土方測量中RTK坐標轉換參數設置錯誤的解決辦法

劉波 趙登文 田鵠彰 蔣均 馬力

（成都頡達科技有限公司，四川 成都 610083）

1 引言

工程測量中GPS-RTK和全站儀配合使用十分常見，兩種儀器可以相互取長補短。GPS 測量成果屬于WGS-84坐標系，實際使用的測量成果往往屬于1980 西安坐標系、2000 國家大地坐標系或城市（地方）獨立坐標系，因此在外業測量時要提前在RTK 手薄中設置好坐標轉換參數[1]，以便獲取對應項目所需坐標成果。

實際工作中偶爾會因為參數設置錯誤導致成果錯誤，如作業單位經常在一個城市各區縣作業，各區縣參數非常相似，未能正確選擇合適的轉換參數等。根據測繪成果的管理要求，出現錯誤成果一般有兩種處理方式，一是返工重新測量，二是通過一定方法對數據進行再處理而得出合格成果。針對一個340 畝土方測量項目，RTK 測量時選用了錯誤的一組坐標轉換參數，并且已經開展了3 天野外作業，若返工重測費時費力，不太可取（為解決實際工作和論文撰寫，該項目實際進行了大量外業返工以獲取對比數據）。本文重點研究選用正確參數，再次測量圖根控制點，進行坐標轉換，獲取有用坐標并進行土方量計算，驗證此方法的合理性、有效性，為類似測量工作遇到的問題提供一個解決方案。

2 問題梳理與解決方法

野外作業組在RTK 手薄上設置了一組轉換參數，用于把測量數據從WGS-84 坐標系轉換到目標坐標系，測了12 個圖根控制點，并用RTK、全站儀進行了3 天外業數據采集，將本次數據稱為“第一次數據”，后續檢查發現成果有誤，是坐標轉換參數設置錯誤，然后使用正確參數（即把測量數據從WGS-84 坐標系轉換到1980 西安坐標系的參數）在圖根控制點上重新采集數據，對比發現12 個圖根控制點X 方向最大偏差50mm、Y 方向最大偏差55mm、Z 方向最大偏差404mm。通過對比可判定第一次數據錯誤，Z 方向偏差遠大于100mm 的限差，不能用于項目后續土方量計算。

通過對產生錯誤原因、第一次數據坐標系統進行分析，并分析坐標轉換相關技術與方法，提出以12 個有兩次坐標數據（錯誤和正確的坐標）的圖根點為同名點求解坐標轉換參數，將第一次數據所屬坐標系當作未知坐標系[2]（由WGS-84 坐標系轉換得到），通過在CASS9.1 軟件中求解七參數，把第一次數據轉換到1980 西安坐標系，糾正第一次數據的錯誤。

具體糾正操作中需要整理好兩套坐標系下的同名點，并整理出CASS9.1 軟件能夠使用的txt 格式文檔，該同名點文檔內部具體坐標組織方式為：“轉換前Y（東），轉換前X（北），轉換前高程：轉換后Y（東），轉換后X（北），轉換后高程”，如“35418549.16，3402611.158，524.700：35418549.15，3402611.124，524.296”。

在CASS9.1 軟件中選擇“地物編輯”→“坐標轉換”→“讀入公共點文件”，讀取已經準備好的兩套坐標系下的同名點txt 文檔。在CASS9.1 界面下半部分有“坐標系”“分帶類型”兩個選項和“所在帶號”“中央子午線”兩個空格，分別填上“轉換前”“轉換后”的信息，即可點擊“計算轉換七參數”。

CASS9.1 軟件提供了“單點”“圖形”“數據”三種轉換方式，由于該項目測量點眾多，故使用“數據”進行批量轉換。此時要把需要轉換的坐標整理成dat 格式文檔，文檔內部具體坐標組織方式為：“點名,轉換前Y（東）,轉換前X（北）,轉換前高程”，如“1,35418381.551,3403083.297,509.061”，在界面左下角選擇“數據”，右下角選擇準備好的dat 文檔，并設置好轉換后的文檔路徑及名稱，最后點擊“使用七參數轉換”即可得到正確坐標。

為了直觀驗證結果是否正確，可以使用CASS9.1軟件的“繪圖處理”→“展野外測點代碼”，將高程數據放到圖上查看。此時可把含有坐標的txt 文檔內容改為“點名,高程,Y（東）,X（北）,高程”，如“1,523.593,35418357.168,3402799.568,523.593”，在“點名”后放上高程數據，則可以把高程當作點名展示到CAD 圖上，并能夠變化圖層、顏色，避免直接“展高程點”生成圖塊無法改變顏色，不容易進行對比。

