基于GNSS數(shù)據(jù)處理軟件TBC的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法

張振林 路新 張玲霞

【摘 要】本文以某礦區(qū)數(shù)據(jù)為例介紹如何應(yīng)用TBC 2.5軟件解決上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】TBC軟件；坐標(biāo)正反算；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

The process of the data processing and coordinate system conversion based on the TBC software

Zhang Zhen-lin，Lu Xin，Zhang Ling-xia

（Survey and Design Institute ， Shandong Yellow River Jinan Shandong 250013）

【Abstract】This article describes that how to use the data of an example of a mining area basing TBC 2.5 software to solve the problem of coordinate transformation.

【Key words】TBC software；Coordinates of the positive and negative balance；Coordinate transition

1. 坐標(biāo)系及其相互轉(zhuǎn)換的原理方法

1.1 大地坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

將同一參考坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)（B，L，H）轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）的公式為

XYZ =（N+H）cosβcosL（N+H）cosβsinL[N（1-e2）+H]sinβ

公式中N為卯酉圈的半徑；a為參考橢球的長(zhǎng)半軸；b為參考橢球的短半軸；e為參考橢球的第一偏心率；f為參考橢球的扁率 f=a-ba。

1.2 不同大地坐標(biāo)系三維轉(zhuǎn)換。

1.2.1 三參數(shù)法。

三參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是在假設(shè)二個(gè)坐標(biāo)軸相互平行的基礎(chǔ)上提出的，軸間不存在二套坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角即歐勒角，而在實(shí)際應(yīng)用中，如果旋轉(zhuǎn)角不大，可以用三參數(shù)法近似得進(jìn)行空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

1.2.2 四參數(shù)法。

在我們實(shí)際應(yīng)用中，四參數(shù)法也是比較常用的，包含了二個(gè)平移參數(shù)（ΔX0，ΔY0 ），一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（ α）和一個(gè)尺度因子（M）。四參數(shù)法不需要已知地方橢球和地圖通用模型就可以利用最少的點(diǎn)計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。

1.2.3 七參數(shù)法。

（1）同樣我們假設(shè)有二個(gè)不同橢球即不同原點(diǎn)但是坐標(biāo)軸相互平行的空間直角坐O1 -X1Y1Z1與O2-X2Y2Z2 ，三個(gè)平移參數(shù)（ X0，Y0，Z0）、三個(gè)歐勒角（εx，εy，εz） 、一個(gè)尺度變化參數(shù)M，我們稱之為七參數(shù)法。

（2）用七參數(shù)進(jìn)行空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換常用的是布爾莎公式，其公式如下所示：

X2Y2Z2 =（1+M）X1Y1Z1+0 εz -εy-εz 0 εxεy -εx 0 X1Y1Z1+X0Y0Z0

（3）七參數(shù)是應(yīng)用比較廣泛的一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換參數(shù)可以通過(guò)聯(lián)測(cè)一些公共點(diǎn)獲得，一般要求不少于三組需要轉(zhuǎn)換的二個(gè)坐標(biāo)系下的公共點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)，利用最小二乘法初步計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，再分析殘差重新計(jì)算直到滿足一定的精度為止。

2. TBC軟件的設(shè)置

2.1 GNSS數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

默認(rèn)模板下新建工程，在“文件”→“導(dǎo)入”，然后瀏覽文件夾選擇好需要導(dǎo)入的數(shù)據(jù)文件。

2.2 文本數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出格式的建立與編輯。

按照要求都要選擇或者新建一個(gè)導(dǎo)入導(dǎo)出的數(shù)據(jù)格式，以大地坐標(biāo)文本數(shù)據(jù)文件體為例，點(diǎn)擊文件-導(dǎo)入格式編輯器，然后點(diǎn)擊新建按按鈕，然后點(diǎn)下一步，再進(jìn)入格式體編輯，編輯字段：[名稱][要素代碼][北坐標(biāo)][東坐標(biāo)][高程]， 完成新導(dǎo)入導(dǎo)出格式的編輯。

2.3 建立坐標(biāo)系。

例如在TBC軟件里面建立北京54坐標(biāo)系統(tǒng)，過(guò)程如下：在菜單欄上點(diǎn)擊“工具”→“coordinate system manager” 進(jìn)入坐標(biāo)管理器窗口，在窗口上的菜單欄上點(diǎn)擊“編輯”→“增加橢球”輸入北京54的橢球參數(shù)，輸入長(zhǎng)半軸和扁率之后軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算短半軸和偏心率。然后在點(diǎn)擊“編輯”→“增加基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換”→“七參數(shù)”，在本文之前已經(jīng)通過(guò)聯(lián)測(cè)的方法求得二組坐標(biāo)系的公共點(diǎn)坐標(biāo)，該區(qū)域的七參數(shù)，輸入兗礦地區(qū)的七參數(shù)。

