土方測(cè)量中RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的解決辦法

劉波 趙登文 田鵠彰 蔣均 馬力

（成都頡達(dá)科技有限公司，四川 成都 610083）

1 引言

工程測(cè)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(zhǎng)補(bǔ)短。GPS 測(cè)量成果屬于WGS-84坐標(biāo)系，實(shí)際使用的測(cè)量成果往往屬于1980 西安坐標(biāo)系、2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系或城市（地方）獨(dú)立坐標(biāo)系，因此在外業(yè)測(cè)量時(shí)要提前在RTK 手薄中設(shè)置好坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)[1]，以便獲取對(duì)應(yīng)項(xiàng)目所需坐標(biāo)成果。

實(shí)際工作中偶爾會(huì)因?yàn)閰?shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致成果錯(cuò)誤，如作業(yè)單位經(jīng)常在一個(gè)城市各區(qū)縣作業(yè)，各區(qū)縣參數(shù)非常相似，未能正確選擇合適的轉(zhuǎn)換參數(shù)等。根據(jù)測(cè)繪成果的管理要求，出現(xiàn)錯(cuò)誤成果一般有兩種處理方式，一是返工重新測(cè)量，二是通過一定方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理而得出合格成果。針對(duì)一個(gè)340 畝土方測(cè)量項(xiàng)目，RTK 測(cè)量時(shí)選用了錯(cuò)誤的一組坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并且已經(jīng)開展了3 天野外作業(yè)，若返工重測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不太可?。榻鉀Q實(shí)際工作和論文撰寫，該項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行了大量外業(yè)返工以獲取對(duì)比數(shù)據(jù)）。本文重點(diǎn)研究選用正確參數(shù)，再次測(cè)量圖根控制點(diǎn)，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取有用坐標(biāo)并進(jìn)行土方量計(jì)算，驗(yàn)證此方法的合理性、有效性，為類似測(cè)量工作遇到的問題提供一個(gè)解決方案。

2 問題梳理與解決方法

野外作業(yè)組在RTK 手薄上設(shè)置了一組轉(zhuǎn)換參數(shù)，用于把測(cè)量數(shù)據(jù)從WGS-84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到目標(biāo)坐標(biāo)系，測(cè)了12 個(gè)圖根控制點(diǎn)，并用RTK、全站儀進(jìn)行了3 天外業(yè)數(shù)據(jù)采集，將本次數(shù)據(jù)稱為“第一次數(shù)據(jù)”，后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)成果有誤，是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，然后使用正確參數(shù)（即把測(cè)量數(shù)據(jù)從WGS-84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到1980 西安坐標(biāo)系的參數(shù)）在圖根控制點(diǎn)上重新采集數(shù)據(jù)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)12 個(gè)圖根控制點(diǎn)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(duì)比可判定第一次數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，Z 方向偏差遠(yuǎn)大于100mm 的限差，不能用于項(xiàng)目后續(xù)土方量計(jì)算。

通過對(duì)產(chǎn)生錯(cuò)誤原因、第一次數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并分析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)與方法，提出以12 個(gè)有兩次坐標(biāo)數(shù)據(jù)（錯(cuò)誤和正確的坐標(biāo)）的圖根點(diǎn)為同名點(diǎn)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將第一次數(shù)據(jù)所屬坐標(biāo)系當(dāng)作未知坐標(biāo)系[2]（由WGS-84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到），通過在CASS9.1 軟件中求解七參數(shù)，把第一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到1980 西安坐標(biāo)系，糾正第一次數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

