桂林市GPS網與舊網的坐標擬合
隨著GPS技術的不斷普及,許多城市都在利用它對城市控制網進行改建、擴建。而舊網的坐標資料以及多年積累的成果資料還須利用,這就涉及到新舊坐標的換算問題。
桂林市原平面控制網始建于1956年,1976年改建,因當時沒有國家高級網點資料,起算點的精度較低、整個網有較大偏差。
隨著經濟的發展,城市規模不斷擴大,原城市控制網已顯得不適應,1996年,我院采用GPS 技術對桂林市原平面控網進行改建與擴建,聯測國家高級網點:建立了新的坐標系統。計算結果顯示,GPS網有較高的精度,對十幾個重合點的比較來看,除少數點外,原網的內部精度也較高。
在啟用新坐標之前,考慮到除重合點外,舊網中近百個二、四等點、大量的等級導線點及規劃道路中心點的坐標均為舊坐標。為便于利用,必須進行坐標轉換。
1 新舊坐標的擬合處理
坐標換算有嚴密法和近似法。嚴密法須捉取舊網的全部觀測資料重新平差計算,費時且不經濟,我們選擇近似法。
近似法有三種:簡單變換法、仿射變換法和正形變換法。仿射變換法不便于電算,我們選用前者和后者。以便比較。另外還采用了平均值法。
1.1 簡單變換法
變換方程:
式中調x,y和x'、y'分別為新舊(或舊新)網重合點的坐標,a、b、、k為變換參數,顯然要解算出a、b、、k,必須至少有兩個重合點,列出四個方程。
即可進行通常的參數平差,解求a、x、b、c、d各參數值。將之代人(3)式,可得各擬合點的殘差(改正數)代人(2)式,可得待換點的坐標。
1.2 正形變換法
同樣引人誤差概念,取到p3,p4,物項,(4)式可變為:
進行通常的參數平差,求出p0、q0、p1、q1、p2、q2、p3、q3各參數值,按(4)式可得待換點坐標,按(5)式可得各擬合點的擬合殘差(改正數)。
1.3 平均值法
由于電算方便,在計算中我們嘗試選用n個擬合點,組合成 對坐標,分別代入(2)式解算得組參數,并取其平均值作為各參數的值,姑且稱其為“平均值法”。采用此法,所得結果與參數平差相差很小。
2 比較計算結果
以上用三種方法對同一組擬合點進行擬合計算,所得三組殘差之差很小,結果理想。簡單變換法和正形變換法均遵循利用最小二乘原理,算法較為嚴密,比平均值法好。而平均值法無需解算法方程,易于編程,可應急使用(編程與具體計算略)。比較結果見表1。
3 值得注意的問題
若新網與舊網差別較大,而新網尚在擴建,則在新系統啟用前舊系統仍需使用,這就需要把新網的某些點歸算至舊網中以便利用。當新網點在舊網內時,換算結果均較理想;當新網點在舊網外較遠時,有時換算結果偏差較大,這時就只能選擇精度較高的重合點作為擬合點。檢驗擬合結果是否可靠,可用算出的參數先把離舊網最遠的新點換算到舊網中,若換算結果偏差不大,即該參數可靠,否則應重新組合另一組擬合點計算。如果各組參數都不理想,便不能把遠離舊網的新點歸算到舊網中。
4 體會與建議
4.1 在改建或擴建前,應設計選擇好重合點,最好選擇足夠數量的高等級點作重合點。
4.2 當理想參數算出后,即固定于微機或袖珍機,井把大量的常用待換算點坐標算出備用。臨時用到的點(包括舊系統的道路中心點)隨用隨算。
4.3 編好程序后,只要把新舊坐標在公式中的位置互換,即可計算新舊互換的參數。
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