李冰　李坤　吳成群

摘要:提出了在TGO軟件中利用Coordinate System Manage組件建立新基準(zhǔn)的基本方法。闡述了利用TGO軟件進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解及批量點(diǎn)校正的一般步驟。根據(jù)工程實(shí)例進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了該軟件在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換及點(diǎn)校正應(yīng)用中的具有高效、高精度的特點(diǎn)。同時(shí),就測(cè)點(diǎn)與公共點(diǎn)之間距離對(duì)測(cè)點(diǎn)精度的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:TGO基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)校正

中圖分類號(hào):P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0085-02

1 引言

全球定位系統(tǒng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)是基于WGS84橢球基準(zhǔn),而我國(guó)在建國(guó)以后建立的1954北京坐標(biāo)系及1980西安坐標(biāo)系也分別采用了不同的參考橢球作為基準(zhǔn)。地面上的同一點(diǎn)在不同基準(zhǔn)下,其三維坐標(biāo)會(huì)完全不同。因此,在工程中經(jīng)常會(huì)遇到基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的問題。[1-3]

TGO是美國(guó)天寶公司開發(fā)的對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理的綜合系統(tǒng)。該軟件在GPS基線處理、網(wǎng)平差方面功能強(qiáng)大。同時(shí),該軟件還兼具基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換及點(diǎn)校正模塊,可以快速求得基準(zhǔn)間轉(zhuǎn)換參數(shù)。其導(dǎo)入、導(dǎo)出模塊可以保證該軟件可以同時(shí)對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正。這些功能在大批量單點(diǎn)定位、導(dǎo)航數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換及GPS RTK數(shù)據(jù)后處理方面是非常有利的。

2 基準(zhǔn)與坐標(biāo)系的確定

根據(jù)項(xiàng)目情況確定基準(zhǔn)、坐標(biāo)系、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換方法。如果需要得到測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo),還需確定投影方法、中央子午線、坐標(biāo)軸加常數(shù)等信息。下面以將WGS84坐標(biāo)系下測(cè)點(diǎn)大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)系下平面坐標(biāo)為例,來(lái)說(shuō)明TGO1.63軟件進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換及批量點(diǎn)校正的方法。

TGO軟件不包含有北京54坐標(biāo)系基準(zhǔn)信息,首先需要添加其基準(zhǔn)信息。

(1)在TGO菜單主菜單下選擇功能子菜單,進(jìn)入坐標(biāo)管理器(Coordinate System Manage)。(2)增加橢球,輸入名稱(beijing54),長(zhǎng)半軸(6378245)、扁率(298.3)。短半軸及偏心率由軟件自動(dòng)計(jì)算得出。(3)增加基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,選擇創(chuàng)建新的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換組。輸入“beijing54”。(4)增加坐標(biāo)系統(tǒng)組,輸入“beijing54”。(5)增加坐標(biāo)系統(tǒng),選擇橫軸墨卡托投影,選擇“beijing54”,在投影屬性對(duì)話框中輸入測(cè)區(qū)中央子午線經(jīng)度、橫軸加常數(shù)(500km)、尺度比(1)等參數(shù)。[4]

3 計(jì)算基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)

新建立的項(xiàng)目的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)與實(shí)際工程項(xiàng)目坐標(biāo)系統(tǒng)相一致,仍假定其坐標(biāo)系統(tǒng)為北京54坐標(biāo)系。在新建項(xiàng)目時(shí),選擇其坐標(biāo)系統(tǒng)為在坐標(biāo)管理器中新建的“beijing54”坐標(biāo)系。應(yīng)用插入點(diǎn)功能插入同時(shí)具有北京54坐標(biāo)及WGS84坐標(biāo)的公共點(diǎn)坐標(biāo)值。公共點(diǎn)的坐標(biāo)值應(yīng)該具有較高的精度,較低的公共點(diǎn)精度會(huì)導(dǎo)致求得的參數(shù)精度降低。對(duì)于三參數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō),至少需1個(gè)公共點(diǎn),七參數(shù)轉(zhuǎn)換需3個(gè)公共點(diǎn)。

插入點(diǎn)時(shí),需分別插入點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值。例如,某公共點(diǎn)G1,其WGS84坐標(biāo)值為:

B:40°52′21″,L:107°12′29″,H:1040.8;北京54坐標(biāo)為:X:4526754.0,Y:433211.5,H正常:1032.3。將該點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值視為兩個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行插入。插入點(diǎn)W1,其坐標(biāo)值為WGS84坐標(biāo)系下大地坐標(biāo)值;插入點(diǎn)B1,其坐標(biāo)值為北京54坐標(biāo)系下平面坐標(biāo)值。將所有公共點(diǎn)按照以上方法插入后,便可進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算。其步驟為:

