基于TGO 的坐標轉換方法探討

楊永平 劉慧玲 楊飛雷

(1.云南省電力設計院，云南昆明 650051;2.北方自動控制技術研究所，山西太原 030006)

GPS具有全天候作業、測量精度高、觀測時間短、測站間無需通視、儀器操作方便等特點，已廣泛應用于水利、交通、電力、海洋、物探等多個領域。然而，每一位接觸GPS測量技術的人員均會碰到坐標轉換的問題。解決坐標轉換問題，國內外相關GPS數據處理軟件層出不窮，但每種軟件在數據處理過程中都有各自的優勢和不足。筆者在實踐應用中發現TGO在測量坐標轉換方面具有較強的功能，然而大多應用人員往往主要應用基線解算和網平差功能，而對TGO的某些坐標轉換擴展功能涉及較少。

1 TGO建立坐標系統

1.1 TGO軟件

Trimble Geomatics Office(簡稱TGO)1.63是美國Trimble公司研制開發的GPS數據處理軟件包，是目前用于處理Trimble公司系列大地型GPS接收機的測量數據的首選軟件，具有作業計劃、數據傳輸、基線解算、網平差、坐標轉換、GIS數據采集和傳輸及測量項目的管理等功能。在一個項目中，可以同時完成對Trimble GPS的RTK數據、后處理的GPS觀測數據和常規測量數據以及其他品牌的GPS數據(RINEX)進行處理。用戶在組織施工時有很大的自由空間，可以是動態，也可以是靜態;可以是 GPS，也可以是全站儀。總之，TGO軟件具有界面友好、使用方便、功能強大、自動化程度高、結果可靠及開放性等特點，使其在測繪及相關領域得到了廣泛應用。

1.2 坐標系統建立

坐標系統主要有北京54、西安80、西安2000、WGS-84和地方坐標系。下面以北京54坐標系統和99度帶為例來說明如何利用TGO的“Coordinate System Manager”功能建立坐標系統。

(1)增加橢球:輸入橢球名稱 BJ54、長半軸6378245、扁率 298.3。

(2)增加基準轉換:選擇“Molodensky…”，創建新的基準轉換組，輸入BJ54-99。

(3)增加坐標系統組:輸入BJ54-99。

(4)增加坐標系統:選擇“橫軸墨卡托投影(T)…”;坐標系統加到BJ54-99;投影帶參數輸入BJ54-99;在“投影”窗口中心緯度輸入0，中心經度輸入99，縱軸加常數輸入0，橫軸加常數輸入500000，尺度比輸入1。

2 坐標轉換方法

2.1 同一橢球的坐標轉換

以坐標系統BJ54-99為例，即新建項目，選擇坐標系統為BJ54-99。

(1)高斯投影正算

單點處理模式:

首先，選擇菜單“插入(I)點(P)…”，在“插入點”窗口輸入名稱和當地坐標(緯度，經度，高度)。然后，雙擊點名，在“屬性”窗口選擇“網格”坐標類型，所顯示(北坐標，東坐標，高程)即為該點高斯投影正算坐標。

批量處理模式:

首先，選擇項目欄“導入其他測量軟件自定義”中的“名稱，緯度，經度，高度，代碼 (地方)”，導入大地坐標數據文件。然后，選擇項目欄“導出點，北，東，高程，代碼自定義”中的“名稱，北，東，高程，代碼”，導出網絡坐標數據文件。當然，也可通過菜單“報告(R)附加報告…(A)”中的“點”導出網格坐標。

(2)高斯投影反算

單點處理模式:

類似高斯投影正算單點處理模式，只需在“插入點”窗口改為網格坐標(北坐標，東坐標，高程)，在“屬性”窗口選擇“當地”坐標類型即可。

批量處理模式:

類似高斯投影正算批量處理模式，只需導入網絡坐標數據文件，導出大地坐標數據文件即可。

(3)換帶計算

換帶計算功能可實現任意帶坐標系統轉換，下面以坐標系統BJ54-99和BJ54-102為例。

新建坐標系統BJ54-102;

在BJ54－99坐標系統模式下，單點插入網格坐標或批量導入網絡坐標數據文件;

