CORS-RTK測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法探討

摘? 要：CORS-RTK是網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)法的簡(jiǎn)稱，其定位精度在傳統(tǒng)坐標(biāo)方法的基礎(chǔ)上有所提高，該坐標(biāo)法是現(xiàn)階段各大技術(shù)部門常用的定位方法之一。本文針對(duì)此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法展開討論，將其和常用坐標(biāo)分別進(jìn)行介紹，并闡述網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：定位;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;CORS-RTK測(cè)量;GPS

中圖分類號(hào)：P228.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）07-0029-03

Abstract：CORS-RTK is the abbreviation of network coordinate method. Its positioning accuracy has been improved on the basis of traditional coordinate method. This coordinate method is one of the commonly used positioning methods in major technical departments at present. This paper discusses the coordinate transformation method，introduces it and common coordinates respectively，and expounds the advantages of network coordinate transformation method，and then draws relevant conclusions.

Keywords：positioning;coordinate transformation;CORS-RTK measurement;GPS

0? 引? 言

CORS-RTK測(cè)量的主要作用是確定地球上某點(diǎn)的具體位置，在定位技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，我國(guó)近年來在各大城市建立了很多大型定位基站，加以網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化法的輔助，定位精度大大提升。目前很多城市的定位方式已經(jīng)全面轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)，只有在土地規(guī)劃、建筑等平面施工中才會(huì)用到常規(guī)坐標(biāo)系?？梢姮F(xiàn)階段我國(guó)還未徹底擺脫常用坐標(biāo)的約束，其需要和網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)相互配合使用，才能更好地完成定位作業(yè)。

1? 常規(guī)坐標(biāo)

1.1? WGS-84

這是大地坐標(biāo)系的簡(jiǎn)稱，其在二十世紀(jì)八十年代開始使用，在此之前采用的坐標(biāo)系是同系列的72類型坐標(biāo)。大地坐標(biāo)最早是由美國(guó)提出和研究的，我國(guó)引進(jìn)后根據(jù)各地區(qū)的經(jīng)緯度特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，最終形成適合我國(guó)使用的協(xié)議坐標(biāo)系。在GPS定位過程中，該坐標(biāo)系充當(dāng)參考系的作用，平面坐標(biāo)和空間坐標(biāo)相互配合，能夠有效提升定位精度，定位速度也在不斷加快。

1.2? 北京坐標(biāo)

我國(guó)建國(guó)以來，大地坐標(biāo)的發(fā)展非常迅速，政府迫切需要對(duì)土地面積進(jìn)行全面普查，此坐標(biāo)系在全國(guó)測(cè)量過程中被大面積使用。經(jīng)過測(cè)量團(tuán)隊(duì)的不懈努力，我國(guó)終于建立起一個(gè)比較完整的參心坐標(biāo)。橢球參數(shù)是當(dāng)時(shí)坐標(biāo)系建立過程中所使用的主要參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，至此我國(guó)的大地坐標(biāo)已經(jīng)初具規(guī)模，經(jīng)過十年時(shí)間的改進(jìn)最終將此系統(tǒng)更名為背景坐標(biāo)。聯(lián)合試驗(yàn)的起源是在蘇聯(lián)，因此北京坐標(biāo)是在蘇聯(lián)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的。

中華人民共和國(guó)成立六年后建立起完善的北京坐標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上建立了國(guó)家地球網(wǎng)絡(luò)，輔助完成很多項(xiàng)重要的測(cè)繪工作。隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)測(cè)繪知識(shí)的了解越來越深入，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)北京坐標(biāo)有很多不足：如橢球參數(shù)有較大誤差;參考橢球與中國(guó)平均水平線之間存在嚴(yán)重的傾斜現(xiàn)象：應(yīng)用幾何方法和物理方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，使用的參考面均勻程度達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);定向不明確等[1]。對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行局部調(diào)整后只能適用于大部分地區(qū)，小面積地區(qū)測(cè)量過程中還是存在一些不合理的地方。

