基于GNSS數據處理軟件TBC的坐標系轉換的方法

張振林 路新 張玲霞

【摘 要】本文以某礦區數據為例介紹如何應用TBC 2.5軟件解決上述的坐標轉換問題。

【關鍵詞】TBC軟件；坐標正反算；坐標轉換

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. 坐標系及其相互轉換的原理方法

1.1 大地坐標和空間直角坐標的轉換。

將同一參考坐標系的大地坐標（B，L，H）轉換成空間直角坐標系（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 不同大地坐標系三維轉換。

1.2.1 三參數法。

三參數轉換模型是在假設二個坐標軸相互平行的基礎上提出的，軸間不存在二套坐標軸的旋轉角即歐勒角，而在實際應用中，如果旋轉角不大，可以用三參數法近似得進行空間直角坐標系統的轉換。

1.2.2 四參數法。

在我們實際應用中，四參數法也是比較常用的，包含了二個平移參數（ΔX0，ΔY0 ），一個旋轉參數（ α）和一個尺度因子（M）。四參數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計算出轉換參數。

1.2.3 七參數法。

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

（2）用七參數進行空間直角坐標轉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）七參數是應用比較廣泛的一種坐標轉換方法。轉換參數可以通過聯測一些公共點獲得，一般要求不少于三組需要轉換的二個坐標系下的公共點坐標對，利用最小二乘法初步計算坐標轉換參數，再分析殘差重新計算直到滿足一定的精度為止。

2. TBC軟件的設置

2.1 GNSS數據的導入。

默認模板下新建工程，在“文件”→“導入”，然后瀏覽文件夾選擇好需要導入的數據文件。

2.2 文本數據導入導出格式的建立與編輯。

按照要求都要選擇或者新建一個導入導出的數據格式，以大地坐標文本數據文件體為例，點擊文件-導入格式編輯器，然后點擊新建按按鈕，然后點下一步，再進入格式體編輯，編輯字段：[名稱][要素代碼][北坐標][東坐標][高程]， 完成新導入導出格式的編輯。

2.3 建立坐標系。

例如在TBC軟件里面建立北京54坐標系統，過程如下：在菜單欄上點擊“工具”→“coordinate system manager” 進入坐標管理器窗口，在窗口上的菜單欄上點擊“編輯”→“增加橢球”輸入北京54的橢球參數，輸入長半軸和扁率之后軟件會自動計算短半軸和偏心率。然后在點擊“編輯”→“增加基準轉換”→“七參數”，在本文之前已經通過聯測的方法求得二組坐標系的公共點坐標，該區域的七參數，輸入兗礦地區的七參數。

3. 坐標轉換

3.1 同一橢球上的坐標正反算。

（1）兗礦地區屬于中央子午線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）坐標正反算是高斯直角坐標系和大地坐標之間進行轉換，該轉換模型可根據軟件自帶工具計算即可。

3.2 換代計算。

（1）例：選擇西安80 117。和120。兩個相鄰的投影帶，輸入相應的西安80的IAG 75地球橢球參數建立二個坐標系統：xian117和xian120。

（2）新建項目-選擇坐標系統xian117→導入xian117高斯平面坐標文件→導出大地坐標。將xian117下的直角坐標通過高斯反算轉換為大地坐標，然后根據高斯正算計算中央子午線120下的直角坐標。

3.3 把WGS84坐標轉換成北京54空間直角坐標。

（1）該數據是通過在某礦區CORS系統建設的過程當中所測得的，測量者所用的測量設備是GPS流動站，測得的是WGS84坐標，但是在工程建設當中常需要把WGS84坐標轉換成當地的國家坐標，因此在這以北京54（YKBJ54）坐標為例用七參數方法進行轉換。

（2）本次導入的數據文件是天寶的“.dc”WGS84測量文件，導出來的是網格坐標即為北京54坐標再和經過用當地已知點起算并且整體平差的成果數據進行對比如表1所示：

（3）運用同樣的方法，也可以在TBC軟件里建立新的基準轉換和坐標系統然后把大地坐標轉換成80坐標和當地的礦區54坐標。

3.4 TBC相對TGO的改進。

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

4. 結語

利用天寶新一代GNSS數據處理軟件TBC進行批量的坐標轉換的方法同以前的軟件如TGO和LGO進行坐標轉換是有相似之處的，測繪學中有種類繁多的坐標系，同時隨之產生的就是坐標轉換的問題。我們要理解和掌握各種坐標系及其相互轉換的方法，利用TBC軟件只是其中的一種方法，需要我們去學習和研究其他的轉換方法。相信在GPS測量技術迅猛的今天，掌握TBC這種軟件可以更好得為我們解決數據處理方面的問題。

參考文獻

[1] 吳敏 趙勇 利用TGO軟件實現國外不同坐標系成果之間轉換的探討[J].南京：礦山測量，2011.

[2] 魏二虎，黃勁松 GPS測量操作與數據處理[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

[3] Trimble Business Center軟件v2.40培訓教程[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 關于利用七參數法進行WGS- 84和BJ- 54坐標轉換問題的探討[J].新疆：測繪與空間地理信息，2007.

[5] 夏廣嶺，王美英 基于GPS數據處理系統TGO的坐標轉換問題[J].北京：煤炭工程，2009.

[6] 宮文學，李楊，王云男 四參數法和七參數法坐標轉換的比較 [J].內蒙古科技與經濟2012.