(1)打開測(cè)量菜單,選擇點(diǎn)校正菜單。打開“GPS點(diǎn)校正”對(duì)話框。

(2)勾選基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換復(fù)選框,選擇三參數(shù)或七參數(shù)轉(zhuǎn)換。打開“點(diǎn)列表”對(duì)話框。

(3)輸入第一個(gè)公共點(diǎn)GPS點(diǎn)名,GPS點(diǎn)經(jīng)緯度及高度自動(dòng)顯示;輸入網(wǎng)格點(diǎn)名,北坐標(biāo)、東坐標(biāo)及高程自動(dòng)顯示。依次輸入所有公共點(diǎn)后確認(rèn)。返回“點(diǎn)校正”對(duì)話框

(4)點(diǎn)擊計(jì)算。求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后,可點(diǎn)擊報(bào)告命令按鈕查看所求得的參數(shù)。如（圖1）所示。

4 批量點(diǎn)校正

進(jìn)行批量點(diǎn)校正的關(guān)鍵問題在于批量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出。根據(jù)數(shù)據(jù)集的格式,可以選擇不同的導(dǎo)入導(dǎo)出格式。以自定義格式為例來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出方法。

在主程序的文件菜單下,選擇“導(dǎo)入”,打開“導(dǎo)入”對(duì)話框,如（圖3）所示。選擇“自定義”菜單,選擇“新建格式”,打開“定義ASCⅡ?qū)敫袷健薄８鶕?jù)已有數(shù)據(jù)文件的類型,輸入自定義格式的類型。具體格式形式在“格式體”一欄中編輯。例如,已有數(shù)據(jù)文件類型為逗號(hào)分隔的文本文檔。需輸入自定義格式名稱,缺省擴(kuò)展名填寫“txt”,格式體填寫“[名稱],[WGS 緯度],[WGS 經(jīng)度],[WGS 高程]”。確認(rèn)后,導(dǎo)入待校正點(diǎn)的坐標(biāo)文件。選擇“測(cè)量”菜單選擇“點(diǎn)校正”,進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算后可批量導(dǎo)出校正后點(diǎn)的坐標(biāo)文件。其導(dǎo)出方法與導(dǎo)入方法類似。

5 實(shí)例分析

選用內(nèi)蒙古巴彥淖爾市某一水源地工程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在該水源地調(diào)查中,分別采用了RTK及手持GPS接收機(jī)測(cè)量了100km2內(nèi)300余個(gè)井位的坐標(biāo)。選取63個(gè)點(diǎn)作為分析對(duì)象,對(duì)手持機(jī)采用單點(diǎn)定位方法采集的WGS84大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)校正,RTK采集的北京54平面坐標(biāo)作為真值進(jìn)行分析。測(cè)點(diǎn)與G1點(diǎn)的距離最遠(yuǎn)為12km左右,最近為2km左右。點(diǎn)位分布如(圖3)所示。

手持GPS接收機(jī)采用麥哲倫探險(xiǎn)家210,設(shè)定其基本參數(shù)為:衛(wèi)星截止高度角15°,觀測(cè)有效衛(wèi)星總數(shù)≥4顆,基準(zhǔn)為WGS84橢球。觀測(cè)時(shí)間10秒。測(cè)定60余個(gè)點(diǎn)位的WGS84坐標(biāo)系下的經(jīng)、緯度。之后利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有的三個(gè)高精度控制點(diǎn)G1、G3、G8點(diǎn)作為公共點(diǎn)進(jìn)行三參數(shù)的求解。求解模型為Molodensky模型。求解得到的三參數(shù)如(表1)所示。

批量導(dǎo)入待校正點(diǎn),進(jìn)行點(diǎn)校正后批量導(dǎo)出。(圖4)為按照與G1點(diǎn)距離增大的順序排列的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)位誤差分布圖。從圖中可以看出隨著與公共點(diǎn)距離的增大,點(diǎn)位誤差沒有明顯的增大趨勢(shì)。總的點(diǎn)位中誤差為11.7m,與該儀器的標(biāo)稱精度7m略有增大,分析其原因是由于觀測(cè)時(shí)間較短并且有部分點(diǎn)的觀測(cè)條件較惡劣造成的。在該實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)(100km2),測(cè)點(diǎn)精度沒有受到其與公共點(diǎn)距離的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

利用TGO軟件進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換及批量點(diǎn)校正是十分便捷的,在公共點(diǎn)較多的情況下可軟件可通過(guò)最小二乘法進(jìn)行參數(shù)的求解。該軟件在GPS單點(diǎn)定位及GPS RTK數(shù)據(jù)后處理方面有其特有的優(yōu)勢(shì)。并且其轉(zhuǎn)換精度是較高的。

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