公路勘察GPSRTK测量中坐标系定义方法.doc

交通标准化 2006年第 8期COMMUNICATIONS STANDARDIZATION. No.8, 2006 4.2.4控制沥青用量:混合料中沥青的用量不宜过多。自由沥青相当于润滑油,它不但会大幅度地降 低矿料的内摩擦力,而且会显著降低其粘结力,从 而导致沥青混凝土强度的降低。 4.3控制集料的级配和密实度 适当增大集料的粒径,可以提高抗车辙能力。 沥青混合料的密实度决定着其空隙率 (VTM 的大 小,密实度越大,空隙率越小,混合料的抗辙槽能 力就越强,但 VTM 也不能太小, Superpave 认为, 当 VTM4%时,路面的抗车辙能力明显下降。 4.4控制沥青面层的厚度半刚性基层的沥青面层厚度不宜太大,厚的沥 青面层容易产生车辙,但也不宜过薄,否则沥青面 层容易损坏基层,出现沥青面层底部开裂现象。国 外柔性路面沥青混合料层通常在 30cm 以上,半刚 性路面沥青面层的厚度通常为 10cm20cm ,半刚性 组合路面沥青层的厚度为 4cm8cm 。 参考文献1Brown E R , Handdock J E , Mallicks R B andLynn T A. Development of Mixture Design Procedure for stone Matrix AsphaltJ. AAPT , 1997, 26(3 :8-12. 2Brown E R and Mallicks R B. Evaluation of Stone-on-stone Contact in Stone-Matrix AsphaltJ. TRR ,1998, 35(6 :43-46. 3Corry R W , Dolan C W. Strengthening and Repair of a Column Bracket Using a Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP Fabric J. PIC Journal , 2001,(4 :28-32.4Banfill P F G , Saunders D C. The Relationship Between the Retardation of Hydration J . Cementand Concrete Research. 1986,(3 :12-16. 5Insights intoPavement Preservation R. Washington:U.S. Federal Highway Administration , April 2003.6Prevention of Rut in PavementR. A. Vanelstraete , L. Francken. RILEM Report 18, 1997.收稿日期:2005-12-28李峰伟(河南省交通规划勘察设计院,河南 郑州 450052摘要:公路勘察 GPS RTK 测量是公路工程的基础,其中正确定义坐标系求解不同坐标系间的转化参数是 RTK 测量的关 键,因此就公路勘察 GPS RTK 测量中点在不同坐标系下的坐标转换方法及坐标转换中的注意事项进行探讨,具有一定的实用价值。关键词:公路 RTK 测量;坐标系统;坐标系定义方法;一步法 中图分类号:U412.2文献标识码:A文章编号:1002-4786(2006 08-0019-03Method for Coordinate Definition of GPS RTK inHighway MeasuringLI Feng-wei(Henan Provincial Communications Planning &Survey Institute , Zhengzhou 450052, China Abstract :The measure of GPS RTK is the basis of highway engineering , for which the key problem is right definition of parameters in different coordinate. Therefore , it has practical significance to discuss on 公路勘察 GPS RTK 测量中坐标系定义方法19 交 通 标 准 化 2006年 第 8期C O M M U N I C A T I O N S S T A N D A R D I Z A T I O N . N o . 8, 2006 随着 3S (GPS , GIS , RS 技术的发展, GPS RTK 测量已在公路勘察中得以广泛应用。公路勘察 RTK 测量中主要是确定公路中桩地面点的空间位置,也 就是确定地面点的空间位置的坐标和高程。通常, GPS 观测得到的是地面点的 WGS 84大地坐标系经纬 度坐标,而测量作业人员则使用地面点在地方格网 坐标系中的平面直角坐标,故在利用 GPS 测量时如 何正确确定这两个参考框架间的坐标转换即坐标系定义是 RTK 测量的关键。1点的坐标系统简介地面点的坐标可根据不同的用途,在地理坐 标、高斯平面直角坐标、平面直角坐标中选用。在 大区域内地面点的位置,常以球面坐标系统来表 示。用经度、纬度表示的地面点在球面上的位置, 称为地理坐标。地理坐标又因所用基准面、基准线 及测量计算坐标方法的不同而不同。