具體糾正操作中需要整理好兩套坐標(biāo)系下的同名點(diǎn)，并整理出CASS9.1 軟件能夠使用的txt 格式文檔，該同名點(diǎn)文檔內(nèi)部具體坐標(biāo)組織方式為：“轉(zhuǎn)換前Y（東），轉(zhuǎn)換前X（北），轉(zhuǎn)換前高程：轉(zhuǎn)換后Y（東），轉(zhuǎn)換后X（北），轉(zhuǎn)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(biāo)轉(zhuǎn)換”→“讀入公共點(diǎn)文件”，讀取已經(jīng)準(zhǔn)備好的兩套坐標(biāo)系下的同名點(diǎn)txt 文檔。在CASS9.1 界面下半部分有“坐標(biāo)系”“分帶類型”兩個(gè)選項(xiàng)和“所在帶號(hào)”“中央子午線”兩個(gè)空格，分別填上“轉(zhuǎn)換前”“轉(zhuǎn)換后”的信息，即可點(diǎn)擊“計(jì)算轉(zhuǎn)換七參數(shù)”。

CASS9.1 軟件提供了“單點(diǎn)”“圖形”“數(shù)據(jù)”三種轉(zhuǎn)換方式，由于該項(xiàng)目測(cè)量點(diǎn)眾多，故使用“數(shù)據(jù)”進(jìn)行批量轉(zhuǎn)換。此時(shí)要把需要轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)整理成dat 格式文檔，文檔內(nèi)部具體坐標(biāo)組織方式為：“點(diǎn)名,轉(zhuǎn)換前Y（東）,轉(zhuǎn)換前X（北）,轉(zhuǎn)換前高程”，如“1,35418381.551,3403083.297,509.061”，在界面左下角選擇“數(shù)據(jù)”，右下角選擇準(zhǔn)備好的dat 文檔，并設(shè)置好轉(zhuǎn)換后的文檔路徑及名稱，最后點(diǎn)擊“使用七參數(shù)轉(zhuǎn)換”即可得到正確坐標(biāo)。

為了直觀驗(yàn)證結(jié)果是否正確，可以使用CASS9.1軟件的“繪圖處理”→“展野外測(cè)點(diǎn)代碼”，將高程數(shù)據(jù)放到圖上查看。此時(shí)可把含有坐標(biāo)的txt 文檔內(nèi)容改為“點(diǎn)名,高程,Y（東）,X（北）,高程”，如“1,523.593,35418357.168,3402799.568,523.593”，在“點(diǎn)名”后放上高程數(shù)據(jù)，則可以把高程當(dāng)作點(diǎn)名展示到CAD 圖上，并能夠變化圖層、顏色，避免直接“展高程點(diǎn)”生成圖塊無法改變顏色，不容易進(jìn)行對(duì)比。

3 結(jié)果對(duì)比分析

3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算精度

在已經(jīng)驗(yàn)證使用12 個(gè)圖根控制點(diǎn)的兩次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可行的前提下，使用科傻軟件再計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)[3]，求得M0=2.75cm。由此可知，以這12 個(gè)圖根點(diǎn)作為同名點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)質(zhì)量較好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 全站儀坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果分析

因測(cè)區(qū)面積有340 畝，采用了全站儀和RTK 兩種方式測(cè)量碎部點(diǎn)，前后兩次RTK 測(cè)量的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)平面坐標(biāo)不能直接對(duì)應(yīng)，第二次數(shù)據(jù)不能作為第一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的對(duì)比點(diǎn)，故這里將全站儀數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)。

全站儀的碎部測(cè)量數(shù)據(jù)只有一組，實(shí)驗(yàn)過程中有多次獨(dú)立處理。

以12 個(gè)圖根控制點(diǎn)的第一次坐標(biāo)數(shù)據(jù)為已知點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)碎部點(diǎn)進(jìn)行解算。該數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，需使用求得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行糾正。

在CASS9.1 軟件中對(duì)第一次碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得出可能正確的坐標(biāo)（該結(jié)果為“糾正坐標(biāo)”），待后續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證。

以12 個(gè)圖根控制點(diǎn)的第二次坐標(biāo)數(shù)據(jù)為已知點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)碎部點(diǎn)進(jìn)行解算，該次解算得出的數(shù)據(jù)為正確坐標(biāo)，可對(duì)碎部點(diǎn)坐標(biāo)糾正結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

