CORS—RTK測量中的坐標轉換方法探討

于述鵬 王特

摘 要：隨著GPS的應用越來越廣泛，CORS在國內(nèi)也進行了大規(guī)模的建設，網(wǎng)絡RTK技術在應用方面有很大的優(yōu)勢，它在測量中也發(fā)揮了越來越重要的作用。本文對常用坐標系統(tǒng)和網(wǎng)絡RTK常用坐標轉換方法進行了探討。

關鍵詞：CORS坐標轉換；網(wǎng)絡RTK測量；坐標轉換

隨著GPS技術的發(fā)展，利用網(wǎng)絡RTK技術建立的GPS參考站網(wǎng)CORS也得到快速的發(fā)展和建設，野外控制測量中精度已達到厘米級，GPS參考站網(wǎng)通過網(wǎng)絡RTK技術實現(xiàn)應用，網(wǎng)絡RTK技術以其高精度、高效率、實時性和無誤差累積等優(yōu)點在各行各業(yè)中迅速被廣泛應用。同時，在各大城市，為避免高斯投影變形帶來的影響，在城市規(guī)劃、建設、施工等作業(yè)應用中，通常采用地方獨立坐標系，也有采用國家1980西安坐標系和1954年北京坐標系。因GPS定位結果直接表示為WGS-84坐標，因此，應用時需要將GPS定位結果轉換為所需的平面坐標，以提高坐標精度及作業(yè)效率。

1. 我國GPS測量中常用的坐標系統(tǒng)

1.1 1954年北京坐標系

新中國成立后，國內(nèi)大地測量進入全面發(fā)展時期，迫切需要建立一個參心大地坐標系，在全國范圍內(nèi)開展了正規(guī)的、全面的大地測量和測圖工作。鑒于當時歷史條件，暫時采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，經(jīng)過東北邊境的呼瑪、吉拉林、東寧3個基線網(wǎng)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標系進行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系。該坐標系是蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸，其原點在前蘇聯(lián)的普爾科沃，不在北京，相應的橢球為克拉索夫斯基橢球。

1.2 WGS-84坐標系

WGS-84坐標系是由美國國防部制圖局依據(jù)TRANSIT衛(wèi)星定位測量成果而建立的一種協(xié)議地球坐標系（CTS），它是GPS衛(wèi)星廣播星歷和精密星歷的參考系，GPS定位結果直接表示為WGS-84坐標系。1987年1月10日開始采用WGS-84世界大地坐標系（World Geodetic System），以取代1987年以前所采用的WGS-72。WGS-84坐標系的x，z軸分別指向BIHl984.0的起始子午面和赤道交點、BIHl984.0定義的協(xié)議地球極方向，Y軸與他們構成了右手系。

1.3地方獨立坐標系

為滿足大比例尺測圖和進行施工放樣要求，基于實用、方便和科學的目的，通常采用自選的中央子午線，自選的計算基準面，即獨立平面坐標系。一般情況下，將地方獨立測量控制網(wǎng)建立在當?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔希⒁援數(shù)刈游缇€作為中央子午線進行高斯投影求得平面坐標，建立地方獨立坐標系。地方獨立坐標系都有獨立的原點和定向方式，是基于一個與當?shù)仄骄０胃叱虒膮⒖紮E球。該橢球的中心、軸向和扁率一般與國家參考橢球體相同，但其長半軸則有一個改正量。這個參考橢球稱為“地方參考橢球”。

1.4 1980西安坐標系

為滿足大地測量發(fā)展需要，我國于1978年4月決定建立新的國家坐標系，新的大地原點設在陜西省澤陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市兩北方向60km，簡稱西安原點，相應的坐標系稱為1980西安坐標系，也稱為1980國家大地坐標系。該坐標系建立后，實施了全國天文大地網(wǎng)平差。平差后提供的大地點成果屬于1980西安坐標系，它和原來的1954年北京坐標系的成果是不同的。這個差異除因它們各屬不同橢球與不同的橢球定位、定向外，還因前者是經(jīng)過整體平差，而后者只是作局部平差。1980國家大地坐標系與1954年北京坐標系屬于兩個不同的參心坐標系。

2.網(wǎng)絡RTK常用坐標轉換方法

2.1坐標校正法

操作方法為：在測區(qū)內(nèi)選取A、B兩已知點，RTK移動站不設任何校正參數(shù)，連接城市參考站，對A、B兩點進行RTK測量。當獲得固定解時，記錄兩點的原始坐標，然后在相應RTK應用軟件中，利用A、B兩點的原始坐標和已知坐標計算校正參數(shù)。在小測區(qū)范圍內(nèi)擁有大于等于二個控制點時，為實時獲取相應坐標系坐標，通?？刹捎米鴺诵Ｕ▽ψ鴺诉M行校正。

