淺述GPS RTK測量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用

何華++++夏波++韓紅

摘要： 文中介紹了GPS RTK測量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，參數(shù)的求取及應(yīng)用，并通過實(shí)例進(jìn)行了論證，證明了該方法在測量工作中的重要性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： RTK；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；七參數(shù)；四參數(shù)

1 引言

目前GPS測量已得到廣泛應(yīng)用，RTK（Real - time kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法作為一種新的常用的GPS測量方法，因其能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。但它一個(gè)顯著特點(diǎn)就是輸出的坐標(biāo)為WGS84 橢球下的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而我們實(shí)際工作中需要的多是北京54、西安80、地方獨(dú)立等平面直角坐標(biāo)，因此正確進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是靈活應(yīng)用GPS RTK測量中的一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

2 現(xiàn)有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

2.1 七參數(shù)法

即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。最為嚴(yán)密參數(shù)法，控制范圍廣（一般大于50平方公里），尤其適用于高程測量要求高的區(qū)域。

數(shù)學(xué)模型為：

七參數(shù)的計(jì)算至少需要3組以上包含高精度的WGS84坐標(biāo)及平面直角坐標(biāo)的公共控制點(diǎn)，適用于大范圍區(qū)域的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2.2 三參數(shù)法

即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，是七參數(shù)的一種特例。只需一組包含WGS84坐標(biāo)及平面直角坐標(biāo)的公共控制點(diǎn)即可求取，主要應(yīng)用于最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30Km范圍的區(qū)域。

2.3 四參數(shù)法

即X平移，Y平移，旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。需二組以上包含WGS84坐標(biāo)及平面直角坐標(biāo)的公共控制點(diǎn)，數(shù)學(xué)模型為：

四參數(shù)法參數(shù)求取方便，但只能轉(zhuǎn)換平面x，y坐標(biāo)，沒有進(jìn)行高程擬合，不能對(duì)高程產(chǎn)生作用?？刂泣c(diǎn)等級(jí)的高低和分布直接決定了四參數(shù)的控制范圍，理想的控制范圍在20-30平方公里以內(nèi)。

從以上各參數(shù)的求解條件可以看出，無論是哪種轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，都必須求取WGS84坐標(biāo)，因此 WGS84 坐標(biāo)的獲取在這里就顯得至關(guān)重要。WGS84坐標(biāo)的獲取有兩種方式：一種是GPS移動(dòng)站在沒有任何校正參數(shù)起作用的固定解狀態(tài)下的記錄；一種是事先布設(shè)好靜態(tài)控制網(wǎng)，從靜態(tài)處理結(jié)果中獲取。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換具體實(shí)際應(yīng)用

下面以三亞崖州灣中心漁港疏浚工程項(xiàng)目為例來分析使用南方工程之星3.0軟件來進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的具體應(yīng)用。

三亞崖州中心漁港是海南省及三亞市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，位于三亞市西面的崖州灣、寧遠(yuǎn)河出?？谔?，背靠崖城鎮(zhèn)，漁港面向南海北部灣海域，距三亞市40km，我處承擔(dān)該項(xiàng)目清淤工程施工測量任務(wù)。

首先分析工區(qū)具體情況，該施工區(qū)域業(yè)主交付3個(gè)控制點(diǎn)，平面坐標(biāo)為海南平面坐標(biāo)系，高程為當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，施工區(qū)及各控制點(diǎn)之間距離均在方圓5公里范圍之內(nèi)。由于控制范圍較小，且為當(dāng)?shù)鬲?dú)立坐標(biāo)，綜合考慮若采用七參數(shù)，因其要求較嚴(yán)格，交付的控制點(diǎn)間距太近，且為圖根點(diǎn)控制精度，較難滿足計(jì)算精度要求，極可能出現(xiàn)求取參數(shù)不能使用的情況。若直接采用四參數(shù)轉(zhuǎn)換不僅求取方便實(shí)用，其平面控制精度也能有效滿足施工測量需求。高程控制中因控制范圍小，距離較近，直接在已知點(diǎn)上校正獲得的高程也能滿足施工測量需求。

