浅谈双河油区 GPS测量坐标转换参数

浅谈双河油区 GPS测量坐标转换参数

罗锐

中石化中原石油工程设计有限公司 河南南阳 473132

摘要：GPS测量是工程测量的主要工具之一，他具有快速、实时、全天候等优点。GPS测量直接采集的数据如果与业主测量数据成果体系不配套，数据应用前需进行适当的处理。本文以双河油区为例，对双河油区的GPS测量三参数、七参数进行了求取探讨和测量应用分析，对该区域GPS测量坐标转换参数提出了有利建议。

关键词：GPS测量；三参数；七参数

一、坐标转换的原理

坐标转换通常包含坐标系变换和基准变换。坐标变换是指在同一地球椭球下，空间点的不同坐标表示形式间进行变换。基准变换是指空间点在不同的地球椭球间的坐标变换。根据油田实际，本文以WGS84坐标与北京54坐标之间的转换为例，主要有两种方法，一种是七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点；另外一种是三参数法，即只有X平移，Y平移，Z平移，也可认为三参数是七参数无旋转和缩放变换的一个特例。

二、测量参数的求取

2.1测量参数求取方案：

2.1.1、资料收集：搜集双河油区已知国家及军用各等级控制点北京54坐标；本项目收集到157、161、乔庄、赵庄四个控制点的资料。

2.1.2、野外数据采集：采用四台接收机同步接收GPS卫星信号进行快速静态测量获取各个控制点的WGS84坐标数据；

2.1.3、内业数据处理：

（1）传输数据至计算机，利用trimble公司随机TBC软件进行数据内业处理，主要包括以下步骤：数据导入、基线处理、自由网平差、约束平差、输出报告，获取平差过后的WGS84坐标。

（2）利用四个控制点采集的WGS84坐标和已知北京54坐标在coord坐标转换软件中求取坐标转换三参数、七参数。

2.1.4、控制点复核：利用GPS接收机在不同已知点架设基准站后到相邻各控制点进行RTK测量，并进行数据互核，检验测量参数的精度，较差越小，说明精度越高。

2.2、方案实施应注意的几个要点：

2.2.1、数据采集时仪器设置注意四项参数。

A卫星的最少接收个数≥4颗，截止高度角≥12度，数据采样间隔15秒。

B.天线置平，气泡居中；

C.天线架设时的对中误差应不大于5mm。

D.天线高的量测：在每一个时段观测的前后，分别量取GPS天线高，两次天线高量取互差不得大于3mm。

2.2.2、基线处理时注意做好基线起点坐标不准确、卫星观测时间过短、周跳太多、多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大等五个因素的应对。

应对方法：

1）基线起点坐标不准确的应对方法

要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点。较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到，也可以采用在进行整网的基线解算时所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后再在GPS 网平差处理时引入系统参数的方法加以解决。

2）卫星观测时间短的应对方法

若某颗卫星的观测时间太短，则可以删除该卫星的观测数据，不让它们参加基线解算，这样可以保证基线解算结果的质量。

3）周跳太多的的应对方法

若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，则可采用删除周跳严重的时间段的方法来尝试改善基线解算结果的质量；若只是个别卫星经常发生周跳，则可采用删除经常发生周跳的卫星的观测值的方法来尝试改善基线解算结果的质量。

4）多路径效应严重

由于多路径效应往往造成观测值残差较大，因此可以通过缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值，另外也可以采用删除多路径效应严重的时间段或卫星的方法；

5）对流层或电离层折射影响过大的应对方法

对于对流层或电离层折射影响过大的问题，可以采用下列方法：

A、提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据，但这种方法具有一定的盲目性，因为高度角低的信号不一定受对流层或电离层的影响就大；

B、分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正；

C、如果观测值是双频观测值，则可以使用消除了电离层折射影响的观测值来进行基线解算。

2.2.3、网平差时需注意提取相互独立的质量好的基线构成闭合的几何图形，剔除粗差基线和选择合适的基线向量观测值的权，平差完毕后进行GPS网质量的评定，开展质量分析和控制。

2.2.4、COORD软件使用时必须设置与控制点坐标数据的坐标系统匹配的椭球参数和投影参数。WGS84椭球参数为长半径a=6378137米，扁率1/298.2572，北京54椭球参数为a=6378245米，扁率1/298.3，高斯六度带投影中央子午线为111°。

经相关数据处理计算后，双河油区三参数为X平移（ΔX）=4.958；Y平移ΔY=130.101；Z平移ΔZ=57.34。

双河油区七参数为X平移（ΔX）=-38.550029；Y平移ΔY=161.557248；Z平移ΔZ=14.195094；X旋转=7.718016秒，Y旋转=5.899730秒，Z轴旋转=-0.002289秒尺度变化K=-0.0000003276。

三、结论与建议

由此我们得出以下结论：在双河油区，应选择七参数作为测量作业的首选参数。但是综合考虑单机导航作业时不需架设基准站，可以节约大量工作时间和外业设备，实际工作中应根据测量工作的不同，选择不同的坐标转换参数进行作业，在保证数据精度的同时提高工作效率。

根据双河油区实际和实践工作体会，个人建议：

（1）七参数的求取是个精益求精的工作，尽量选择数量足够多的能包围并均匀覆盖工区的同一批次的高等级国家控制点求取参数，不同批次布设、低等级对求取的参数的精度也有明显的影响。

（2）在进行静态控制网测量外业时，不使用任何参数，在进行内业数据处理中的网平差时应该采用控制网所属区域七参数作为坐标转换模型进行约束平差，获取静态控制网点精确坐标。

（3）在进行RTK点线放样测量外业时，基准站和流动站应使用该区域同一套参数，获取的坐标数据即是三维坐标精确度厘米级的数据。

（4）在进行单机导航定位测量外业时，接收机使用该区域七参数进行作业，可以明显提高测量数据精度和工作效率。

（5）RTK测量的基准站迁站后必须到临近控制点进行校正，或者基准站架设在已知控制点上可以明显提高测量数据精度。

参考文献：

【1】徐绍铨 张华海 GPS测量原理及应用 武汉大学出版社 2008 ，147-179

【2】赫金明 吕志伟等 卫星定位理论与方法 解放军信息工程大学测绘 2004 ，18-37，195-209