实现弱或无cors信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法
【专利摘要】实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量方法，属于大地测量领域的发明专利。在弱或无CORS信号区，CORS技术的有效性、稳定性和精度都无法满足实际生产的需要。基于此，本发明提出了一种实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，包括采用静态与动态测量相结合的方法获得平均观测历元时刻的地面点在ITRF框架下的坐标，利用基准转换获得精密国家CGCS2000坐标；利用不同精度及分辨率的地球重力场模型、数字地形模型及一定量的优化后的GNSS/水准点等数据获得测区一定分辨率的全频域的似大地水准面模型，实现高程转换，获得地面点正常高。本发明具有速度快、精度高、稳定性好等特点，具有很高的应用价值。
【专利说明】实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，属于大地测量领域。
【背景技术】
[0002]全球导航卫星系统(GNSS)作为新世纪测绘技术革命性的发展成果，使测绘技术产生了翻天覆地的变化。根据不同的数据处理方式，GNSS测量分为静态测量和动态测量。静态测量的精度高，但是它有数据处理时间长、耗时多、费用大等缺点，因此静态测量常常用于高精度的各等级控制测量。动态测量主要有两种方法:1，采用设置基准站的方法，即将基准站与流动站的载波相位进行动态实时差分获取地面点坐标，简称为GNSS-RTK，该方法应用于小面积区域，它精度高、测量速度快、能实时获得点的WGS-84坐标，可满足一般的工程要求；2、采用连续运行参考系统动态实时获取地面点坐标和大地高，简称为C0RS，该方法应用于较大面积区域，它无需设置基准站、测量速度快、精度高、能实时获得点的WGS-84坐标，是目前工程测量常用的测绘手段之一。这两种方法直接测量坐标均为WGS-84坐标，高程为大地高，无法直接为工程测量使用，均需要进行坐标和高程转换，而在弱或无CORS信号区，CORS测量的精度和稳定性都无法满足实际生产的需要，针对这种情况，本发明利用常规GNSS-RTK技术、静态精密点定位技术、CGCS2000坐标转换技术、多源重力场数据确定区域似大地水准面技术来实现弱或无CORS信号区地面点的坐标和高程的快速测量。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法。
[0004]该方法是通过以下技术方案来实现:一种实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，包括以下步骤:
[0005](a)在弱或无CORS信号区域，使用常规的GNSS-RTK技术进行测量，实时获得流动站相对于基准站的相对位置，同时记录基准站的观测数据，要求基准站观测时间大于2h。
[0006](b)利用GNSS精密轨道数据及精密钟差数据，对基准站的观测数据进行静态精密单点定位的后处理，获得平均观测历元时刻的基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标。
[0007](c)选择基准站附近至少3个IGS跟踪站平均观测历元时刻的ITRF框架下的三维空间直角坐标及2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，将基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标转换为2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，即获得了基准站CGCS2000 坐标。
[0008](d)利用基准站的CGCS2000坐标及采用GNSS-RTK技术获得的流动站和基准站间的相对坐标，获得流动站CGCS2000坐标。
[0009](e)利用EGM2008超高阶重力场模型、纯卫星重力场模型、测量区域的3弧秒的SRTM数字地形模型、30弧秒DTM2006.0全球数字地形模型联合确定测量区域的30弧秒分辨率的重力似大地水准面模型，然后采用逐步剔除的优化选择方法选择一定量的GNSS/水准点对重力似大地水准面模型进行精化，确定最终测区的似大地水准面模型，将基准站及流动站的大地高转换为我国正常高。
[0010](f)通过以上方法即可快速获得测量区域地面点的平面坐标和高程。
[0011]所述的弱或无CORS信号区是指目前CORS信号很弱或者根本没有CORS信号，无法进行有效测量的区域。
[0012]所述的高程快速测量方法是指在利用卫星重力、地面重力及卫星测高等多源重力数据获得的不同精度及分辨率的地球重力场模型、数字地形模型等数据获得测区一定分辨率的全频域的重力似大地水准面模型，然后通过逐步剔除法选择一定量的GNSS/水准数据，利用该数据对重力似大地水准面模型进行优化，进而将各地面点的大地高转换为正常高，实现利用GNSS技术快速高程测量。
[0013]所述的基准站、流动站是多频多(单)星GNSS接收机。
[0014]所述的ITRF是国际地球参考框架，包括ITRF2000，ITRF2005, ITRF2008等。
[0015]所述的精密单点定位方法是采用GNSS精密星历及精密钟差数据，利用基准站观测的伪距、载波相位进行静态精密单点定位。
[0016]所述的基准转换是指利用基准站附近的IGS跟踪站的观测历元ITRF框架下的三维空间直角坐标及2000.0历元ITRF97框架下的三维空间直角坐标，将基准站的平均观测历元时刻的ITRF框架下的三维空间直角坐标转换为2000.0历元ITRF97框架下的三维空间直角坐标，即CGCS2000坐标。
[0017]所述的精密坐标是指地面点的CGCS2000坐标，其精度不低于5cm，可满足常规各类比例尺测图精度要求。
[0018]与现有的技术相比，本发明具有以下的优点:
[0019](I)克服了弱/无CORS信号区无法利用CORS技术进行有效测量的缺陷。
[0020](2)通过静态精密定位技术及IGS跟踪站的数据获得基准站CGCS2000坐标，进而通过GNSS静态和动态测量模式相结合的方法，实现地面任意点CGCS2000坐标的快速测量。克服了传统GNSS-RTK测量基准站坐标精度不高，基准不明确的弊端。
[0021](3)通过利用国际公开的最新高精度的地球重力场模型、数字地形模型等有关数据，首先确定测区重力似大地水准面模型，然后采用逐步剔除法选择一定量的GNSS/水准数据对重力似大地水准面模型进行精化，确定最终测区的似大地水准面模型，并将各地面点大地高转换为正常高。本技术只需要少量GNSS/水准数据，而无需要地面重力等数据，成本低，精度较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为地面点精密坐标计算流程。
