于述鵬 王特

摘 要：隨著GPS的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，CORS在國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了大規(guī)模的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在應(yīng)用方面有很大的優(yōu)勢(shì)，它在測(cè)量中也發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。本文對(duì)常用坐標(biāo)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)RTK常用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：CORS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的GPS參考站網(wǎng)CORS也得到快速的發(fā)展和建設(shè)，野外控制測(cè)量中精度已達(dá)到厘米級(jí)，GPS參考站網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)以其高精度、高效率、實(shí)時(shí)性和無(wú)誤差累積等優(yōu)點(diǎn)在各行各業(yè)中迅速被廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在各大城市，為避免高斯投影變形帶來(lái)的影響，在城市規(guī)劃、建設(shè)、施工等作業(yè)應(yīng)用中，通常采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系，也有采用國(guó)家1980西安坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系。因GPS定位結(jié)果直接表示為WGS-84坐標(biāo)，因此，應(yīng)用時(shí)需要將GPS定位結(jié)果轉(zhuǎn)換為所需的平面坐標(biāo)，以提高坐標(biāo)精度及作業(yè)效率。

1. 我國(guó)GPS測(cè)量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

1.1 1954年北京坐標(biāo)系

新中國(guó)成立后，國(guó)內(nèi)大地測(cè)量進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期，迫切需要建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系，在全國(guó)范圍內(nèi)開展了正規(guī)的、全面的大地測(cè)量和測(cè)圖工作。鑒于當(dāng)時(shí)歷史條件，暫時(shí)采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，經(jīng)過(guò)東北邊境的呼瑪、吉拉林、東寧3個(gè)基線網(wǎng)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過(guò)計(jì)算建立了我國(guó)大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系是蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸，其原點(diǎn)在前蘇聯(lián)的普爾科沃，不在北京，相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。

1.2 WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84坐標(biāo)系是由美國(guó)國(guó)防部制圖局依據(jù)TRANSIT衛(wèi)星定位測(cè)量成果而建立的一種協(xié)議地球坐標(biāo)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(jié)果直接表示為WGS-84坐標(biāo)系。1987年1月10日開始采用WGS-84世界大地坐標(biāo)系（World Geodetic System），以取代1987年以前所采用的WGS-72。WGS-84坐標(biāo)系的x，z軸分別指向BIHl984.0的起始子午面和赤道交點(diǎn)、BIHl984.0定義的協(xié)議地球極方向，Y軸與他們構(gòu)成了右手系。

1.3地方獨(dú)立坐標(biāo)系

為滿足大比例尺測(cè)圖和進(jìn)行施工放樣要求，基于實(shí)用、方便和科學(xué)的目的，通常采用自選的中央子午線，自選的計(jì)算基準(zhǔn)面，即獨(dú)立平面坐標(biāo)系。一般情況下，將地方獨(dú)立測(cè)量控制網(wǎng)建立在當(dāng)?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔?，并以?dāng)?shù)刈游缇€作為中央子午線進(jìn)行高斯投影求得平面坐標(biāo)，建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系。地方獨(dú)立坐標(biāo)系都有獨(dú)立的原點(diǎn)和定向方式，是基于一個(gè)與當(dāng)?shù)仄骄０胃叱虒?duì)應(yīng)的參考橢球。該橢球的中心、軸向和扁率一般與國(guó)家參考橢球體相同，但其長(zhǎng)半軸則有一個(gè)改正量。這個(gè)參考橢球稱為“地方參考橢球”。

1.4 1980西安坐標(biāo)系

為滿足大地測(cè)量發(fā)展需要，我國(guó)于1978年4月決定建立新的國(guó)家坐標(biāo)系，新的大地原點(diǎn)設(shè)在陜西省澤陽(yáng)縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市兩北方向60km，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)，相應(yīng)的坐標(biāo)系稱為1980西安坐標(biāo)系，也稱為1980國(guó)家大地坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系建立后，實(shí)施了全國(guó)天文大地網(wǎng)平差。平差后提供的大地點(diǎn)成果屬于1980西安坐標(biāo)系，它和原來(lái)的1954年北京坐標(biāo)系的成果是不同的。這個(gè)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(guò)整體平差，而后者只是作局部平差。1980國(guó)家大地坐標(biāo)系與1954年北京坐標(biāo)系屬于兩個(gè)不同的參心坐標(biāo)系。

2.網(wǎng)絡(luò)RTK常用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

2.1坐標(biāo)校正法

操作方法為：在測(cè)區(qū)內(nèi)選取A、B兩已知點(diǎn)，RTK移動(dòng)站不設(shè)任何校正參數(shù)，連接城市參考站，對(duì)A、B兩點(diǎn)進(jìn)行RTK測(cè)量。當(dāng)獲得固定解時(shí)，記錄兩點(diǎn)的原始坐標(biāo)，然后在相應(yīng)RTK應(yīng)用軟件中，利用A、B兩點(diǎn)的原始坐標(biāo)和已知坐標(biāo)計(jì)算校正參數(shù)。在小測(cè)區(qū)范圍內(nèi)擁有大于等于二個(gè)控制點(diǎn)時(shí)，為實(shí)時(shí)獲取相應(yīng)坐標(biāo)系坐標(biāo)，通?？刹捎米鴺?biāo)校正法對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行校正。