3 結果對比分析

3.1 坐標轉換參數解算精度

在已經驗證使用12 個圖根控制點的兩次測量數據進行坐標轉換可行的前提下，使用科傻軟件再計算轉換參數[3]，求得M0=2.75cm。由此可知，以這12 個圖根點作為同名點計算轉換參數質量較好，實驗數據可達到預期效果。

3.2 全站儀坐標數據對比結果分析

因測區面積有340 畝，采用了全站儀和RTK 兩種方式測量碎部點，前后兩次RTK 測量的碎部點數據平面坐標不能直接對應，第二次數據不能作為第一次數據轉換后的對比點，故這里將全站儀數據作為實驗對比數據。

全站儀的碎部測量數據只有一組，實驗過程中有多次獨立處理。

以12 個圖根控制點的第一次坐標數據為已知點坐標，對碎部點進行解算。該數據為錯誤數據，需使用求得的坐標轉換參數進行糾正。

在CASS9.1 軟件中對第一次碎部點數據進行坐標轉換，得出可能正確的坐標（該結果為“糾正坐標”），待后續進行驗證。

以12 個圖根控制點的第二次坐標數據為已知點坐標，對碎部點進行解算，該次解算得出的數據為正確坐標，可對碎部點坐標糾正結果進行驗證。

在測區隨機選擇5 個小區域，各小區域分別有27、83、69、100、40 組對比數據。5 個小區域中正確的碎部點坐標與第一次碎部點的糾正坐標對比結果如表1 所示。

表1 正確坐標與碎部點的糾正坐標對比結果（單位：cm）

參照《城市測量規范》，圖上地物點點位中誤差≤±0.5mm，分別對應1∶500、1∶1000、1∶2000 比例換算為實地精度為±25cm、±50cm、±100cm，由表1 可知：1∶500、1∶1000、1∶2000 數字地形圖的碎部點點位中誤差均遠遠小于規范規定限差。表1 中第五組平面位置中誤差明顯高于其他四組實驗數據，這是因為其位置更靠近測區邊緣，圖根控制點對其控制較弱。由此可以看出，圖根控制點布設位置對測量數據精度至關重要。

3.3 土方量計算結果對比分析

土方量計算方法采用CASS9.1 軟件中的“DTM 法土方計算”，測區范圍最低點為503.754 米、最高點為548.595 米，土方計算時選用520 米作為平場高度。因部分點位是用RTK 測量的，兩次RTK 采集碎部點數據的位置不可能相同，故分別使用測區中部范圍（全站儀測量）和測區全部范圍（全站儀、RTK 測量）數據進行土方量計算并對比其結果。

（1）測區中部范圍（全站儀測量）

由上一小節可知，實驗數據有第一次數據和正確數據，通過坐標轉換把第一次數據進行糾正，采用這三組數據分別計算土方量，其結果對比如表2 所示。

表2 測區中部范圍土方量對比（土方量單位：m3）

由以上實驗數據可以看出，經過坐標糾正后的挖方量與正確數據計算的挖方量相差較小。由于該區域位置較高，計算出來的填方量數值較小，兩組數據的填方量差值不具有可比性。

（2）測區全部范圍（全站儀、RTK 測量）

為驗證使用RTK 采集的碎部點數據經過糾正后是否滿足土方量計算的精度要求，把土方量計算的邊界范圍擴大到測區全部范圍，分別使用第一次數據、正確數據、第一次數據糾正結果計算土方量，其結果對比如表3 所示。

表3 測區全部范圍土方量對比（土方量單位：m3）

由以上實驗數據可以看出，在整個測區，第一次數據糾正后計算的土方量與正確數據計算的土方量相差較小。

總體來說，經過坐標糾正后計算的土方量成果比較接近正確數據計算的土方量成果。

4 結論

實際工作中可能出現RTK 手薄參數設置錯誤的情況，通過坐標轉換把錯誤坐標糾正到正確坐標的方法是可行的，該方法只需重新測定少量控制點坐標即可糾正錯誤坐標數據，能夠避免返工造成大量人力物力消耗。

本文詳細說明了利用CASS9.1 軟件進行坐標轉換的具體操作方式和使用的文檔、數據樣式，能夠為作業人員進行坐標轉換提供幫助。

通過實驗數據對比，分析了碎部點經過坐標轉換后的精度問題，碎部點精度都能夠滿足大比例尺測圖、土方量計算的精度要求。