王高陽
摘 要:RTK所接收到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù),而我們使用的坐標(biāo)系一般是1954 北京坐標(biāo)系、1980年國家大地坐標(biāo)系以及一些城市工礦使用的獨(dú)立坐標(biāo),因此,需要將 RTK 接收到的WGS-84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成我們工程所使用的坐標(biāo)系坐標(biāo)。為此,如何計(jì)算這些坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)成為RTK使用過程中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞:GPS-RTK;測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;參數(shù)計(jì)算
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.213
高精度、高效率的RTK實(shí)時(shí)測量的應(yīng)用范圍廣,在行業(yè)內(nèi)廣受歡迎,受到了前所未有的重視。結(jié)合目前的GPS定位技術(shù)在民用層面,如何生動(dòng)地反映上述優(yōu)勢,其中一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是正確和實(shí)時(shí)地獲得當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
1 RTK實(shí)時(shí)測量坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換
RTK所接收到的數(shù)據(jù)是 WGS-84 坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù),而我們一般使用 的坐標(biāo)系是 1954 北京坐標(biāo)系、1980 年國家大地坐標(biāo)系以及一些城 市工礦使用的獨(dú)立坐標(biāo),因此,需要將 RTK 接收到的 WGS-84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成我們使用的 1954 北京坐標(biāo)系坐標(biāo)或 1980 年國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)或城市工礦使用的獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)。為此,如何計(jì)算坐標(biāo)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)換參數(shù)成為 RTK 使用過程中的很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 根據(jù) RTK 的原理,參考站和流動(dòng)站直接采集的都為 WGS84 坐標(biāo), 參考站一般以一個(gè) WGS84 坐標(biāo)作為起始值來發(fā)射,實(shí)時(shí)地計(jì)算點(diǎn)位 誤差并由電臺發(fā)射出去,流動(dòng)站同步接收 WGS84 坐標(biāo)并通過電臺來 接收參考站的數(shù)據(jù),達(dá)到固定解,實(shí)時(shí)得到高精度的相對于參考站的 WGS84 三維坐標(biāo)。
2 三參數(shù)轉(zhuǎn)換
設(shè)任意點(diǎn)在 o1 和 o2 為原點(diǎn)的兩坐標(biāo)系中坐標(biāo)分別為 x1i,y1i, z1i 和 x2i,y2i,z2i,則三參數(shù)轉(zhuǎn)換模型為 三參數(shù)公式表明兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系尺度一致,且各坐標(biāo)軸相互 平行。從以上可以看出,三參數(shù)轉(zhuǎn)換只需一個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn),這種方法已知點(diǎn)可以是國家坐標(biāo)系下的坐標(biāo)或坐標(biāo)系和 WGS-84 坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)很小。此方法都適用于客戶對坐標(biāo)精度要求不是很高的情況,隨著移動(dòng)站離基準(zhǔn)站距離的增加,精度越來越低,根據(jù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用,僅適用于1㎞?左右的測量范圍,一般很少應(yīng)用。
3 四參數(shù)轉(zhuǎn)換
平面四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法是一種降維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,是由三維空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為二維平面的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,避免了由于已知點(diǎn)高程系統(tǒng)不一致而引起的誤差。即四參數(shù)是一種平面直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型。 設(shè)任意點(diǎn)在 o1 和 o2 為原點(diǎn)的兩坐標(biāo)系中坐標(biāo)分別為 x1i,y1i 和 x2i,y2i,則四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型為公式中,ΔX、ΔY為平移參數(shù),m 為尺度因子,а為旋轉(zhuǎn)量。 從上述模型可以看出,四參數(shù)是一種平面直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型, 需要兩個(gè)國家坐標(biāo)系已知點(diǎn)坐標(biāo)或地方坐標(biāo)系已知點(diǎn)坐標(biāo)。四參數(shù)適用于10㎞?左右的測量范圍,并且沒有高程擬合面,在對高程要求稍高的工程測量中并不適用。