2.2三參數(shù)法

其工作原理是通過(guò)一個(gè)已知點(diǎn)來(lái)計(jì)算出X、Y、H的差值，即計(jì)算出WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值和實(shí)際應(yīng)用坐標(biāo)值的差值。在每次開機(jī)時(shí)，進(jìn)行重新校正，可在已知點(diǎn)或未知點(diǎn)上來(lái)架設(shè)參考站。

2.3參數(shù)法

4參數(shù)是同一個(gè)橢球內(nèi)不同坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換參數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量軟件中，參與計(jì)算的控制點(diǎn)大于等于兩點(diǎn)，包括X、Y、A（旋轉(zhuǎn)角）、K（尺度比）的差值，4參數(shù)法具有靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是控制的范圍相對(duì)較小。七參數(shù)與四參數(shù)不同，七參數(shù)是兩個(gè)橢球之間的轉(zhuǎn)換，七參數(shù)的方法比較嚴(yán)謹(jǐn)，它包括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，控制范圍較大，求解7參數(shù)需要3個(gè)以上具有所需坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)兩套坐標(biāo)的已知點(diǎn)，已知點(diǎn)組成的區(qū)域應(yīng)在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布，能夠覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，該方法復(fù)雜嚴(yán)密，它是靜態(tài)測(cè)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(diǎn)超過(guò)六個(gè)時(shí)，軟件就可以計(jì)算擬合參數(shù)并啟動(dòng)。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(cè)量需要合理的求出高程的擬合面，因?qū)τ陟o態(tài)測(cè)量，最高是三等的水準(zhǔn)的精度，而RTK主要是四等及其以上。

3. RTK在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中常出現(xiàn)問題

3.1測(cè)量時(shí)只有一組數(shù)據(jù)

只有提供控制點(diǎn)的地方坐標(biāo)（通常為北京54坐標(biāo)）。這種情況下需要首先將參考站架設(shè)到某一個(gè)控制點(diǎn)上，然后求出該點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，再用同樣的方法使用流動(dòng)站測(cè)量多個(gè)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)（最好大于三點(diǎn)）。再將測(cè)量出的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)輸入到接收機(jī)中，計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，最后流動(dòng)站直接進(jìn)行測(cè)量和放樣。只需在整個(gè)區(qū)域內(nèi)求一次WGS-84坐標(biāo)，其余的點(diǎn)可利用已知地方坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)后計(jì)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(cè)量時(shí)有兩組數(shù)據(jù)

二組數(shù)據(jù)包括控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)地方坐標(biāo)（常為北京-1954坐標(biāo)），這種情況下需要將對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)輸入到參考站上，再輸入對(duì)應(yīng)的天線高。流動(dòng)站對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄋ愠?，直接進(jìn)行測(cè)量和放樣。在有已知WGS-84坐標(biāo)的點(diǎn)上都可架設(shè)流動(dòng)站，這樣流動(dòng)站用相同的轉(zhuǎn)換參數(shù)就可測(cè)量出相同結(jié)果。

3.3測(cè)量時(shí)該區(qū)域未提供任何控制點(diǎn)坐標(biāo)

地方坐標(biāo)、轉(zhuǎn)換參數(shù)和WGS-84坐標(biāo)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(jì)算得出。需先假設(shè)一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，使用一步法來(lái)計(jì)算出該點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)系參數(shù)，建立一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系。需先用流動(dòng)站對(duì)幾個(gè)不同控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后將WGS-84坐標(biāo)輸入到接收機(jī)中，分別對(duì)各個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，幾個(gè)不同的控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)可計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。同樣的方法也可使用地方坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)來(lái)求控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)。

4.結(jié)語(yǔ)

在CORS—RTK測(cè)量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)際的應(yīng)用中表現(xiàn)出很多問題，即在比較大的范圍進(jìn)行測(cè)量時(shí)且測(cè)繪項(xiàng)目都集中在該區(qū)域，應(yīng)當(dāng)使用兩套坐標(biāo)聯(lián)測(cè)的方法來(lái)完成，并進(jìn)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(biāo)校正問題。節(jié)省了大量的人力、物理、財(cái)力，同時(shí)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(dòng)站中，不僅可使數(shù)據(jù)具有機(jī)密性，保證參數(shù)的不泄露，還使工作人員觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，不需將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行解算處理，這樣避免工作時(shí)的繁瑣又保證了實(shí)時(shí)性。

作者簡(jiǎn)介：

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

2.王特（1986.02-）男，漢族，大學(xué)本科，工程師，從事測(cè)繪工程技術(shù)工作