1.3? 西安坐標(biāo)

1980西安坐標(biāo)系的橢球定位條件為：橢球的短軸平行于地球的軸線（由地球的質(zhì)心指向1968.OJYD測(cè)地線的原點(diǎn)）;起始子午線與格林尼治平均天文臺(tái)的起始子午線平行;橢圓體表面類似于我國(guó)的大部分地區(qū)水平面。西安坐標(biāo)建立后，國(guó)家天文臺(tái)對(duì)局部地區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后提供的大位置數(shù)據(jù)偏向西安坐標(biāo)系，這與原始北京坐標(biāo)有很大不同。這種差異是由于它們通過不同的橢球和橢圓來定位和定向，并且前者被整體調(diào)整，后者僅被部分調(diào)整。

1.4? 獨(dú)立坐標(biāo)

中國(guó)使用高斯投影，其中除中央子午線之外的任何線都會(huì)改變長(zhǎng)度。變形程度由子午線的長(zhǎng)度決定，距離越長(zhǎng)，變形越大。因此需使用分割突起法，用于限制長(zhǎng)度變形。中國(guó)規(guī)定使用6°波段或3°波段進(jìn)行區(qū)域投影。然而，對(duì)于城市測(cè)量，工業(yè)和采礦工程測(cè)量，直接在中央天文臺(tái)建立坐標(biāo)系統(tǒng)。為了避免過度變形，有必要參照中央子午線在相應(yīng)區(qū)域建立獨(dú)立的坐標(biāo)系。

一般情況下，在局部平均高程面的基礎(chǔ)上建立局部獨(dú)立測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，以局部子午線作為投影中心線，得到平面坐標(biāo)，從而建立局部獨(dú)立坐標(biāo)系。局部獨(dú)立坐標(biāo)系具有獨(dú)立的起源和方向，對(duì)應(yīng)于局部平均高程的參考橢球。橢圓體的中心，軸向和扁平化通常與國(guó)家中央天文臺(tái)的相同，但長(zhǎng)半軸需要在使用前進(jìn)行校正。

2? 轉(zhuǎn)換方法

2.1? 校正法

當(dāng)在小測(cè)試區(qū)域中存在兩個(gè)或更多個(gè)控制點(diǎn)時(shí)，為了實(shí)時(shí)獲得相應(yīng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，通?？梢允褂米鴺?biāo)校正方法來校正坐標(biāo)。具體方法是在調(diào)查區(qū)域中選擇兩個(gè)已知點(diǎn)A和B，并且RTK移動(dòng)臺(tái)不設(shè)置任何校正參數(shù)以連接城市參考站，進(jìn)而在兩個(gè)點(diǎn)A和B上執(zhí)行RTK測(cè)量[2]。當(dāng)獲得固定解時(shí)，記錄兩個(gè)點(diǎn)的原始坐標(biāo)，然后使用兩個(gè)點(diǎn)A和B的原始坐標(biāo)以及相應(yīng)RTK應(yīng)用軟件中的已知坐標(biāo)計(jì)算校正參數(shù)。

2.2? 4參數(shù)法

這四個(gè)參數(shù)是在同一橢圓體中的幾個(gè)坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的參數(shù)。其在計(jì)算過程中必須至少包含兩個(gè)或更多測(cè)控點(diǎn)，且測(cè)控點(diǎn)是在水平和豎直方向上均勻分布的，確定測(cè)控點(diǎn)后就能確定參數(shù)范圍。一般來說，4參數(shù)的理想控制范圍在20km2～30km2。一般情況下這種計(jì)算方法比較靈活，計(jì)算過程相對(duì)簡(jiǎn)單，但測(cè)控點(diǎn)較少，能夠控制的范圍也相應(yīng)較少。