在測(cè)區(qū)隨機(jī)選擇5 個(gè)小區(qū)域，各小區(qū)域分別有27、83、69、100、40 組對(duì)比數(shù)據(jù)。5 個(gè)小區(qū)域中正確的碎部點(diǎn)坐標(biāo)與第一次碎部點(diǎn)的糾正坐標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

表1 正確坐標(biāo)與碎部點(diǎn)的糾正坐標(biāo)對(duì)比結(jié)果（單位：cm）

參照《城市測(cè)量規(guī)范》，圖上地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤±0.5mm，分別對(duì)應(yīng)1∶500、1∶1000、1∶2000 比例換算為實(shí)地精度為±25cm、±50cm、±100cm，由表1 可知：1∶500、1∶1000、1∶2000 數(shù)字地形圖的碎部點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)槠湮恢酶拷鼫y(cè)區(qū)邊緣，圖根控制點(diǎn)對(duì)其控制較弱。由此可以看出，圖根控制點(diǎn)布設(shè)位置對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)精度至關(guān)重要。

3.3 土方量計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

土方量計(jì)算方法采用CASS9.1 軟件中的“DTM 法土方計(jì)算”，測(cè)區(qū)范圍最低點(diǎn)為503.754 米、最高點(diǎn)為548.595 米，土方計(jì)算時(shí)選用520 米作為平場(chǎng)高度。因部分點(diǎn)位是用RTK 測(cè)量的，兩次RTK 采集碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)的位置不可能相同，故分別使用測(cè)區(qū)中部范圍（全站儀測(cè)量）和測(cè)區(qū)全部范圍（全站儀、RTK 測(cè)量）數(shù)據(jù)進(jìn)行土方量計(jì)算并對(duì)比其結(jié)果。

（1）測(cè)區(qū)中部范圍（全站儀測(cè)量）

由上一小節(jié)可知，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有第一次數(shù)據(jù)和正確數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把第一次數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，采用這三組數(shù)據(jù)分別計(jì)算土方量，其結(jié)果對(duì)比如表2 所示。

表2 測(cè)區(qū)中部范圍土方量對(duì)比（土方量單位：m3）

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過坐標(biāo)糾正后的挖方量與正確數(shù)據(jù)計(jì)算的挖方量相差較小。由于該區(qū)域位置較高，計(jì)算出來的填方量數(shù)值較小，兩組數(shù)據(jù)的填方量差值不具有可比性。

（2）測(cè)區(qū)全部范圍（全站儀、RTK 測(cè)量）

為驗(yàn)證使用RTK 采集的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過糾正后是否滿足土方量計(jì)算的精度要求，把土方量計(jì)算的邊界范圍擴(kuò)大到測(cè)區(qū)全部范圍，分別使用第一次數(shù)據(jù)、正確數(shù)據(jù)、第一次數(shù)據(jù)糾正結(jié)果計(jì)算土方量，其結(jié)果對(duì)比如表3 所示。

表3 測(cè)區(qū)全部范圍土方量對(duì)比（土方量單位：m3）

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在整個(gè)測(cè)區(qū)，第一次數(shù)據(jù)糾正后計(jì)算的土方量與正確數(shù)據(jù)計(jì)算的土方量相差較小。

總體來說，經(jīng)過坐標(biāo)糾正后計(jì)算的土方量成果比較接近正確數(shù)據(jù)計(jì)算的土方量成果。

4 結(jié)論

實(shí)際工作中可能出現(xiàn)RTK 手薄參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的情況，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把錯(cuò)誤坐標(biāo)糾正到正確坐標(biāo)的方法是可行的，該方法只需重新測(cè)定少量控制點(diǎn)坐標(biāo)即可糾正錯(cuò)誤坐標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠避免返工造成大量人力物力消耗。

本文詳細(xì)說明了利用CASS9.1 軟件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的具體操作方式和使用的文檔、數(shù)據(jù)樣式，能夠?yàn)樽鳂I(yè)人員進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換提供幫助。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析了碎部點(diǎn)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的精度問題，碎部點(diǎn)精度都能夠滿足大比例尺測(cè)圖、土方量計(jì)算的精度要求。