CORS-RTK測量中的坐標轉換方法探討

摘? 要：CORS-RTK是網絡坐標法的簡稱，其定位精度在傳統坐標方法的基礎上有所提高，該坐標法是現階段各大技術部門常用的定位方法之一。本文針對此坐標轉換法展開討論，將其和常用坐標分別進行介紹，并闡述網絡坐標轉換法的優勢，進而得出相關結論。

關鍵詞：定位;坐標轉換;CORS-RTK測量;GPS

中圖分類號：P228.4? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0029-03

Abstract：CORS-RTK is the abbreviation of network coordinate method. Its positioning accuracy has been improved on the basis of traditional coordinate method. This coordinate method is one of the commonly used positioning methods in major technical departments at present. This paper discusses the coordinate transformation method，introduces it and common coordinates respectively，and expounds the advantages of network coordinate transformation method，and then draws relevant conclusions.

Keywords：positioning;coordinate transformation;CORS-RTK measurement;GPS

0? 引? 言

CORS-RTK測量的主要作用是確定地球上某點的具體位置，在定位技術飛速發展的現代社會，我國近年來在各大城市建立了很多大型定位基站，加以網絡坐標轉化法的輔助，定位精度大大提升。目前很多城市的定位方式已經全面轉換成網絡坐標，只有在土地規劃、建筑等平面施工中才會用到常規坐標系。可見現階段我國還未徹底擺脫常用坐標的約束，其需要和網絡坐標相互配合使用，才能更好地完成定位作業。

1? 常規坐標

1.1? WGS-84

這是大地坐標系的簡稱，其在二十世紀八十年代開始使用，在此之前采用的坐標系是同系列的72類型坐標。大地坐標最早是由美國提出和研究的，我國引進后根據各地區的經緯度特點進行改進，最終形成適合我國使用的協議坐標系。在GPS定位過程中，該坐標系充當參考系的作用，平面坐標和空間坐標相互配合，能夠有效提升定位精度，定位速度也在不斷加快。

1.2? 北京坐標

我國建國以來，大地坐標的發展非常迅速，政府迫切需要對土地面積進行全面普查，此坐標系在全國測量過程中被大面積使用。經過測量團隊的不懈努力，我國終于建立起一個比較完整的參心坐標。橢球參數是當時坐標系建立過程中所使用的主要參數，并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測，至此我國的大地坐標已經初具規模，經過十年時間的改進最終將此系統更名為背景坐標。聯合試驗的起源是在蘇聯，因此北京坐標是在蘇聯坐標的基礎上擴展的。

中華人民共和國成立六年后建立起完善的北京坐標，并在此基礎上建立了國家地球網絡，輔助完成很多項重要的測繪工作。隨著科技的不斷發展，人們對測繪知識的了解越來越深入，同時也發現北京坐標有很多不足：如橢球參數有較大誤差;參考橢球與中國平均水平線之間存在嚴重的傾斜現象：應用幾何方法和物理方法進行測量時，使用的參考面均勻程度達不到相關標準;定向不明確等[1]。對坐標系進行局部調整后只能適用于大部分地區，小面積地區測量過程中還是存在一些不合理的地方。

1.3? 西安坐標

1980西安坐標系的橢球定位條件為：橢球的短軸平行于地球的軸線（由地球的質心指向1968.OJYD測地線的原點）;起始子午線與格林尼治平均天文臺的起始子午線平行;橢圓體表面類似于我國的大部分地區水平面。西安坐標建立后，國家天文臺對局部地區的坐標系統進行了調整。調整后提供的大位置數據偏向西安坐標系，這與原始北京坐標有很大不同。這種差異是由于它們通過不同的橢球和橢圓來定位和定向，并且前者被整體調整，后者僅被部分調整。

1.4? 獨立坐標

中國使用高斯投影，其中除中央子午線之外的任何線都會改變長度。變形程度由子午線的長度決定，距離越長，變形越大。因此需使用分割突起法，用于限制長度變形。中國規定使用6°波段或3°波段進行區域投影。然而，對于城市測量，工業和采礦工程測量，直接在中央天文臺建立坐標系統。為了避免過度變形，有必要參照中央子午線在相應區域建立獨立的坐標系。

一般情況下，在局部平均高程面的基礎上建立局部獨立測控網絡，以局部子午線作為投影中心線，得到平面坐標，從而建立局部獨立坐標系。局部獨立坐標系具有獨立的起源和方向，對應于局部平均高程的參考橢球。橢圓體的中心，軸向和扁平化通常與國家中央天文臺的相同，但長半軸需要在使用前進行校正。

2? 轉換方法

2.1? 校正法

當在小測試區域中存在兩個或更多個控制點時，為了實時獲得相應坐標系的坐標，通常可以使用坐標校正方法來校正坐標。具體方法是在調查區域中選擇兩個已知點A和B，并且RTK移動臺不設置任何校正參數以連接城市參考站，進而在兩個點A和B上執行RTK測量[2]。當獲得固定解時，記錄兩個點的原始坐標，然后使用兩個點A和B的原始坐標以及相應RTK應用軟件中的已知坐標計算校正參數。

2.2? 4參數法

這四個參數是在同一橢圓體中的幾個坐標系之間進行轉換的參數。其在計算過程中必須至少包含兩個或更多測控點，且測控點是在水平和豎直方向上均勻分布的，確定測控點后就能確定參數范圍。一般來說，4參數的理想控制范圍在20km2～30km2。一般情況下這種計算方法比較靈活，計算過程相對簡單，但測控點較少，能夠控制的范圍也相應較少。

2.3? 7參數法

7參數方法是兩個橢球之間的坐標變換，這是更嚴格的坐標變換。7參數方法，即三個方向的平移和旋轉，7參數范圍通常大于50km2。這種方法的測控點較多，且在分布區域內相對均勻，盡量覆蓋整個區域，這樣計算結果會更加精確。