2.3? 7參數(shù)法

7參數(shù)方法是兩個(gè)橢球之間的坐標(biāo)變換，這是更嚴(yán)格的坐標(biāo)變換。7參數(shù)方法，即三個(gè)方向的平移和旋轉(zhuǎn)，7參數(shù)范圍通常大于50km2。這種方法的測(cè)控點(diǎn)較多，且在分布區(qū)域內(nèi)相對(duì)均勻，盡量覆蓋整個(gè)區(qū)域，這樣計(jì)算結(jié)果會(huì)更加精確。

3? 案例分析

山西省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)網(wǎng)及綜合服務(wù)系統(tǒng)（SXCORS）已經(jīng)使用了近五年，其網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量已成為日常測(cè)繪工程中不可缺少的重要組成部分。RTK測(cè)量區(qū)別于傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位，其是通過確定基準(zhǔn)站、流動(dòng)站之間的相位變化，來實(shí)現(xiàn)定位過程的。本次以該省最大的定位測(cè)量基站為案例，通過前期勘測(cè)可知，主城區(qū)占測(cè)繪工作很大一部分內(nèi)容?？紤]到測(cè)繪范圍很大，不適用于坐標(biāo)校正方法和4參數(shù)方法。因此，在主城區(qū)可以使用7參數(shù)法進(jìn)行定位作業(yè)。下面借助本省的CORS坐標(biāo)定位基站，對(duì)主城區(qū)的求解7參數(shù)過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

3.1? 坐標(biāo)聯(lián)測(cè)

當(dāng)計(jì)算7個(gè)參數(shù)時(shí)，需要3個(gè)以上的已知點(diǎn)，并且已知點(diǎn)必須具有WGS-84坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系的兩組坐標(biāo)。且該WGS-84坐標(biāo)必須和KMCORS站點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)相統(tǒng)一[3]。因此，為了提高7參數(shù)變換的精度，應(yīng)該在測(cè)量區(qū)域中選擇已知局部坐標(biāo)系的控制點(diǎn)，并且應(yīng)該安排一定數(shù)量的新點(diǎn)來協(xié)調(diào)與KMCORS站的坐標(biāo)。

3.2? 解7參數(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，不同品牌的GPS儀器由于其不同的硬件和軟件而具有不同的內(nèi)部7參數(shù)解決方案。不同品牌的GPS儀器在同一CORS網(wǎng)絡(luò)下使用7個(gè)參數(shù)用于WGS-84坐標(biāo)。下面以南方某公司的GPS儀器為例詳細(xì)介紹7參數(shù)解決方案，以及其加密和應(yīng)用過程。

利用軟件Pinnacle對(duì)該坐標(biāo)系下的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行求解，求解的點(diǎn)最少為三個(gè)，且位置相對(duì)分散，可初步確定某地大致位置，其步驟如下：打開Pinnacle軟件，在文件中選擇New，然后在設(shè)置菜單中對(duì)參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，采用高斯投影6度帶，以北京-54坐標(biāo)系作為橢球基準(zhǔn);選擇UTM投影，設(shè)置投影參數(shù)。對(duì)于局部中央子午線，X常數(shù)和Y常數(shù)通常由建立局部坐標(biāo)系的部門提供。如果不可用，由于7參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的性質(zhì)，需要轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)不能太大。具體方法可參考COORD-GM聯(lián)機(jī)幫助;在菜單欄中，輸入7個(gè)參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的7參數(shù)計(jì)算結(jié)果。

對(duì)得到的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行調(diào)整，然后將控制點(diǎn)添加進(jìn)去。選擇所需的型號(hào)后，單擊“計(jì)算”按鈕。在保證精度的情況下，保存該點(diǎn)的計(jì)算數(shù)據(jù)。需注意以下兩點(diǎn)：一是，模型通常采用布爾莎或一步法。當(dāng)投影參數(shù)完整時(shí)，最好使用布爾莎;當(dāng)投影參數(shù)不完整時(shí)，一步法則更準(zhǔn)確。其次，如果第一次計(jì)算的水平精度和垂直精度不理想，則可以去除超出偏差的點(diǎn)并重新計(jì)算具有大部分誤差的點(diǎn)，直到精度滿足要求。

