[发明专利]基于全球定位控制点坐标的车载移动测量系统检校方法

摘要

本发明提供一种基于全球定位控制点坐标的车载移动测量系统检校方法，包括：将所述GNSS观测数据、精密星历和周边IGS站信息统一到WGS‑84坐标系；对各个所述控制点对应的所述GNSS观测数据进行基线解算，得到基线向量的整数解；利用所述IGS站坐标，提高起算点精度，与GNSS网进行约束平差；基于步骤8.3得到的控制点的全球坐标值，对车载移动测量系统进行检校。具有以下优点：直接利用静态相对定位技术与IGS站联测，得到高精度控制点信息，利用统一WGS‑84坐标系下坐标进行检校，避免控制点不准确产生的误差，提高控制点精度，同时避免多次坐标变换引入的误差，提高检校的精度。

主权项

1.一种基于全球定位控制点坐标的车载移动测量系统检校方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据车载移动测量系统检校需求，设计控制网；设计要素包括：控制点的数量、控制点的分布以及控制点的地理坐标；步骤2，根据步骤1设计的所述控制点的地理坐标，在对应地理位置附近进行现场实际踏勘，确定控制点实际位置；步骤3，在步骤3确定的控制点实际位置埋设具有中心标志的标石，以代表对应的控制点；步骤4，在步骤3确定的每个控制点均安装GNSS接收机；设置所述GNSS接收机的工作参数，并记录每个所述控制点的测站信息，包括：控制点点号、GNSS接收机的开关机时间以及GNSS接收机天线的高度；步骤5，所述GNSS接收机根据设置的所述工作参数，对所述控制点进行持续静态观测，得到GNSS观测数据；其中，所述GNSS观测数据为所述GNSS接收机接收卫星发出的导航电文而实时计算出的控制点三维位置；下载与所述GNSS接收机相同观测时段对应的精密星历和周边IGS站信息；步骤6，将所述GNSS观测数据、精密星历和周边IGS站信息统一到WGS‑84坐标系；其中，所述IGS站信息包括IGS站坐标；步骤7，基于所述精密星历和周边IGS站信息，对各个所述控制点对应的所述GNSS观测数据进行基线解算，得到基线向量的整数解；步骤8，利用所述IGS站坐标，提高起算点精度，与GNSS网进行约束平差，具体过程如下：步骤8.1，利用步骤7得到的所述基线向量形成观测方程，观测值的权阵采用在无约束平差中经过调整后最终确定的观测值权阵；步骤8.2，利用已知的所述IGS站坐标，形成限制条件方程；步骤8.3，所述观测方程和所述限制条件方程形成数学模型；对所述数学模型进行求解，得出待定参数的估值与GNSS观测值的平差值、GNSS观测值的改正数；其中，所述待定参数的估值是指：每个所述控制点位置的估值，即：每个所述控制点的全球坐标值，其在X、Y和Z三个方向上的分量分别表示为：步骤9，基于步骤8.3得到的控制点的全球坐标值，对车载移动测量系统进行检校，具体包括以下步骤：步骤9.1，构建检校模型：其中：[X_ECEF Y_ECEF Z_ECEF]^T为被扫描地物点的空间直角坐标；T为转置；[X_gps Y_gps Z_gps]^T为GPS接收机的中心点坐标；R_M为当地水平坐标系到空间直角坐标系的旋转矩阵；R_N为惯性导航系统坐标系到当地水平坐标系的旋转矩阵；R₀为激光雷达扫描仪的三维坐标系到惯性导航系统坐标系的角度旋转矩阵；R_L为激光雷达扫描仪的角度矩阵；S表示某一时刻激光发射中心到激光反射脚点的距离；[ΔX_LI ΔY_LI ΔZ_LI]^T为激光雷达扫描仪的三维坐标系到惯性导航系统坐标系的平移矩阵；[ΔX_IG ΔY_IG ΔZ_IG]^T表示当地水平坐标系的中心与GPS天线的相位中心点之间的坐标平移量；其中，角度旋转矩阵R₀的组成元素α，β，γ为需要检校的激光雷达扫描仪的安置角参数，α为绕X轴旋转的安置角，β为绕Y轴旋转的安置角，γ为绕Z轴旋转的安置角；步骤9.2，对所述检校模型进行解算，具体的，利用间接平差最小二乘原理求解所述检校模型，其中，检校参数为α，β，γ，其他均为已知数；具体步骤为：步骤9.2.1，设定安置角参数初始值；其中，安置角参数初始值为激光雷达扫描仪的原始坐标([X_laser Y_laser Z_laser]^T)；步骤9.2.2，令其中：为检校模型独立参数平差值，X₀为参数近似值，为近似值改正数；则平差值方程为：其中：v_x、v_y、v_z分别为x坐标轴、y坐标轴和z坐标轴方向的误差值；表示点云测量坐标值；表示步骤8.3得到的控制点的全球坐标值；表示点云测量坐标值的三个坐标分量对角度α所求偏导；表示点云测量坐标值的三个坐标分量对角度β所求偏导；表示点云测量坐标值的三个坐标分量对角度γ所求偏导；步骤9.2.3，平差值方程的矩阵形式表示为：V＝BX‑L  (5)其中：X＝[Δα Δβ Δγ]  (6)其中：V为误差值组成的矩阵：B为待求的改正数的系数矩阵；X为待定改正数参数组成的矩阵：L为特征点已知坐标和特征点近似值之差组成的矩阵；Δα、Δβ、Δγ分别为安置角α、安置角β和安置角γ的改正数；步骤9.2.4，根据最小二乘平差方法，列出法方程：B^TPBX＝B^TPL(9)其中：P为观测值的权阵，车载测量属于同精度观测，重要程度相同，权数为1；步骤9.2.5，由此得到法方程解的表达式：X＝(B^TB)^‑1B^TL(10)其中，X为平差后的安置角参数，由此求解得到安置角参数平差结果；步骤9.2.6，将得到的安置角参数平差结果与安置角参数初始值相减，如果差值超过预设定的安置角参数平差阈值，则将本次得到的安置角参数平差结果作为下次计算使用的安置角参数初始值，返回步骤9.2.2迭代计算；如果差值没有超过预设定的安置角参数平差阈值，则表明平差收敛，从而得到最终的安置角参数平差结果，即为车载移动测量系统的检校参数值。