3. 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

3.1 同一橢球上的坐標(biāo)正反算。

（1）兗礦地區(qū)屬于中央子午線117度，所以下面以北京54橢球，117度帶為例介紹高斯投影的正反算。

（2）坐標(biāo)正反算是高斯直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換模型可根據(jù)軟件自帶工具計(jì)算即可。

3.2 換代計(jì)算。

（1）例：選擇西安80 117。和120。兩個(gè)相鄰的投影帶，輸入相應(yīng)的西安80的IAG 75地球橢球參數(shù)建立二個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)：xian117和xian120。

（2）新建項(xiàng)目-選擇坐標(biāo)系統(tǒng)xian117→導(dǎo)入xian117高斯平面坐標(biāo)文件→導(dǎo)出大地坐標(biāo)。將xian117下的直角坐標(biāo)通過(guò)高斯反算轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)，然后根據(jù)高斯正算計(jì)算中央子午線120下的直角坐標(biāo)。

3.3 把WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成北京54空間直角坐標(biāo)。

（1）該數(shù)據(jù)是通過(guò)在某礦區(qū)CORS系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中所測(cè)得的，測(cè)量者所用的測(cè)量設(shè)備是GPS流動(dòng)站，測(cè)得的是WGS84坐標(biāo)，但是在工程建設(shè)當(dāng)中常需要把WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)氐膰?guó)家坐標(biāo)，因此在這以北京54（YKBJ54）坐標(biāo)為例用七參數(shù)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（2）本次導(dǎo)入的數(shù)據(jù)文件是天寶的“.dc”WGS84測(cè)量文件，導(dǎo)出來(lái)的是網(wǎng)格坐標(biāo)即為北京54坐標(biāo)再和經(jīng)過(guò)用當(dāng)?shù)匾阎c(diǎn)起算并且整體平差的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比如表1所示：

（3）運(yùn)用同樣的方法，也可以在TBC軟件里建立新的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)系統(tǒng)然后把大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成80坐標(biāo)和當(dāng)?shù)氐牡V區(qū)54坐標(biāo)。

3.4 TBC相對(duì)TGO的改進(jìn)。

TBC較以前的天寶公司的GPS處理軟件TGO有些許改進(jìn)，比如說(shuō)：TBC軟件除了能夠處理處理GNSS（包括GPS和GLONASS）數(shù)據(jù)，在基線處理的精度方面也是優(yōu)于TGO的，還集成了功能強(qiáng)大的可視工具和建模工具，利用多種視圖全面反映數(shù)據(jù)信息，可以從網(wǎng)絡(luò)上下載參考站數(shù)據(jù)、精密星歷數(shù)據(jù)、天線和接收機(jī)更新文件等，可以進(jìn)行表面建模，處理道路、水路數(shù)據(jù)，進(jìn)行土石方體積計(jì)算，還有個(gè)比較新穎的功能就是可以導(dǎo)出疊加到Google Earth里的圖像，形象方便得展示成果數(shù)據(jù)，還可以轉(zhuǎn)換TGO新項(xiàng)目到TBC可用的格式。

4. 結(jié)語(yǔ)

利用天寶新一代GNSS數(shù)據(jù)處理軟件TBC進(jìn)行批量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法同以前的軟件如TGO和LGO進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是有相似之處的，測(cè)繪學(xué)中有種類繁多的坐標(biāo)系，同時(shí)隨之產(chǎn)生的就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。我們要理解和掌握各種坐標(biāo)系及其相互轉(zhuǎn)換的方法，利用TBC軟件只是其中的一種方法，需要我們?nèi)W(xué)習(xí)和研究其他的轉(zhuǎn)換方法。相信在GPS測(cè)量技術(shù)迅猛的今天，掌握TBC這種軟件可以更好得為我們解決數(shù)據(jù)處理方面的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳敏 趙勇 利用TGO軟件實(shí)現(xiàn)國(guó)外不同坐標(biāo)系成果之間轉(zhuǎn)換的探討[J].南京：礦山測(cè)量，2011.

[2] 魏二虎，黃勁松 GPS測(cè)量操作與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

[3] Trimble Business Center軟件v2.40培訓(xùn)教程[M].北京：北京麥格天渱科技有限公司，2011.

[4] 徐仕琪， 張曉帆， 周可法，趙同陽(yáng) 關(guān)于利用七參數(shù)法進(jìn)行WGS- 84和BJ- 54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題的探討[J].新疆：測(cè)繪與空間地理信息，2007.

[5] 夏廣嶺，王美英 基于GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)TGO的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題[J].北京：煤炭工程，2009.

[6] 宮文學(xué)，李楊，王云男 四參數(shù)法和七參數(shù)法坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的比較 [J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)2012.