 ,一個尺度比: ,一個旋轉參數(shù):α。</p><p>　　設兩坐標系統(tǒng)下的坐標(稱為目標坐標和原坐標)為，，則模型為</

102、p><p>　　是平移因子，為轉角因子，為尺度因子。設為旋轉矩陣，設，則模型變?yōu)?lt;/p><p><b>　　是參數(shù)。</b></p><p>　　當兩個坐標系有2對公共點，按（1）四個參數(shù)計算公式為</p><p>　　當兩個坐標系有2對公共點，按（2）四個參數(shù)計算公式為</p><p><b

103、>　　2、 整體設計</b></p><p>　　平面坐標轉換的整體設計如下：</p><p><b>　?。?）設計思路：</b></p><p>　　第一步：利用已知公共點坐標，先求出轉換參數(shù)。</p><p>　　第二步：由求的得轉換參數(shù)進行坐標轉換，并以word的形式輸出。</p>

104、<p><b>　?。?）用戶界面設計</b></p><p>　　第一步：打開matlab7.0，設置工作路徑。</p><p>　　第二步：在matlab7.0的命令窗口鍵入命令“guide”，然后點擊回車，新建一個Blank GUI空白樣版。</p><p>　　第三步：在新建的GUI界面上設計一個界面，控件分布如圖5-1.&

105、lt;/p><p><b>　?。?）程序設計</b></p><p><b>　　程序設計見附錄A。</b></p><p><b>　　3、 軟件操作流程</b></p><p>　　第一步：打開matlab，運行平面坐標轉換程序。</p><p>　　

106、第二步：在界面中輸入兩個已知公共點坐標。</p><p>　　第三步：點擊“顯示轉換參數(shù)”’計算轉換參數(shù)。</p><p>　　第四步；點擊“選擇要轉換的坐標文件”，選擇要進行轉換的坐標文件。</p><p>　　第五步：選擇坐標轉換后文件的輸出路徑及保存的名稱。</p><p>　　圖5-1 坐標轉換界面</p><p&

107、gt;　　5.2高程轉換程序開發(fā)</p><p>　　1、 采用的數(shù)學模型</p><p>　　本次設計對于高程轉換采用了兩種數(shù)學模型：</p><p>　　（1）平面擬合法（三參數(shù)）</p><p>　　在小區(qū)域且較為平坦的范圍內(nèi)，可以考慮用平面逼近局部似大地水準面。設某公共點的高程異常ζ與該點的平面坐標有關系式</p>&l

108、t;p><b>　　(5-1)</b></p><p>　　其中，，為模型參數(shù)。</p><p>　　如果公共點的數(shù)目大于3個，則可列出相應的誤差方程為</p><p>　　…，ｎ (5-2)</p><p>　　寫成矩陣形有

109、(5-3)</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(5-4)</b></p><p>　　根據(jù)最小二乘原理可求得</p><p>　　根據(jù)文獻記載，該方法在120的平原地區(qū)，擬合精度可達3～4cm。</p><p>　?。?）二次曲面擬合（六參

110、數(shù)）</p><p>　　似大地水準面的擬合也可采用二次曲面擬合法，即對公共點上的高度異常與平面坐標之間，存在如下數(shù)學模型：</p><p><b>　　(5-5)</b></p><p>　　式中，，，，，，為模型待定參數(shù)，因此，區(qū)域里至少有6個公共點。當公共點多于6個時，仍可形成誤差方程，此時：</p><p>&l

111、t;b>　　(5-6)</b></p><p>　　仍按最小二乘原理求解，解出參數(shù)，，，，，。</p><p>　　該擬合方法適合于平原與丘陵地區(qū)，在小區(qū)域范圍內(nèi)，擬合精度可優(yōu)于3cm，二次曲面擬合還可進一步擴展為多項式曲面擬合法，這是數(shù)學模型為：</p><p><b>　　(5-7)</b></p><

112、p>　　上式的誤差方程矩陣式仍為： </p><p><b>　　(5-8)</b></p><p><b>　　2、 整體設計</b></p><p>　　高程轉換的整體設計如下：</p><p><b>　?。?）設計思路：</b></p><p&

113、gt;　　第一步：利用已知公共點，先求出轉換參數(shù)。</p><p>　　第二步：由求的得轉換參數(shù)進行高程轉換。</p><p><b>　?。?）用戶界面設計</b></p><p>　　第一步：打開matlab7.0，設置工作路徑。新建一個界面。</p><p>　　第二步：在新建的GUI界面上設計一個界面，控件分布如

114、圖5-2.</p><p>　　圖5-2 高程轉換界面</p><p>　?。?）程序設計見附錄B。</p><p><b>　　3、 軟件操作流程</b></p><p>　　第一步：打開matlab，運行高程轉換程序。</p><p>　　第二步：設置參數(shù)，選擇已知公共點坐標計算參數(shù)。<

115、/p><p>　　第三步：進行高程轉換：</p><p>　　（1）單點轉換，直接輸入坐標進行轉換即可。</p><p>　?。?）多點轉換，點擊“選擇要進行高程轉換的坐標文件”，選擇要進行轉換的坐標文件。轉換完成后，選擇轉換后文件的輸出路徑及保存的名稱。</p><p>　　5.3 高斯鄰帶換算程序開發(fā)</p><p>

116、<b>　　鄰帶換算的定義：</b></p><p>　　由一個帶的平面坐標換算到相鄰帶的平面坐標簡稱鄰帶換算。</p><p>　　1、鄰帶換算的數(shù)學模型</p><p>　　式中，x，y為高斯平面坐標，B，L為大地坐標，X為子午弧長，為大地弧長，N為卯酉曲率半徑，M為子午曲率半徑，η，t為引入符號，，高斯正算模型的換算精度可以達到，高斯反算

117、的數(shù)學模型精度可以達到。</p><p><b>　　2、 整體設計</b></p><p>　　高斯投影的鄰帶換算整體設計如下：</p><p><b>　　（1）設計思路：</b></p><p>　　首先編輯高斯坐標正反算函數(shù)，以便實現(xiàn)對主程序的優(yōu)化。</p><p>

118、　　第一步：利用高斯坐標反酸函數(shù)，根據(jù)換算成橢球面大地坐標，進而得到。</p><p>　　第二步：由大地坐標，利用高斯投影坐標正算函數(shù)，根據(jù)計算該點在第2帶的平面直角坐標，但在這一步計算時要根據(jù)第2帶的中央子午線經(jīng)度計算P點在第2帶的經(jīng)差。</p><p><b>　　（2）用戶界面設計</b></p><p>　　第一步：打開matlab7