地理坐标是球 面坐标,但测量中的计算和绘图最好在平面上进 行。测量上将旋转椭球面上的点换算到平面上,称 为地图投影。我国一般采用高斯投影的方法,在公 路测量中我们常用的是点的 WGS 84大地坐标和投 影到某中央子午线上的 1954(或 1980 平面直角坐标。 1.1WGS 84和地方坐标系统WGS 1984基准面采用 WGS 84椭球体,它是一 个地心坐标系,即以地心作为椭球体中心。目前 GPS 测量数据多以 WGS 1984为基准。 1984世界大地 坐标系 (WGS 84 是采用与地球平均表面符合得最 好的椭球体 (长半轴 a=6378,137.000m ,扁率 f=1/298.253, 基于 WGS 84椭球的大地水准 面。同一个物理点 P 可以有 不同 WGS 84坐标类型的坐标 (见图 1 :a WGS 84直角坐标:X , Y , ZP =4264650.810X724089.202Y4672014.4546Zb WGS 84大地坐标:纬度、经度和大地高P =4723 45.84283 N938 10.58730 E449.6911m同一个物理点 P 也可以有地方坐标系统中的坐 标:a 地方直角坐标 :X , Y , Z P =4264750.810X724189.202Y4672114.4546Zb 地方大地坐标:纬度、经度和椭球高 P =4723 43.14014 N938 10.49009 E1305.241m同一个点在不同坐标类型间的转换,即转换参 数的求得就是坐标系定义。 2坐标系定义方法公路 RTK 测量中,已知一些控制点的 WGS 84坐标 (这些坐标已经用 GPS 静态测量得到 ,及其地 方坐标 (这些坐标已经用 TPS 或其他测量方法得 到 ,由于同一个物理点 P 在 WGS 84系统和地方坐 标系统中有不同的直角坐标,故如何正确确定两 个参考框架间的坐标转换即坐标系定义即为 GPS 测量的关键。常用的坐标系定义方法有三种:经 典 3D 转换、一步法转换和两步转换。 2.1经典 3D 转换(见图 2 如图 2所示,用以下参数来连接这两个参考框架间的坐标转换称为经典 3D 坐标转换:a 三个平移参数:dx , dy , dz ; b 三个旋转参数:Rx , Ry , Rz ; c 一个尺度参数:。 例如 :dx=200, dy=200, dz=200经典 3D 转换需满足下列要求:图 2经典 3D 转换图 1items needing attention in coordinate definition of GPS RTK.Key words :RTK measure in highway ; coordinate ; methods for definition of coordinate ; one -step method20交通标准化 2006年第 8期COMMUNICATIONS STANDARDIZATION. No.8, 2006 图 5图 4两步法转换图 3一步法转换a 必需至少已知 3个点 (可以用少于 3个的已知 点进行转换,但这样的结果不可信,故不推荐这 种做法 在两个坐标系统中的平面位置和高程; b 需要已知地方椭球和地图投影 (或大地水 准面 ;c 点位的水平位置和高程不能分别处理,故 用来求转换参数的点的平面位置和高程都必需已 知。RTK 测量时经典 3D 转换可以用于任何大小的 区域,但实际上,这种方法受到地方坐标系统完整 性的限制。2.2一步法转换一步法坐标转换 (见图 3 可以直接在 WGS 84和 地方格网坐标系间进行转换,不需要已知地方椭球 和投影,因为它不进行尺度和旋转转换计算,可以 混合使用不同类型的已知点、只知平面位置的点、 只知高程的点以及平面位置和高程均为已知的点。一步法转换由于会发生变形而只能用于有限的区域。公路 RTK 测量中用投影到某中央子午线上的 平面来替代地球曲面,这导致路线走向为东西向时 变形较大,建议不要用于间隔大于 15km 的区域, 即每隔 15km ,我们应重新选择控制点,再在 GPS 上 采用一步法定义新的坐标系,从而确保 RTK 测量时 得到较精准的测量成果,为设计提供准确的基础资 料。2.3两步法转换两步法转换 (见图 4 就是物理点的 WGS 84坐标 经经典 3D 转换成为地方预备格网坐标,再经过 2D 转换变为需要的 “真实的” 格网。两步法转换有如下特点:a 具有经典 3D 转换和一步法转换的优点; b 点位和高程分开处理 (与一步法类似 ; c 但是要使用地方坐标系的椭球和地图投影; d 经典 3D 预转换覆盖区域的大小没有限制 。 经典 3D 转换和两步法转换都需要知道地方坐 标系的椭球和地图投影,相比之下,公路 RTK 测量 中一步法转换在 GPS 上操作方便,故常用一步法转换来定义坐标系,求得点在两个坐标系中的转换参 数。 3坐标转换计算时应注意的问题公路 GPS RTK 测量中每隔 5km 布一对控制点,进行坐标转换时控制点的分布应满足下列要求 (见图 5 :a 控制点必须覆盖整个转换区域; b 需要已知 GPS 控制点的平面位置和高程。 在定义坐标系时,在控制点之外区域的点的转 换误差是无法预测的,它随离控制点区域的距离而 增加。GPS RTK 测量中为了控制转换的质量,当一些 控制点转化后参差较大时可以从计算参数的控制点 中删除这些控制点,再进行转换参数计算,在 GPS 上进行多次计算,直到转换误差达到期望值,就可 以用此时定义的坐标