2.2三參數(shù)法

其工作原理是通過一個已知點來計算出X、Y、H的差值，即計算出WGS-84坐標系統(tǒng)的坐標值和實際應用坐標值的差值。在每次開機時，進行重新校正，可在已知點或未知點上來架設參考站。

2.3參數(shù)法

4參數(shù)是同一個橢球內(nèi)不同坐標系相互轉換參數(shù)，在網(wǎng)絡RTK測量軟件中，參與計算的控制點大于等于兩點，包括X、Y、A（旋轉角）、K（尺度比）的差值，4參數(shù)法具有靈活、便捷的優(yōu)點，缺點是控制的范圍相對較小。七參數(shù)與四參數(shù)不同，七參數(shù)是兩個橢球之間的轉換，七參數(shù)的方法比較嚴謹，它包括X平移，Y平移，Z平移，X旋轉，Y旋轉，Z旋轉，尺度變化K，控制范圍較大，求解7參數(shù)需要3個以上具有所需坐標和WGS-84坐標兩套坐標的已知點，已知點組成的區(qū)域應在測區(qū)內(nèi)均勻分布，能夠覆蓋整個測區(qū)，該方法復雜嚴密，它是靜態(tài)測試。

2.4擬合參數(shù)

工作原理就是求出四參數(shù)，在擁有高程的已知點超過六個時，軟件就可以計算擬合參數(shù)并啟動。這種求法主要指得是高程擬合參數(shù)，需要在高精度的正常高程值下，RTK測量需要合理的求出高程的擬合面，因?qū)τ陟o態(tài)測量，最高是三等的水準的精度，而RTK主要是四等及其以上。

3. RTK在坐標轉換過程中常出現(xiàn)問題

3.1測量時只有一組數(shù)據(jù)

只有提供控制點的地方坐標（通常為北京54坐標）。這種情況下需要首先將參考站架設到某一個控制點上，然后求出該點的WGS-84坐標，再用同樣的方法使用流動站測量多個控制點的WGS-84坐標（最好大于三點）。再將測量出的對應坐標輸入到接收機中，計算出坐標轉換參數(shù)，最后流動站直接進行測量和放樣。只需在整個區(qū)域內(nèi)求一次WGS-84坐標，其余的點可利用已知地方坐標和轉換參數(shù)后計算求出，直接輸入到參考站的儀器中，再把天線高輸入以后就可開始。

3.2測量時有兩組數(shù)據(jù)

二組數(shù)據(jù)包括控制點的WGS-84坐標和對應地方坐標（常為北京-1954坐標），這種情況下需要將對應控制點的WGS-84坐標輸入到參考站上，再輸入對應的天線高。流動站對兩組數(shù)據(jù)進行坐標參數(shù)轉換，用適當?shù)姆椒ㄋ愠?，直接進行測量和放樣。在有已知WGS-84坐標的點上都可架設流動站，這樣流動站用相同的轉換參數(shù)就可測量出相同結果。

3.3測量時該區(qū)域未提供任何控制點坐標

地方坐標、轉換參數(shù)和WGS-84坐標三組數(shù)據(jù)中只需要掌握其中的兩組數(shù)據(jù)，另外一組數(shù)據(jù)就可以計算得出。需先假設一個點坐標，使用一步法來計算出該點的獨立坐標系參數(shù)，建立一個獨立坐標系。需先用流動站對幾個不同控制點進行測量，然后將WGS-84坐標輸入到接收機中，分別對各個點數(shù)據(jù)進行坐標轉換參數(shù)計算。在計算時，幾個不同的控制點對應的WGS84坐標和地方坐標可計算出轉換參數(shù)。同樣的方法也可使用地方坐標和轉換參數(shù)來求控制點的WGS-84坐標。

4.結語

在CORS—RTK測量坐標轉換實際的應用中表現(xiàn)出很多問題，即在比較大的范圍進行測量時且測繪項目都集中在該區(qū)域，應當使用兩套坐標聯(lián)測的方法來完成，并進行7參數(shù)求解，這樣可以避免適用于小區(qū)域的4參數(shù)方法中的不斷坐標校正問題。節(jié)省了大量的人力、物理、財力，同時也大大的提高了工作效率。如果將加密參數(shù)使用到大多數(shù)的移動站中，不僅可使數(shù)據(jù)具有機密性，保證參數(shù)的不泄露，還使工作人員觀測數(shù)據(jù)時，不需將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進行解算處理，這樣避免工作時的繁瑣又保證了實時性。

作者簡介：

1.于述鵬 （1993.11-）男，滿族，大學本科，助理工程師，從事工程測量工作

2.王特（1986.02-）男，漢族，大學本科，工程師，從事測繪工程技術工作