一种建立工程区域水准椭球的方法技术

本发明专利技术公开了一种建立工程区域水准椭球的方法：在标准椭球方程的基础上构建由待定参数构成的工程区域水准椭球方程，利用测区各个控制点高程异常数据，在测区平均高程面基础上，将各个控制点高程换算到测区平均高程面后所对应的测区平均大地水准面，得到源椭球下测区椭球表面点空间直角坐标；在该坐标下求出平移参数和长短轴参数；通过平移和调整椭球长、短轴，构建出新的工程水准椭球E1，并求出目标椭球下的空间坐标，将转换后的坐标在工程水准椭球E1下进行椭球长、短轴可变的大地坐标转换，进而转换到工程平面坐标，即可用于进一步的精准归算。该方法构建的水准椭球面与工程测区平均高程面对应的大地水准面较好吻合，利于数据的精准归算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地理测绘科学与
，具体涉及一种建立工程区域水准椭球的方法。
技术介绍
工程椭球的理想状态是其参考椭球面与测区大地水准面重合，即，椭球面是正常重力场中的一个等位面。工程参考椭球面是工程测量计算的基准面，又是研究地球形状和地图投影的参考面，所以工程椭球一定要满足大地参考系统的基本常数(a,b,GM,w)，而地球的重力等位面是一个不规则的曲面，其不满足大地参考系统的基本常数，因此，不存在既满足大地参考系统基本常数、又满足表面重力等位条件的参考椭球。目前，工程中习惯继承通用椭球模型参数，如1980西安坐标系及CGCS2000坐标系所采用的椭球分别就是参心与地心椭球，对椭球模型长半轴进行简单调整，建立工程椭球模型，这种参数的简单调整，远无法达到与工程区域大地水准面最为密合的目的，同时受方法的限制，有着较大的误差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种建立工程区域水准椭球的方法，并构建出与测区在已有数据下最优密合的椭球参数，解决了现有工程椭球无法与整个工程区域大地水准面较好密合的问题。本专利技术采用的技术方案是，一种建立工程区域水准椭球的方法，包括以下步骤：步骤1，确定基于标准椭球的工程水准椭球在标准椭球方程的基础上引入由aE1、bE1、ΔXE1、ΔYE1、ΔZE15个待定参数构成的工程区域水准椭球方程， ( X E 1 + ΔX E 1 ) 2 a E 1 2 + ( Y E 1 + ΔY E 1 ) 2 a E 1 2 + ( Z E 1 + ΔZ E 1 ) 2 b E 1 2 = 1 - - - ( 3 ) ]]>式中，XE1、YE1、ZE1为在源椭球下测区椭球表面点空间直角坐标，ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1为平移参数，aE1、bE1分别为长轴和短轴；步骤2，求解空间直角坐标和工程椭球参数利用测区各个控制点高程异常数据，在测区平均高程面基础上，将各个控制点高程换算到测区平均高程面后所对应的测区平均大地水准面，得到源椭球下测区椭球表面点空间直角坐标XE1、YE1、ZE1；步骤3，求解工程椭球参数在空间直角坐标XE1、YE1、ZE1下，获取测区5组代表性坐标，然后采用最小二乘原理求解出5个工程椭球参数ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1、aE1、bE1；步骤4，工程水准椭球坐标转换及椭球参数调整将5个工程椭球参数代入公式(3)，通过平移(ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1)、调整椭球长轴aE1和短轴bE1，构建出新的工程水准椭球E1；步骤5，椭球空间直角坐标到工程平面坐标的转换先将E1椭球的空间直角坐标转换为大地坐标，再将其转换到工程平面坐标，得到椭球面与测区大地水准面密合的工程区域水准椭球。本专利技术的特点还在于：上述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2-1，求解大地高如果测区中采用GNSS联测IGS站获取了较高精度的ITRF框架下的Xitrf、Yitrf、Zitrf坐标，则可以得到对应系统下控制点的相应精度的大地高He。如果测区中没有获取该坐标，可以在GNSS网三维约束平差时采用测站单点定位近似坐标约束，通过解算得到空间直角坐标后，将各点空间直角坐标以GNSS测量所采用椭球为目标椭球，利用大地正算公式得到各点位在WGS84或ITRF框架下的大地坐标(B，L，H)，进而得到大地高He；步骤2-2，解算参考椭球参数的测区各点对应的大地高定义控制点相对源椭球的大地高为He，正常高为HN，则该点的高程异常ξE1＝He-HN；设选定的测区平均高程或者根据工程需求而指定的基准面为H，工程椭球面拟合所对应的大地高为:高程异常为则工程椭球面拟合所对应的大地高HG＝H+ξE1；求出HG后，根据大地坐标与空间直角坐标转换公式将大地坐标转换成空间直角坐标得到的即为空间直角坐标XE1、YE1、ZE1。