利用Rosenbrock法优化坐标转换

WGS-84坐标系与地方独立坐标系往往存在着较大的旋转参数。当旋转参数偏大时,坐标转换的线性化平差模型将会产生一定的模型误差。针对这种情况,本文提出了利用Rosenbrock法优化坐标转换平差模型的一种新方法。通过模拟数据解算表明,该方法能有效地减弱模型误差,提高坐标转换精度。     

基于非线性最小二乘的坐标转换及精度分析

在GPS应用中经常涉及到坐标系转换的问题。利用七参数线性模型进行坐标转换是目前常用的坐标转换方法,但是当旋转角较大时,利用七参数线性模型转换会存在较大的模型误差。本文提出七参数模型的非线性最小二乘求解方法,结合模拟坐标数据比较了非线性最小二乘与传统迭代法的求解精度。结果表明：在旋转角较大的情况下,利用非线性最小二乘方法求解坐标转换参数精度比迭代法有明显提高。     

非线性二维转换模型的稳健总体最小二乘算法

针对应用线性最小二乘估计准则求解非线性平面转换模型参数时,通过定义间接参数将模型线性化的方法不能直接求解转换模型参数的问题,该文在非线性平面转换模型的基础上,建立线性模型,实现平面坐标的转换。为解决控制点已知坐标与观测坐标中均含有误差对转换参数求解的影响,对应用稳健总体最小二乘求解线性模型参数的算法进行讨论。最后,通过算例比较稳健总体最小二乘算法与最小二乘算法在抗差性方面的优势。结果表明,稳健总体最小二乘算法更适用于应用线性模型求解未知控制点的转换坐标。     

Rosenbrock法在坐标转换中的应用

分析了旋转参数对线性化坐标转换模型的影响大小,提出了利用Rosenbrock法求定坐标转换参数的一种新方法,实现了旋转参数偏大时的坐标转换.     

快速同伦算法在非线性最小二乘平差中的应用

针对线性化近似法模型误差大,牛顿迭代法和高斯-牛顿法局部收敛等不足,而同伦算法在非线性数据处理方面有独到优势。通过对同伦路径跟踪过程中牛顿迭代终止判据和步长控制策略进行了改进,得到了一种快速、稳定的同伦路径跟踪算法。     

基于同伦方法的非线性测量模型参数估计

提出了非线性模型参数稳健估计的同伦算法和带约束非线性模型参数估计的同伦算法,推导了相应的非线性同伦算法的函数模型.算例计算结果表明,所提出的算法对初值要求不高,算法收敛,计算结果精度较好,是非线性测量模型参数估计的一种有效方法.     

单站点云坐标转换参数的线性拟合解算方法

针对三维坐标转换公式是非线性的,会造成在旋转角度任意大小时影响平差计算转换参数的问题,该文根据罗德里格矩阵的性质,建立坐标转换的线性拟合模型,计算6个拟合参数,并计算坐标转换参数。利用三维激光扫描仪获得物体形状信息后,需要将点云坐标系统转换成工程测量中使用的国家或地方坐标(指定坐标)系。多站实验后的数据分析表明,平面点位误差为21.27mm,高程中误差为18.96mm,证明此方法可靠有效。     

罗德里格矩阵在坐标系转换中的应用

在大旋转角度的坐标系转换中,线性转换模型的旋转参数线性化复杂,计算量大,误差大。根据反对称矩阵和罗德里格矩阵的性质,推导了基于罗德里格矩阵的坐标系转换模型。该模型用反对称矩阵中的3个独立参数代替旋转矩阵中9个相关参数,避免了旋转参数的线性化。模型简单、计算简便,通过实验计算,精度较高。     

大角度三维基准转换的解析封闭解

传统大地测量应用中的基准转换往往涉及小角度旋转,可只考虑旋转角的一阶量采用线性化方法求解。现代空间测量技术成果应用的基准转换涉及大角度旋转,通过将旋转矩阵所有元素作为未知数并利用旋转矩阵正交条件采用附约束条件平差法迭代求解。本文以空间三维基准转换为例,采用多元模型的矩阵形式将多点坐标组成矩阵处理,并利用旋转矩阵的正交条件导出了大角度三维基准转换的解析分步解。同时引入两套公共点坐标误差对传统三维基准转换模型扩展,导出了同时顾及两套公共点坐标误差的大角度三维基准转换模型的解析解。试验表明:给出的大角度三维基准转换解析解能在实现与传统迭代解等效转换结果的同时,有效避免复杂耗时的迭代计算,提高计算效果。     

三维坐标转换的通用整体最小二乘算法

三维坐标转换模型属于非线性EIV（errors-in-variables）模型,现有整体最小二乘算法均设定了某些特殊假设条件,如仅适用于小角度或者属于非统计意义上的数值解,并且不能用于结构性的系数矩阵等,算法适用性受到极大限制。本文提出了三维坐标转换模型的通用加权整体最小二乘算法,该算法适用于任意旋转角度以及一般性的权矩阵情况下的三维坐标转换模型,并且将结构性系数矩阵、同时包含随机和非随机元素的系数矩阵等情况纳入到了统一的坐标转换模型算法。实例计算表明,本文提出的算法具有通用性,适用于实际应用中的各类三维坐标转换模型。     

三维坐标转换参数求解的一种直接搜索法

采取了两步措施简化三维坐标转换非线性模型:①旋转矩阵的3个旋转角用一个反对称矩阵的3个独立元素代替,将旋转矩阵由反对称矩阵构成Lodrigues矩阵;②将坐标转换7参数模型变换成基线向量模型,消去平移3参数.然后,采用遗传算法与模式搜索法相结合的一种直接搜索法求解参数.算例表明,该算法是可行的.最后,从坐标转换精度的角度时基线向量模型原点与公共点的选取进行了分析,结论是原点选取的点的精度相对较高时坐标转换精度相对较高,公共点的选取以3～5个精度高的点为宜.     

