CORS—RTK測量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法研究①

王文成

摘 要：隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，在野外的控制測量中精度已經(jīng)可以達(dá)到厘米的級別，GPS在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出的良好的精度、快速的反應(yīng)和優(yōu)秀的實時性等優(yōu)點，這都是傳統(tǒng)的測量方法無法比擬的，它在測量中的作用也是越來越重要。而利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的GPS參考站網(wǎng)（CORS）也得到了快速的發(fā)展和建設(shè)，以下主要對網(wǎng)絡(luò)RTK測量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行了研究討論。

關(guān)鍵詞：CORS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 網(wǎng)絡(luò)RTK測量 坐標(biāo)系統(tǒng) 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：P226+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0041-01

當(dāng)今的社會中GPS的應(yīng)用越來越廣泛，隨著GPS的發(fā)展，CORS在國內(nèi)也進(jìn)行了大規(guī)模的建設(shè)，GPS參考站網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在應(yīng)用方面有很大的優(yōu)勢，它的高精度、高效率、實時性以及表現(xiàn)出的無誤差累計等優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用。GPS定位的結(jié)果是用WGS-84坐標(biāo)表示出來的，所以在使用的時候需要用平面坐標(biāo)來表示GPS的定位結(jié)果，這樣才可以提高坐標(biāo)的精度和工作的效率。

1 國內(nèi)GPS測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

在我國主要采用的坐標(biāo)系有四種，分別為WGS-84坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系、1980年西安坐標(biāo)系和地方獨立坐標(biāo)系。

1.1 WGS-84坐標(biāo)系

目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)為該系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由美國國防部制圖局建立的一種協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS）。精密星歷和歷書參數(shù)都是基于該坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系的X，Z軸分別指向BIH1984.0的起始子午面和赤道交點、BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向。Y軸與他們構(gòu)成了右手系。

1.2 1954年北京坐標(biāo)系

在新中國成立以后，我國大地測量快速發(fā)展，廣泛采用的都是該坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是源自于蘇聯(lián)1942年普爾科夫坐標(biāo)系，它采用的是克拉索夫斯基橢球參數(shù)。當(dāng)時國內(nèi)開展了大規(guī)模的大地測量，該參心大地坐標(biāo)系應(yīng)運(yùn)而生。

1.3 1980年西安大地坐標(biāo)系

1980年我國建立了新的國家坐標(biāo)系，原點設(shè)在西安。該坐標(biāo)系與1954年北京坐標(biāo)系屬于兩個不同的參心坐標(biāo)系。

1.4 地方獨立坐標(biāo)系。

它具有獨立的原點和定向方式，是根據(jù)當(dāng)?shù)仄骄０胃叨却_定的參考橢球。

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

在網(wǎng)絡(luò)TRK測量中，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以實時的獲取需要的坐標(biāo)系坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換的參數(shù)有三參數(shù)、四參數(shù)、七參數(shù)和擬合參數(shù)。

2.1 三參數(shù)

這種方法需要在每次開機(jī)的時候都進(jìn)行重新的校正，可以在已知點或者未知點上來架設(shè)參考站。它的工作原理就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(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值和實際應(yīng)用坐標(biāo)值的差值。

2.2 四參數(shù)和七參數(shù)

四參數(shù)是同一個橢球內(nèi)不同坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換參數(shù)，即X、Y、A（旋轉(zhuǎn)角）、K（尺度比）的差值。七參數(shù)與四參數(shù)不同，七參數(shù)是兩個橢球之間的轉(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。該方法復(fù)雜嚴(yán)密，它是靜態(tài)測試，需要的已知點也有要求即3個以上的WGS-84坐標(biāo)和所需坐標(biāo)。

2.3 擬合參數(shù)

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，因為對于靜態(tài)測量，最高是三等的水準(zhǔn)的精度，而RTK主要是四等及其以上。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。

3 RTK在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換當(dāng)中的具體操作

在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換當(dāng)中會遇到多種情況，主要可以分為三種情況。

第一，在測量時有兩組數(shù)據(jù)，即控制點的WGS84坐標(biāo)和對應(yīng)的地方坐標(biāo)（一般為北京54坐標(biāo)），這種情況下需要將對應(yīng)控制點的WGS84坐標(biāo)輸入到參考站上，再輸入對應(yīng)的天線高。流動站對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄋ愠觯苯舆M(jìn)行測量和放樣。在有已知WGS84坐標(biāo)的點上都可以架設(shè)流動站，這樣流動站用相同的轉(zhuǎn)換參數(shù)就可以測量出相同的結(jié)果。

第二，在測量時只有一組數(shù)據(jù)，即只有提供控制點的地方坐標(biāo)（一般為北京54坐標(biāo)）。這種情況下我們需要首先將參考站架設(shè)到某一個控制點上，然后求出該點的WGS84坐標(biāo)，再用同樣的方法使用流動站測量多個控制點的WGS84坐標(biāo)（最好在三個以上）。再將測量出的對應(yīng)的坐標(biāo)輸入到接收機(jī)中，計算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，最后流動站直接進(jìn)行測量和放樣。強(qiáng)調(diào)的是這種情況只需要在整個區(qū)域內(nèi)求一次WGS84坐標(biāo)，其余的點可以利用已知地方坐標(biāo)和轉(zhuǎn)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以開始工作了。

第三，在測量時該區(qū)域沒有提供任何的控制點坐標(biāo)。這種情況下就需要先假設(shè)一個點的坐標(biāo)，使用一步法來計算出該點的獨立坐標(biāo)系參數(shù)，建立一個獨立坐標(biāo)系。這種方法需要先用流動站對幾個不同的控制點進(jìn)行測量，然后將WGS84的坐標(biāo)輸入到接收機(jī)中，分別對各個點的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計算。在計算的過程中，幾個不同的控制點對應(yīng)的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)可以計算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。同樣的方法也可以使用地方坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)來求控制點的WGS84坐標(biāo)。總結(jié)來說就是地方坐標(biāo)、轉(zhuǎn)換參數(shù)和WGS84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)就可以計算得出。

4 結(jié)語

通過上述的討論，已經(jīng)對CORS-RTK的發(fā)展?fàn)顩r以及工作原理有了具體的了解。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，GPS技術(shù)也將會發(fā)展的越來越迅速，同時工程測繪技術(shù)也會越來越現(xiàn)代化，當(dāng)前的工程測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會越來越簡捷精確。在CORS-RTK測量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法在實際的應(yīng)用中表現(xiàn)出了很多問題，即在比較大的范圍進(jìn)行測量時并且測繪項目都集中在該區(qū)域，應(yīng)當(dāng)使用兩套坐標(biāo)聯(lián)測的方法來完成，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，不僅可以使數(shù)據(jù)具有機(jī)密性，保證了參數(shù)的不泄露，還使工作人員觀測數(shù)據(jù)時不需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行解算處理，這樣避免了工作時的繁瑣又保證了實時性。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳永立，丁建偉，陳群國.CORS系統(tǒng)在地籍測繪中的應(yīng)用[J].河北省科學(xué)院學(xué)報，2011，8（1）：180.

[2] 楊棕，黃勍，北海.CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK測量應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013，7（17）：56.endprint