4 七參數(shù)轉(zhuǎn)換
兩個(gè)橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)布爾莎模型,即 X 平移(ΔX), Y 平移(ΔY), Z 平移(ΔZ), X 旋轉(zhuǎn)(WX), Y 旋轉(zhuǎn)(WY),Z 旋轉(zhuǎn)(WZ),尺度變化(DM )。七參數(shù)的控制范圍較大(一般大于50㎞?)。需要強(qiáng)調(diào)的是七參數(shù)并不固定,不同地區(qū)有不同的數(shù)值。七參數(shù)法比三參數(shù)法、四參數(shù)法具有明顯的優(yōu)勢,是現(xiàn)在RTK作業(yè)應(yīng)用過程中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的主流。主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn):
(1)能夠保證GPS測量的穩(wěn)定性,并且適用于控制點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的任何區(qū)域。(2)使用七參數(shù)測量時(shí),基準(zhǔn)站的位置相對靈活,可以選擇在控制網(wǎng)內(nèi)任意位置。(3)七參數(shù)控制范圍更大,測量精度更高。
七參數(shù)轉(zhuǎn)換主要有以下方法及應(yīng)用:
(1)借助專業(yè)化的衛(wèi)星定位接收機(jī)準(zhǔn)確獲得WGS-84的具體化大地坐標(biāo),然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換,一般情況下需要將其轉(zhuǎn)換為西80的標(biāo)準(zhǔn)大地坐標(biāo),接下來,在高斯投影的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)西安80位置的大地坐標(biāo)向著平面直角坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
(2)利用衛(wèi)星定位接收機(jī)首先測得WGS-84大地坐標(biāo),之后再借助高斯投影進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為橢球之下的平面直坐標(biāo),也就是X、Y以及h84,最后,在平面坐標(biāo)系背景之下,把WGS-84位置的平面坐標(biāo)有效轉(zhuǎn)換為西安80的平面坐標(biāo)。
從應(yīng)用范圍角度出發(fā),一般情況下七參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍不會超出50平方公里,相關(guān)工作人員在就轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算的時(shí)候,必須要高度重視以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:參數(shù)轉(zhuǎn)換期間的公共點(diǎn)在位置選取方面應(yīng)該選擇測區(qū)四周以及中心,做到均勻分布,目的在于不斷提升轉(zhuǎn)換的精度值,最大限度運(yùn)用多個(gè)公共點(diǎn),然后保證每一個(gè)點(diǎn)都可以完全且相對均勻的覆蓋到整個(gè)需要轉(zhuǎn)換的區(qū)域,需要值得注意的是,相關(guān)工作人員還必須要留取適當(dāng)?shù)臋z查點(diǎn),將其作為檢核。若測區(qū)周圍存在精度值相對較高的西安80平面控制網(wǎng),需要借助GNSS系統(tǒng)實(shí)施靜態(tài)化觀測,最終獲得WGS-84大地坐標(biāo)。若項(xiàng)目當(dāng)中的甲方并不能夠提供準(zhǔn)確化的WGS-84大地坐標(biāo)以及西安80大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),需要運(yùn)用第二種方法在多次求解的基礎(chǔ)上獲得。從平面位置計(jì)算精度角度來看,這兩種參數(shù)轉(zhuǎn)換的殘差都相對較??;然而就高程而言,空間直角坐標(biāo)在轉(zhuǎn)換方法精度方面卻相對較高。
5 結(jié)語
值得注意的是,布爾沙七參數(shù)模型是定義在不同的兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系下的不同坐標(biāo)基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。所以求解七參數(shù)時(shí)使用的應(yīng)該是大地高(H)。但在工程測量應(yīng)用過程中,北京54坐標(biāo)系或者1980西安大地坐標(biāo)系的大地高是難以獲取的。但是上述兩種坐標(biāo)系的控制點(diǎn)的正常高是易于獲取的。因此可以使用水準(zhǔn)高程來代替北京54坐標(biāo)系或者1980西安大地坐標(biāo)系下控制點(diǎn)的大地高。這種近似取值的方法轉(zhuǎn)換得來的同樣是由于大地水準(zhǔn)面不規(guī)則性而體現(xiàn)出高程轉(zhuǎn)換的殘差。如果需要精確的正常高度,高程轉(zhuǎn)換殘差可以采用擬合高程擬合模型來進(jìn)行。在七個(gè)參數(shù)的正常高度增加一個(gè)校正,以獲得精確的正常高度。將大地高度替換為正常高度,以此來作為高度約束,相當(dāng)于基準(zhǔn)橢球的選擇,橢球的本質(zhì)就是選擇一個(gè)跟大地水準(zhǔn)面相吻合的測區(qū),在地形起伏相對較小的測區(qū)轉(zhuǎn)換過后的高程精度易于滿足工程測量領(lǐng)域的需求。
參考文獻(xiàn):
[1]宋強(qiáng).RTK測量法在某多金屬礦區(qū)普查中的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2013(02):88+105.endprint