求解完成后將文件保存成.dat類型的文件，將軟件和電腦連接到一起后，在7參數(shù)計(jì)算軟件中輸入文件名，將DATA類型的工程文件導(dǎo)出到電腦當(dāng)中。

使用Encrypt加密參數(shù)并生成激活碼。打開加密文件，在瀏覽文件中啟動(dòng)KernelConvert.dl文件，并輸入相應(yīng)的投影參數(shù)和7個(gè)參數(shù)。在“用戶管理”中，單擊“添加”以創(chuàng)建新用戶，輸入用戶的儀器主體編號(hào)和其他信息，并生成加密文件和激活代碼。將生成的.dl文件復(fù)制到IPSM/HDPower。至此7參數(shù)計(jì)算控制點(diǎn)數(shù)據(jù)已基本完成。

3.3? 精度分析

在通過上述方法設(shè)置HaidaGPS儀器的加密7參數(shù)之后，在測(cè)量區(qū)域中均勻地選擇七個(gè)已知的RTK測(cè)試點(diǎn)[4]。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1? 測(cè)試結(jié)果

由表1可知：最大點(diǎn)位誤差為DPmax=±19.3mm;平均X坐標(biāo)誤差MX=±9.1mm;平均Y坐標(biāo)誤差MY= ±11.1mm;平均點(diǎn)位誤差MP=±15.0mm。通過測(cè)試分析，加密參數(shù)可以滿足RTK測(cè)量精度的要求。

4? 相關(guān)總結(jié)

在測(cè)量區(qū)域較大且測(cè)繪工程主要集中在該區(qū)域的情況下，應(yīng)通過現(xiàn)有結(jié)果或協(xié)調(diào)聯(lián)合測(cè)量獲得可控測(cè)量區(qū)域的兩組坐標(biāo)。進(jìn)行7參數(shù)求定。這樣可以避免每次測(cè)量區(qū)域改變時(shí)重新計(jì)算的繁瑣工作，例如小測(cè)量區(qū)域4參數(shù)和坐標(biāo)校正。

各種品牌的GPS儀器應(yīng)分別確定7個(gè)參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，在不同品牌儀器的專用軟件中獲得的相同已知參數(shù)，相同的投影參數(shù)和7個(gè)參數(shù)是不同的。因此，需要根據(jù)儀器類型單獨(dú)求解控制點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)。

在傳統(tǒng)的定位測(cè)量過程中，為了確保參數(shù)不泄漏，RTK用戶只有權(quán)將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心基于測(cè)量缺點(diǎn)開發(fā)出一種解決方案，該解決方案比網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)更安全，并能夠減少參考站的工作量。

5? 結(jié)? 論

綜上所述，本文對(duì)CORS-RTK測(cè)量進(jìn)行了相關(guān)介紹，闡述其中網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法，并與常用坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)以具體的案例進(jìn)行分析，最后對(duì)比兩種坐標(biāo)并進(jìn)行總結(jié)。從中可以看出網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)的定位精度較高，但在特殊情況下需要將其轉(zhuǎn)換成常規(guī)平面坐標(biāo)系才能使用?，F(xiàn)階段我國(guó)的科技發(fā)展速度較快，定位測(cè)量技術(shù)還在不斷改進(jìn)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張博，白維.利用靜態(tài)GPS測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法探討 [J].商業(yè)故事，2015（27）：95.

[2] 王文成.CORS-RTK測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法研究 [J].科技資訊，2014，12（23）：41.

[3] 安汝斌.淺析GPS-RTK測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 [J].科技資訊，2013（20）：48-49.

[4] 江曉鵬，熊建華.GPS-RTK測(cè)量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的適用性分析 [J].價(jià)值工程，2014，33（16）：314-315.

作者簡(jiǎn)介：冀華平（1979.12-），男，漢族，山西昔陽人，工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，本科，研究方向：工程測(cè)量。