3? 案例分析

山西省連續運行基準網及綜合服務系統（SXCORS）已經使用了近五年，其網絡RTK測量已成為日常測繪工程中不可缺少的重要組成部分。RTK測量區別于傳統的衛星定位，其是通過確定基準站、流動站之間的相位變化，來實現定位過程的。本次以該省最大的定位測量基站為案例，通過前期勘測可知，主城區占測繪工作很大一部分內容。考慮到測繪范圍很大，不適用于坐標校正方法和4參數方法。因此，在主城區可以使用7參數法進行定位作業。下面借助本省的CORS坐標定位基站，對主城區的求解7參數過程進行詳細說明。

3.1? 坐標聯測

當計算7個參數時，需要3個以上的已知點，并且已知點必須具有WGS-84坐標系和局部坐標系的兩組坐標。且該WGS-84坐標必須和KMCORS站點的WGS-84坐標相統一[3]。因此，為了提高7參數變換的精度，應該在測量區域中選擇已知局部坐標系的控制點，并且應該安排一定數量的新點來協調與KMCORS站的坐標。

3.2? 解7參數

在實際應用中，不同品牌的GPS儀器由于其不同的硬件和軟件而具有不同的內部7參數解決方案。不同品牌的GPS儀器在同一CORS網絡下使用7個參數用于WGS-84坐標。下面以南方某公司的GPS儀器為例詳細介紹7參數解決方案，以及其加密和應用過程。

利用軟件Pinnacle對該坐標系下的相關點進行求解，求解的點最少為三個，且位置相對分散，可初步確定某地大致位置，其步驟如下：打開Pinnacle軟件，在文件中選擇New，然后在設置菜單中對參數系統進行設置，采用高斯投影6度帶，以北京-54坐標系作為橢球基準;選擇UTM投影，設置投影參數。對于局部中央子午線，X常數和Y常數通常由建立局部坐標系的部門提供。如果不可用，由于7參數轉換模型的性質，需要轉換的坐標不能太大。具體方法可參考COORD-GM聯機幫助;在菜單欄中，輸入7個參數的相關數據，得到相應的7參數計算結果。

對得到的數據格式進行調整，然后將控制點添加進去。選擇所需的型號后，單擊“計算”按鈕。在保證精度的情況下，保存該點的計算數據。需注意以下兩點：一是，模型通常采用布爾莎或一步法。當投影參數完整時，最好使用布爾莎;當投影參數不完整時，一步法則更準確。其次，如果第一次計算的水平精度和垂直精度不理想，則可以去除超出偏差的點并重新計算具有大部分誤差的點，直到精度滿足要求。

求解完成后將文件保存成.dat類型的文件，將軟件和電腦連接到一起后，在7參數計算軟件中輸入文件名，將DATA類型的工程文件導出到電腦當中。

使用Encrypt加密參數并生成激活碼。打開加密文件，在瀏覽文件中啟動KernelConvert.dl文件，并輸入相應的投影參數和7個參數。在“用戶管理”中，單擊“添加”以創建新用戶，輸入用戶的儀器主體編號和其他信息，并生成加密文件和激活代碼。將生成的.dl文件復制到IPSM/HDPower。至此7參數計算控制點數據已基本完成。

3.3? 精度分析

在通過上述方法設置HaidaGPS儀器的加密7參數之后，在測量區域中均勻地選擇七個已知的RTK測試點[4]。測試結果如表1所示。

表1? 測試結果

由表1可知：最大點位誤差為DPmax=±19.3mm;平均X坐標誤差MX=±9.1mm;平均Y坐標誤差MY= ±11.1mm;平均點位誤差MP=±15.0mm。通過測試分析，加密參數可以滿足RTK測量精度的要求。

4? 相關總結

在測量區域較大且測繪工程主要集中在該區域的情況下，應通過現有結果或協調聯合測量獲得可控測量區域的兩組坐標。進行7參數求定。這樣可以避免每次測量區域改變時重新計算的繁瑣工作，例如小測量區域4參數和坐標校正。

各種品牌的GPS儀器應分別確定7個參數。在實際應用中，在不同品牌儀器的專用軟件中獲得的相同已知參數，相同的投影參數和7個參數是不同的。因此，需要根據儀器類型單獨求解控制點的相關參數。

在傳統的定位測量過程中，為了確保參數不泄漏，RTK用戶只有權將觀測數據發送回數據中心。數據中心基于測量缺點開發出一種解決方案，該解決方案比網絡坐標更安全，并能夠減少參考站的工作量。

5? 結? 論

綜上所述，本文對CORS-RTK測量進行了相關介紹，闡述其中網絡坐標的轉換方法，并與常用坐標系統進行對比，同時以具體的案例進行分析，最后對比兩種坐標并進行總結。從中可以看出網絡坐標的定位精度較高，但在特殊情況下需要將其轉換成常規平面坐標系才能使用。現階段我國的科技發展速度較快，定位測量技術還在不斷改進當中。

參考文獻：

[1] 張博，白維.利用靜態GPS測量數據進行RTK坐標轉換的方法探討 [J].商業故事，2015（27）：95.

[2] 王文成.CORS-RTK測量中的坐標轉換方法研究 [J].科技資訊，2014，12（23）：41.

[3] 安汝斌.淺析GPS-RTK測量中的坐標轉換 [J].科技資訊，2013（20）：48-49.

[4] 江曉鵬，熊建華.GPS-RTK測量中坐標轉換模型的適用性分析 [J].價值工程，2014，33（16）：314-315.

作者簡介：冀華平（1979.12-），男，漢族，山西昔陽人，工程師，注冊測繪師，本科，研究方向：工程測量。