三维坐标转换的非线性Gauss-Helmert模型及其解法

针对传统的三维坐标转换模型局限于求解小旋转角的三维坐标转换参数的缺点,以及没有同时顾及观测向量和系数矩阵的随机误差,该文提出了一种新的三维坐标转换参数求解模型。基于非线性Gauss-Helmert模型,建立了三维坐标转换的Bursa-Wolf模型,采用Newton-Gauss迭代算法,构建了加权整体最小二乘问题的拉格朗日函数,并给出了该算法的具体推导过程及其精度评定公式。实测数据和仿真数据结果表明:新算法在无须假设条件的前提下,可以获得任意旋转角下的坐标转换参数,且待估参数数目大大降低,易于程序实现。     

三维坐标转换的非线性模型

讨论了三维坐标转换的线性模型的应用范围，提出了三维坐标转换的非线性模型，解决了线性模型对旋转角大小的限制。     

基于最小二乘配置的九参数模型在三维坐标转换中的应用

运用传统的布尔莎七参数法进行三维坐标转换时,并未考虑到两坐标系统的公共点坐标误差及三个坐标轴缩放比例不均的问题。引入最小二乘配置法,将公共点误差作为随机信号处理,并增加两个尺度参数解决坐标轴缩放比例不均的问题;推导出基于最小二乘配置的九参数模型及其误差方程,通过实验对比分析表明,该方法可以有效地提高坐标转换精度。     

一种适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法

针对传统的三维基准转换模型局限于求取小角度的三维基准间转换参数的缺点,提出了一种适用于大角度的三维基准转换参数求解模型。利用实测数据和模拟数据对此模型进行了验证,结果表明,所提出的算法适用于任意角度的三维基准转换,既可利用传统的最小二乘方法估计坐标转换参数,又可利用整体最小二乘方法进行参数求解,可靠性高,解算速度快。     

模型的高精度抗差坐标转换算法研究

针对经典空间直角坐标转换没有考虑公共点坐标精度对求解坐标转换参数的影响,提出了一种基于稳健抗差估计理论的空间直角坐标转换方法,该方法采用IGGIII模型对精度较低或误差过大的公共点重新定权,逐渐降低其在求解坐标转换参数中的作用,进而获得可靠的坐标转换参数。最后利用编制的算法程序对某工程实例中的公共点坐标数据进行计算,结合设计的两个方案对比分析表明本文提出的方法实用、有效,可以达到高精度坐标转换的目的,在实际测量生产中具有一定的推广价值。      

坐标转换四参数解算的整体最小二乘新方法

在平面四参数坐标转换模型中,观测向量和误差方程系数矩阵中部分元素都存在误差。提出一种使用整体最小二乘迭代法求解坐标转换四参数的新方法,只改正系数矩阵中含误差的元素,同时使系数矩阵中不同位置的相同元素具有相同改正数,理论上更严谨。设计了平面四参数模型坐标转换实验数据,通过与经典最小二乘、整体最小二乘、混合整体最小二乘3种方法结果对比,验证了新方法的可行性且解算结果更优。     

格网内插法坐标转换

由于我国天文大地网存在较大的局部系统差和累积误差,采用Bursa模型完成坐标转换后往往还剩余较大的残差。为了提高转换精度,可以将转换区域划分为小的格网单元,利用数学模型计算得到每个格网节点的坐标转换改正量;再通过格网内插得到其中任意位置的坐标转换改正量,从而完成坐标转换。对同一区域分别用Bursa 7参数法与格网内插法进行了坐标转换,格网内插法的转换精度明显高于Bursa法。     

七参数坐标转换模型的比较分析

主要介绍了Bursa模型、Molodensky模型,以及武测七参数坐标转换模型的原理与方法,采用最小二乘原理求解七参数数值并通过Cshape编程实现三种模型的转换过程,比较三种模型的坐标转换结果并解算模型的相关系数矩阵,分析了三个模型七参数之间的相关性。结果显示,三种模型转换后的坐标及残差完全一样,小范围内Molodensky模型参数之间的相关性明显弱于Bursa模型和武测模型。     

TCA2003全站仪监测数据处理新方法

在微震颤状态下,TCA2003智能全站仪的垂直自动补偿器不能正常工作,因此由持续监测过程中的温度变化而引起的仪器竖轴周期性倾斜摆动不能通过自动补偿来改正。本文提出了一种新的非线性坐标转换方法,该方法用于TCA2003变形监测数据处理可以消除竖轴倾斜的影响,提取高精度的变形量,而且适用于大角度的三维坐标转换并且不依赖于初值。