在“項目屬性”窗口，改變坐標系統為BJ54-102，即完成了換帶計算。

2.2 不同橢球的坐標轉換

(1)利用“坐標轉換和高程平差”功能

以坐標系統BJ54-99轉換XA80-99為例。

在BJ54-99坐標系統模式下，批量導入網絡坐標數據文件;

在“項目屬性”窗口，改變坐標系統為XA80-99，以單點插入或批量導入3個以上對應BJ54-99坐標系統的同名已知XA80-99網格坐標;

選擇菜單“測量(U)坐標轉換(T)…”，點擊“點列表(L)…”按鈕，在“坐標轉換－點列表”窗口插入已知公共點(包括點名、當前坐標、已知坐標)，檢查平面轉換精度合格后確認;

同理，選擇菜單“測量(U)高程平差(E)…”，在“高程平差－點列表”窗口插入上述公共點的當前高程和已知高程，檢查高程轉換精度合格后確認;

導出XA80-99網格坐標數據文件。

(2)利用“靜態解算”功能

以WGS-84大地坐標轉換BJ54-99為例，該法就是平時大家應用較多的TGO靜態解算功能，其操作流程簡述如下:

①導入數據。在WGS－84橢球模式下，導入“測量控制器DC文件、DAT文件、RINEX文件”靜態觀測數據。

②基線解算，直到“比率、參考變量、RMS及環閉合差”四項指標均滿足要求。

③網平差，包括無約束平差和約束平差。先進行無約束平差，然后改變坐標系統為BJ54－99，再增加已知點進行約束平差。

④導出BJ54-99網格坐標數據文件。

2.3 地方坐標系間的轉換

(1)利用“坐標轉換和高程平差”功能

有些地方采用當地坐標系，對坐標系所屬的橢球參數和投影中央子午線完全未知，比如2004昆明坐標系和昆明87城建坐標系，象這兩種坐標系之間的轉換，可在TGO先假定某一橢球(比如WGS-84、BJ54)模式，利用“坐標轉換和高程平差”功能完成。

(2)利用“點校正”方法

點校正方法包括三參數點校正和七參數點校正，兩種點校正方法類似，現以三參數點校正為例。點校正與靜態解算中的約束平差相比，不需要確定地方坐標系的地方獨立橢球和投影帶中央子午線，只需至少兩個屬于地方坐標系的已知坐標就可以完成坐標轉換工作，既方便，又快捷，給工程上大量使用GPS建立控制網的內業計算帶來了諸多便利。詳細操作流程如下:

①在WGS-84橢球模式下，批量導入WGS-84大地坐標數據文件;或在TGO無約束平差控制網狀態。

②單點插入或批量導入2個以上已知地方公共點，且公共點應均勻分布，能基本覆蓋整個轉換數據區域。

③選擇菜單“測量(U)GPS點校正…”，在“GPS點校正”窗口分別勾選“更新缺省投影起點(U)、水平平差(H)、垂直平差(V)”。

④在“GPS點校正－點列表”窗口插入2個以上公共點(GPS點、網格點)，檢查計算殘差滿足要求后確認。

⑤導出地方網格坐標數據文件。

3 工程算例

在某500 kV超高壓輸電線路工程航外中，布設一條帶GPS靜態觀測控制網，包含149個GPS觀測點，其中聯測6個GPSC級點作為起算數據。由于GPSC級點具有BJ54-99和XA80-99雙套坐標，因此可利用TGO的靜態解算功能進行基線解算和網平差，使得控制網全部GPS觀測點具有BJ54-99和XA80-99雙套坐標。

現將149個GPS觀測點的BJ54-99坐標進行坐標轉換，重新得到一套XA80-99坐標，與靜態解算所得XA80-99坐標進行比較，隨機選取20個坐標比較結果列于表1。由表1可知，兩種不同橢球坐標轉換方法一致性非常好，尤其平面位置完全吻合，高差也均小于1 cm，對于一般工程應用而言，可以滿足規范要求。

表1 兩種不同橢球坐標轉換方法比較

4 結束語

利用TGO的坐標轉換模塊及其拓展功能進行不同坐標系統間的坐標轉換，不僅可以解決測繪同仁常見的坐標轉換問題，而且批量轉換得到的數據可以直接導入數字測圖軟件或GIS軟件，便于直接成圖與后續應用。

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