上述步骤3具体按照以下步骤实施：获取测区5组代表性坐标，由间接平差模型得知： x ‾ = X ‾ - X 0 , l = L - f ( X 0 ) = L - L 0 , V = B x ‾ - l ]]>非线性误差方程为： V 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立工程区域水准椭球的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定基于标准椭球的工程水准椭球在标准椭球方程的基础上引入由aE1、bE1、ΔXE1、ΔYE1、ΔZE15个待定参数构成的工程区域水准椭球方程，(XE1+ΔXE1)2aE12+(YE1+ΔYE1)2aE12+(ZE1+ΔZE1)2bE12=1---(3)]]>式中，XE1、YE1、ZE1为在源椭球下测区椭球表面点空间直角坐标，ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1为平移参数，aE1、bE1分别为长轴和短轴；步骤2，求解空间直角坐标利用测区各个控制点高程异常数据，在测区平均高程面基础上，将各个控制点高程换算到测区平均高程面后所对应的测区平均大地水准面，得到源椭球下测区椭球表面空间直角坐标XE1、YE1、ZE1；步骤3，求解工程椭球参数在空间直角坐标XE1、YE1、ZE1下，获取测区5组代表性坐标，然后采用最小二乘原理求解出5个工程椭球参数ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1、aE1、bE1；步骤4，工程水准椭球坐标转换及椭球参数调整将5个工程椭球参数代入公式(3)，通过平移(ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1)、调整椭球长轴aE1和短轴bE1，构建出新的工程水准椭球E1；步骤5，椭球空间直角坐标到工程平面坐标的转换先将E1椭球的空间直角坐标转换为大地坐标，再将其转换到工程平面坐标，得到椭球面与测区大地水准面密合的工程区域水准椭球。...

【技术特征摘要】
1.一种建立工程区域水准椭球的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定基于标准椭球的工程水准椭球在标准椭球方程的基础上引入由aE1、bE1、ΔXE1、ΔYE1、ΔZE15个待定参数构成的工程区域水准椭球方程， ( X E 1 + ΔX E 1 ) 2 a E 1 2 + ( Y E 1 + ΔY E 1 ) 2 a E 1 2 + ( Z E 1 + ΔZ E 1 ) 2 b E 1 2 = 1 - - - ( 3 ) ]]>式中，XE1、YE1、ZE1为在源椭球下测区椭球表面点空间直角坐标，ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1为平移参数，aE1、bE1分别为长轴和短轴；步骤2，求解空间直角坐标利用测区各个控制点高程异常数据，在测区平均高程面基础上，将各个控制点高程换算到测区平均高程面后所对应的测区平均大地水准面，得到源椭球下测区椭球表面空间直角坐标XE1、YE1、ZE1；步骤3，求解工程椭球参数在空间直角坐标XE1、YE1、ZE1下，获取测区5组代表性坐标，然后采用最小二乘原理求解出5个工程椭球参数ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1、aE1、bE1；步骤4，工程水准椭球坐标转换及椭球参数调整将5个工程椭球参数代入公式(3)，通过平移(ΔXE1、ΔYE1、ΔZE1)、调整椭球长轴aE1和短轴bE1，构建出新的工程水准椭球E1；步骤5，椭球空间直角坐标到工程平面坐标的转换先将E1椭球的空间直角坐标转换为大地坐标，再将其转换到工程平面坐标，得到椭球面与测区大地水准面密合的工程区域水准椭球。2.根据权利要求1所述的建立工程区域水准椭球的方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2-1，求解大地高如果测区中采用GNSS联测IGS站获取了较高精度的ITRF框架下的Xitrf、Yitrf、Zitrf坐标，则可以得到对应系统下控制点的相应精度的大地高He；如果测区中没有获取该坐标，可以在GNSS网三维约束平差时采用测站单点定位近似坐标约束，通过解算得到空间直角坐标后，将各点空间直角坐标以GNSS测量所采用椭球为目标椭球，利用大地正算公式得到各点位在WGS84或ITRF框架下的大地坐标(B，L，H)，进而得到大地高He；步骤2-2，解算参考椭球参数的测区各点对应的大地高定义控制点相对源椭球的大地高为He，正常高为HN，则该点的高程异常ξE1＝He-HN；设选定的测区平均高程或者根据工程需求而指定的基准面为H，工程椭球面拟合所对应的大地高为:高程异常为则工程椭球面拟合所对应的大地高HG＝H+ξE1；求出HG后，根据大地坐标与空间直角坐标转换公式将大地坐标转换成空间直角坐标得到的即为空间直角坐标XE1、YE1、ZE1。3.根据权利要求1所述的建立工程区域水准椭球的方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：获取测区5组代表性坐标，由间接平差模型得知：l＝L-f(X0)＝L-L0，非线性误差方程为： V = f ( X ‾ )...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祖锋，赵彦华，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61