淺析GPS—RTK測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

摘 要：敘述了目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的GPS工程測(cè)量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)，進(jìn)而介紹以及分析了RTK 技術(shù)原理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，希望能夠?qū)ξ覈?guó)的工程測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展以及工程測(cè)量事業(yè)的發(fā)展能夠有所幫助。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 坐標(biāo)系統(tǒng) 技術(shù)原理 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：P226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0048-02

近年來，隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)逐漸把土地及空間的位置的應(yīng)用與開發(fā)放在其工作的重要的位置上，這也使得對(duì)工程項(xiàng)目的測(cè)繪工作的要求也是越來越高，尤其是表現(xiàn)在對(duì)工程測(cè)繪的測(cè)量精準(zhǔn)度的要求之上，這使得工程測(cè)量學(xué)科的重要性以及應(yīng)用性增大。而當(dāng)前的GPS 技術(shù)的出現(xiàn)以及應(yīng)用，這使得我國(guó)的工程的野外測(cè)量以及實(shí)時(shí)測(cè)量精度能夠控制在cm的級(jí)別，而且GPS測(cè)量還具有實(shí)時(shí)性和精度高以及速度快等常規(guī)測(cè)量方式所無法比擬的，但由于當(dāng)前的GPS其主要接收的為通用的WGS-84地心坐標(biāo)系，而在測(cè)量中所應(yīng)用坐標(biāo)不僅僅只有WGS-84地心坐標(biāo)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也成為當(dāng)前工程測(cè)量中的重要工作，也成為當(dāng)前測(cè)量企業(yè)需要解決的問題。

1 國(guó)內(nèi)GPS測(cè)量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

對(duì)于目前我國(guó)的GPS測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)的分析而言，其主要是由WGS-84坐標(biāo)系，1954年北京坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系，下面就對(duì)這三種坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

其一，WGS-84坐標(biāo)系。就WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)而言，是由美國(guó)的國(guó)防部制圖局在以地球質(zhì)心為標(biāo)系的坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)，而以BIH 1984.0的啟始子午面與赤道的交點(diǎn)作為X軸方向，以BIH 1984.0定義的協(xié)議地球極方向Z軸方向，另外Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系的坐標(biāo)系統(tǒng)。而且WGS-84坐標(biāo)系不僅是當(dāng)前GPS其基本的的坐標(biāo)系統(tǒng)，而且GPS其發(fā)布的所有的星歷、歷書參數(shù)等等都是以此坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。

其二，1954年北京坐標(biāo)系。1954年北京大地測(cè)量坐標(biāo)系是當(dāng)前我國(guó)采用極其廣泛的坐標(biāo)系統(tǒng)。而該坐標(biāo)系的發(fā)展主要是基于原蘇聯(lián)的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。而且克拉索夫斯基橢球是該坐標(biāo)系的參考橢球采用的橢球。

其三，1980年西安大地坐標(biāo)系。20世紀(jì)80年代天文大地網(wǎng)的施行整體平差是勢(shì)在必行，而我國(guó)政府決定去建立適用與我國(guó)的地域情況的國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)。此坐標(biāo)系統(tǒng)在1980正式做成而命名為1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)。其能夠使得整體平差在系統(tǒng)中進(jìn)行，而且其采用的地球橢球參數(shù)為四個(gè)。

2 RTK技術(shù)原理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

對(duì)于GPS-RTK測(cè)量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)而言最重要的即是對(duì)目前RTK的應(yīng)用中的轉(zhuǎn)換參數(shù)分析，而其參數(shù)主要由三參數(shù)、四參數(shù)和七參數(shù)以及擬合參數(shù)等等構(gòu)成，下面就對(duì)其的簡(jiǎn)單計(jì)算以及輸入等等進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和探討。

2.1 三參數(shù)的求法

對(duì)于三參數(shù)的分析，首先就是對(duì)其的計(jì)算，其主要是以一個(gè)已知點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行校正，而求出△X、△Y、△H，也即是基于WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值和實(shí)際應(yīng)用坐標(biāo)值的三維差值。其次，對(duì)于三參數(shù)的校正而言，其從原理而言，每次開機(jī)參考站都應(yīng)該重新校正，但當(dāng)參考站的架設(shè)地點(diǎn)不便，而且其開機(jī)每次發(fā)射的WGS84坐標(biāo)都是設(shè)置固定的，這種情況下的三參數(shù)那就可以不用重新校正計(jì)算。另外，對(duì)于系統(tǒng)的操作軟件而言，其可以使得參考站發(fā)射坐標(biāo)固定，但這種只能用于參考站架設(shè)的同一地點(diǎn)。