3. 1 新建工程

依次按要求編輯或選取如下工程信息：坐標(biāo)系統(tǒng)、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置，四參數(shù)設(shè)置、七參數(shù)設(shè)置和高程擬合參數(shù)設(shè)置此時(shí)未啟用均不填寫，最后確定，工程新建完畢。

3.2 采集原始坐標(biāo)：在施工區(qū)域附近選擇任意地點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，采集該點(diǎn)的單點(diǎn)定位坐標(biāo)后，輸入坐標(biāo)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，待移動(dòng)站收到差分信號(hào)后，分別在兩個(gè)已知控制點(diǎn)上采集固定解坐標(biāo)，做為該控制點(diǎn)的WGS84原始坐標(biāo)。

3.3 計(jì)算參數(shù)：進(jìn)入輸入—求轉(zhuǎn)換參數(shù)菜單，分別輸入兩個(gè)控制點(diǎn)的原始坐標(biāo)和已知坐標(biāo)，即可計(jì)算出四參數(shù)。

3.4 校核結(jié)果

計(jì)算出四參數(shù)后，在兩個(gè)以上已知點(diǎn)上進(jìn)行比對(duì)，其平面坐標(biāo)完全滿足精度要求，每次測量前在已知點(diǎn)上進(jìn)行校正后即可對(duì)整個(gè)施工區(qū)域?qū)嵤┤S控制。

4 注意事項(xiàng)

1） 轉(zhuǎn)換參數(shù)都有控制范圍，不同區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)是不同的。 因此在某個(gè)區(qū)域第一次測量前首先要計(jì)算出適用于該區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2） 轉(zhuǎn)換參數(shù)的使用實(shí)際上是靈活多變的，測區(qū)范圍大于50平方公里或最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離大于30Km時(shí)應(yīng)采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換，小于上述范圍可采用四參數(shù)轉(zhuǎn)換或三參數(shù)轉(zhuǎn)換。

3） 七參數(shù)的轉(zhuǎn)換最為嚴(yán)密，但七參數(shù)的控制范圍和精度雖然增加了，但七個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)都有參考限值，X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)一般都必須是秒級(jí)的；X、Y、Z 軸平移一般小于 1000。若求出的七參數(shù)不在這個(gè)限值以內(nèi)，一般是不能使用的。這一限制還是比較苛刻的，因此在具體使用七參數(shù)還是四參數(shù)要具體分析。

4） 許多相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為不同橢球宜采用七參數(shù)法，同一橢球宜采用四參數(shù)法，但筆者以為，控制范圍的大小和公共控制點(diǎn)精度的高低才是選擇轉(zhuǎn)換方法考慮的核心。本例中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前的原始經(jīng)緯度是WGS84橢球，轉(zhuǎn)換后的平面直角坐標(biāo)是北京54橢球，采用的四參數(shù)法是直接把 WGS84 的經(jīng)緯度坐標(biāo)當(dāng)作北京 54 的經(jīng)緯度坐標(biāo)（肯定會(huì)存在偏差）， 經(jīng)過投影后再通過四參數(shù)轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)。這里的四參數(shù)是由 WGS84 坐標(biāo)和平面坐標(biāo)求得的，因此，在把 WGS84 的坐標(biāo)當(dāng)作北京 54 的坐標(biāo)投影時(shí)存在的固定偏差也能被四參數(shù)改正。

5 結(jié)束語

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在GPS測量中處在一個(gè)首要的位置，RTK的出現(xiàn)為實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確采集WGS84坐標(biāo)并及時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)提供了方便，較以前需靜態(tài)控制網(wǎng)平差求得控制點(diǎn)WGS84坐標(biāo)有了更高的效率。但坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法是否正確、求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)是否科學(xué)將直接影響到測量結(jié)果，測量人員只有充分考慮現(xiàn)場情況，結(jié)合各方面因素合理選擇坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，才能保證獲得理想的控制范圍和測量精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]七參數(shù)法GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用 張秋民endprint