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坐标转换在RTK技术中占据着不可或缺的关键地位。由于不同坐标系所采用的椭球体具有不同的长半径、短半径和扁率特性,例如常用的北京54、西安80、WGS84及CGCS2000坐标系,它们各自对应的椭球体参数均有所差异。为了实现不同空间直角坐标系之间的转换,通常采用七参数或四参数模型。
1. 四参数模型
四参数模型主要用于两个二维平面直角坐标系之间的转换,尤其适用于小范围测区的空间坐标转换。相较于七参数模型,四参数转换的优势在于其操作简便,仅需两个公共已知点即可进行转换。
该模型包含以下四个未知参数:
· 两个坐标平移量(ΔX, ΔY):代表两个平面坐标系的坐标原点之间的坐标差值。
· 平面坐标轴的旋转角度A:通过旋转一个角度,使两个坐标系的X和Y轴得以重合。
· 尺度因子K:表示两个坐标系内同一段直线的长度比值,实现尺度的比例转换。通常,K值接近1。
四参数的数学意义在于,通过含有四个参数的方程来描述因变量(y)随自变量(x)变化的规律。例如,在珠海地区,若同时存在北京54平面坐标和珠海本地平面坐标,两者之间的转换便需借助四参数模型,而获取这些参数至少需要两个公共已知点。
2. 七参数模型
七参数模型则采用布尔沙模型法,更适用于大范围测区的空间坐标转换。转换过程中至少需要三个公共已知点,且由于已知点较多,七参数转换的坐标精度通常高于四参数转换。然而,其操作相对复杂。
七参数模型包含以下七个未知参数:
· 三个坐标平移量(ΔX, ΔY, ΔZ):代表两个空间坐标系的坐标原点之间的坐标差值。
· 三个坐标轴的旋转角度(Δα, Δβ, Δγ):通过按顺序旋转三个坐标轴指定角度,使两个空间直角坐标系的XYZ轴得以重合。
· 尺度因子K:与两个空间坐标系内的同一段直线的长度比值,实现尺度的比例转换。通常K值几乎等于1。
这七个参数分别为:X平移、Y平移、Z平移、X旋转、Y旋转、Z旋转以及尺度变化K。
3. 区别
· 适用范围:四参数模型适用于较小范围的坐标转换,而七参数模型则适用于较大范围。
· 所需控制点:四参数模型最少需要两个控制点对,而七参数模型则至少需要三个。
· 转换结果:四参数模型仅适用于平面坐标的转换,而七参数模型则可实现三维空间坐标的转换。
四参数模型用于两个平面直角坐标系之间的转换,而七参数模型则用于两个三维空间直角坐标系之间的转换。四参数的求解相对简单,仅需两个具有三维坐标的已知等级控制点即可;而七参数的求解则较为复杂,需要在测区布设一定密度的等级控制网点,并利用整个网的WGS-84坐标系下的三维约束平差结果和当地坐标系统的二维约束平差结果及各点的高程进行解算。
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