2.2 四參數(shù)和七參數(shù)的求法

對(duì)于四參數(shù)以及七參數(shù)而言，四參數(shù)主要指的是在同橢球間不同的坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)其的表示可用△X、△Y、A（旋轉(zhuǎn)角）、K（尺度比），而七參數(shù)其主要指的是兩個(gè)不同橢球之間的坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，可以用△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K，也即是指的平移（3個(gè)）、旋轉(zhuǎn)（3個(gè)）以及尺度參數(shù)（1個(gè)）對(duì)其進(jìn)行表示。而其中要值得注意的是，四參數(shù)和七參數(shù)在系統(tǒng)的測(cè)量中是不夠能同時(shí)使用的，也就是在使用中只能對(duì)兩者擇其一，這使得工程的具體測(cè)量時(shí)對(duì)這兩種參數(shù)的確定也成為一個(gè)重要的問題。就GPS-RTK測(cè)量而言，其直接測(cè)量坐標(biāo)的基礎(chǔ)是WGS84坐標(biāo)系，但就目前我國(guó)而言，其采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，如1954年北京坐標(biāo)系，當(dāng)兩者不是一個(gè)橢球，那么原則基本而言是應(yīng)該采用七參數(shù)而對(duì)兩個(gè)橢球的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

而具體對(duì)于四參數(shù)以及七參數(shù)的計(jì)算而言：第一，求取四參數(shù)的方法主要有兩種：其一，利用工程測(cè)量的室內(nèi)點(diǎn)進(jìn)行校正，也即是利用軟件的校正，首先應(yīng)該選取測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)中的控制點(diǎn)，然后輸入相應(yīng)的WGS84坐標(biāo)，這樣軟件就能夠自動(dòng)的計(jì)算四參數(shù)以及其點(diǎn)位的精度；其二，利用現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)校正，具體操作就是通過指定的現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)而對(duì)坐標(biāo)的進(jìn)行聯(lián)測(cè)，這樣就能夠利用聯(lián)測(cè)的點(diǎn)進(jìn)而能夠求出四參數(shù)。第二：七參數(shù)的求解方法。其主要方法是通過控制靜態(tài)測(cè)量來進(jìn)行技術(shù)。具體操作是將靜態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)輸入到專業(yè)的平差軟件中，通過軟件的自動(dòng)處理，而求出七參數(shù)，而且這在做RTK測(cè)量時(shí)是能夠直接的輸入使用。

其中值得注意的是，七參數(shù)比四參數(shù)準(zhǔn)確性以及精度高，因此，在條件允許的情況下應(yīng)該盡可能的去選用七參數(shù)。

2.3 擬合參數(shù)的求法

對(duì)于擬合參數(shù)而言，主要指的高程擬合參數(shù)，也就是在高精度的正常高程值下，RTK測(cè)量應(yīng)該做到能夠合理地求解其高程的擬合面。對(duì)于GPS靜態(tài)測(cè)量而言，其最高在三等的水準(zhǔn)的精度，而做RTK時(shí)其主要為四等以及四等以上，因此，這也是的其必須在高精度的高程擬合面的前提下才能求取的原因。

而擬合參數(shù)的求取，主要就是求去某區(qū)域的高程異常的過程，這主要可以利用相關(guān)軟件對(duì)高程擬合參數(shù)的進(jìn)行計(jì)算，具體而言也就是利用控制點(diǎn)的坐標(biāo)庫(kù)求四參數(shù)，當(dāng)其擁有高程的已知點(diǎn)個(gè)數(shù)在六個(gè)以上是，軟件就能夠自動(dòng)的計(jì)算高程擬合參數(shù)而且自動(dòng)啟用。

3 結(jié)語

總而言之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及社會(huì)科學(xué)的飛速前進(jìn)，工程測(cè)繪技術(shù)只會(huì)越來越精準(zhǔn)越現(xiàn)代化。從當(dāng)前工程測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用程度以及科學(xué)性看，現(xiàn)代的工程測(cè)量工作的發(fā)展趨勢(shì)必然首要的就是測(cè)量工程的內(nèi)外作業(yè)一體，使得整體工作更加協(xié)調(diào)。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，當(dāng)前的工程測(cè)量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會(huì)進(jìn)行更新?lián)Q代而使得其簡(jiǎn)捷以及精確。就RTK測(cè)量技術(shù)而言，其不僅操作簡(jiǎn)單方便。RTK的測(cè)量能夠高精度、快速地測(cè)定地圖中的圖根控制點(diǎn)以及地形點(diǎn)和地物點(diǎn)等的坐標(biāo)。因此，對(duì)于GPS-RTK測(cè)量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的研究分析對(duì)于工程的測(cè)量以及社會(huì)的前進(jìn)發(fā)展都是具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[2]劉璇.RTK技術(shù)原理與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[C].北京：北京合眾思?jí)芽萍脊煞萦邢薰荆?007.

[3] 齊富民.應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)的圖根控制測(cè)量思路探討[J].科技資訊，2010（28）.

[4] 李必標(biāo).GPS-RTK技術(shù)在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2010（26）.

[5] 沈映政，劉新長(zhǎng).GPS-RTK在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2010（22）.