[0023]图2为地面点正常高计算流程。
【具体实施方式】
[0024]在测量区域中，若弱或无CORS信号，则无法使用CORS技术进行相关的测量工作；若使用GNSS静态测量，需要耗费较多的时间、人力和物力；若使用常规的大地测量方法，需要更长的时间、更多的人力和物力。基于此，本发明的两点创新在于:1、利用GNSS技术采用静动态测量结合方法实现明确基准的点的精密坐标的确定(图1)。2、集成多种模型数据，采用优化择方法确定最终测区的似大地水准面模型，获得各点的正常高(图2)。
[0025]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0026]实施例1:
[0027](a)使用常规的GNSS-RTK技术，首先设置基准站，采用普通单点定位方法获得基准站坐标，然后启动RTK测量模式进行相关的测量，实时获得流动站相对于基准站的相对位置，同时记录基准站的观测数据，要求基准站观测时间大于2h。
[0028](b)利用GNSS精密轨道数据及精密钟差数据，对基准站的观测数据进行静态精密单点定位的后处理，获得平均观测历元时刻的基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标。
[0029](c)选择基准站附近至少3个IGS跟踪站平均观测历元时刻的ITRF框架下的三维空间直角坐标及2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，将基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标转换为2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，即获得了基准站CGCS2000 坐标。
[0030](d)利用基准站的CGCS2000坐标及采用GNSS-RTK技术获得的流动站和基准站间的相对坐标，获得各流动站的CGCS2000坐标。
[0031](e)利用EGM2008超高阶重力场模型、纯卫星重力场模型、测量区域的3弧秒的SRTM数字地形模型、30弧秒DTM2006.0全球数字地形模型联合确定测量区域的30弧秒分辨率的重力似大地水准面模型，然后选择一定量的GNSS/水准点采用逐步剔除的优化选择方法对重力似大地水准面模型进行精化，确定最终测区的似大地水准面模型，将基准站及各流动站的大地高转换为我国正常高。
[0032](f)获得测量区域地面点的平面坐标和高程。
【权利要求】
1.实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，包括以下步骤: (a)在弱/无CORS信号区域，使用常规的GNSS-RTK技术进行测量，实时获得流动站相对于基准站的相对位置，同时记录基准站的观测数据，要求基准站观测时间大于2h。 (b)利用GNSS精密轨道数据及精密钟差数据，对基准站的观测数据进行静态精密单点定位的后处理，获得平均观测历元时刻的基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标。 (c)选择基准站附近至少3个IGS跟踪站平均观测历元时刻的ITRF框架下的三维空间直角坐标及2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，将基准站ITRF框架下的三维空间直角坐标转换为2000.0历元ITRF97框架三维空间直角坐标，即获得了基准站CGCS2000坐标。 (d)利用基准站的CGCS2000坐标及采用GNSS-RTK技术获得的流动站和基准站间的相对坐标，获得流动站CGCS2000坐标。 (e)利用EGM2008超高阶重力场模型、纯卫星重力场模型、测量区域的3弧秒的SRTM数字地形模型、30弧秒DTM2006.0全球数字地形模型联合确定测量区域的30弧秒分辨率的重力似大地水准面模型，然后选择一定量的GNSS/水准点采用逐步剔除的优化选择方法对重力似大地水准面模型进行精化，确定最终测区的似大地水准面模型，将基准站及流动站的大地高转换为我国正常高。 (f)通过以上方法即可快速获得测量区域地面点的平面坐标和高程。
2.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其可应用于无地面控制点或无法有效使用CORS方法进行测量工作的区域。
3.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的高程快速测量方法是指在利用卫星重力、地面重力及卫星测高等多源重力数据获得的不同精度及分辨率的地球重力场模型、数字地形模型等数据获得测区一定分辨率的全频域的重力似大地水准面模型，然后通过逐步剔除法选择一定量的GNSS/水准数据，利用该数据对重力似大地水准面模型进行优化，进而将各地面点的大地高转换为正常高，实现利用GNSS技术快速高程测量。
4.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的精密坐标是指地面点的CGCS2000坐标，其精度不低于5cm，可满足常规各类比例尺测图精度要求。
5.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的基准站、流动站是多频多(单)星GNSS接收机。
6.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的ITRF是国际地球参考框架，包括ITRF2000，ITRF2005,ITRF2008 等。
7.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的精密单点定位方法是采用GNSS精密星历及精密钟差数据，利用基准站观测的伪距、载波相位进行静态精密单点定位。
8.根据权利I的要求所述的实现弱或无CORS信号区地面点的精密坐标与高程快速测量的方法，其特征在于所述的基准转换是指利用基准站附近的IGS跟踪站的观测历元ITRF框架下的三维空间直角坐标及2000.0历元ITRF97框架下的三维空间直角坐标，将基准站的平均观测历元时刻的ITRF框架下的三维空间直角坐标转换为2000.0历元ITRF97框架下的三维空间直角坐标，即CGCS2000坐标。
【文档编号】G01S19/45GK104181571SQ201310217039
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月26日 优先权日:2013年5月26日
【发明者】张兴福, 陈运贵, 谭衍涛, 王国辉, 魏德宏 申请人:广东工业大学