Leica系列GPS－RTK转换参数求定方法的研究

姚光虎，张美微，邓蓉蓉

（安徽理工大学 测绘学院，安徽 淮南232001）

随着测绘事业的发展和全球一体化的形成，在测量领域中GPS发挥着越来越重要的作用，GPS的应用领域也更加广泛，必然会要求全球测绘资料的统一，那么就要求各坐标系统之间的转换，尤其是独立坐标系与周边城市接边的问题［1－2］。Leica系列 GPS－RTK坐标系统转换参数的求定方法有3种：一步法、两步法、经典三维法，通过比对获得数据，分析不同求定方法下RTK测量同一区域所能达到的测量精度［3－4］。

1 3种GPS坐标系统转换参数求定方法

一步法：采用平面转换四参数模型，是一种简单的强制拟合的方法［5］。

优点：对点的数量要求不高，可以平面和高程分开处理，其高程误差不影响平面。不需要相关的投影和椭球信息。适用于小区域以及独立坐标系统，在小的区域内几个点转换的精度甚至高于经典三维法的结果。

缺点：只适用于小的区域，不进行高程拟合，不能进行外推，在外推时精度损失很严重。

两步法：采用空间转换七参数模型，对三维空间直角坐标进行旋转、平移和尺度转换，需要一个预转换参数，平面和高程相互独立拟合，精度互不影响［5］。

优点：介于一步法和经典三维法的一种过度，具有这两者的优点。适用于大的区域，对点的数量和点的平面及高程分开提供。在转换时，平面和高程互不影响，而且精度均匀可靠。

缺点：需要一个预转换，即在进行两步法转换时，需要一个参数作为预转换，也需要椭球和投影的相关信息。

经典三维法：因为两种参考椭球的差异，采用空间转换七参数模型，对三维空间直角坐标的旋转、平移和尺度转换，坐标转换的精度要求较高。如果需要精确的正常高，可通过高程拟合模型，对高程转换残差进行拟合，在七参数转换出来的正常高上加一个修正量来获得精确的正常高［1－6］。

优点：适用于大的区域，可以进行部分外推而且精度均匀可靠，是最严密的转换参数，可以求出标准的七参数。

缺点：对点的数量要求较高，最好是3个点以上，而且需要平面和高程都有（少于3个点也能做，但一个点只能求三参数，少于3个点不能求出七参数），另外，需要相关的投影和椭球信息。

2 实际工程测量中的应用实验

2.1 线路、选点设计及数据获取

所选区域为开发区，保证静态数据采集精度高，区域较小，约2km2，根据实际线路并结合工程测量规范均匀选取了7个点［7］，将参考站架设在A0点，以Z1288、Z1605、Z1633三点为矫正点，分别运用一步法、两步法、经典三维法3种求定方法定义坐标系，求定坐标系统转换参数，在Leica系列手持GPS中进行相关设置校正［4］，再进行实际点位测量，获取C001～C007点的平面和高程数据并与已知点坐标进行对比分析（已知点平面坐标采用静态E级GPS测量获取［8］），高程采用四等水准测量获取。路线及点位路线如图1所示。

2.2 点位坐标及高程验证实验

现分别对使用3种不同坐标系统转换参数测量而获取点的数据与已知点坐标进行精度比较［9］，数据见表1。

图1 实验区域点位情况

表1 3种不同坐标系统转换参数测量而获取点的坐标与已知点坐标之差 mm

现对所测点坐标及高程与已知点坐标及高程进行比较分析，点位之差均呈现出一定的规律，其点位之差分析如图2、图3、图4所示。

3 结束语

通过理论研究和实验数据对比分析，在用GPSRTK进行测量时，测点无需和基准站通视就可进行测量，且能进行实时的观测，具有高效率、直观快捷、实时性强、点位误差不累积、操作简单等特点［1］。另外，平面测量精度较高，可以达到毫米级要求，但是高程测量误差、高差中误差较大，只能达到厘米级。静态数据处理后得到的高程与水准测量得到的高程存在较大的误差，所以已知点高程数据应尽量采用三、四等水准测量的高程［6］。Leica系列GPS－RTK能够用一步法、两步法、经典三维法3种方法求定转换参数后进行测量。在小区域范围内，一步法使用起来精度较高，效率更高，所以在小区域内采用一步法更为合适。

［1］徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用（修订版）［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

［2］朱华统，杨元喜，吕志平，等.GPS坐标系统的变换［M］.北京：测绘出版社，1994.

［3］田泽海.GPS－RTK测量求取坐标转换参数的探讨［J］.测绘与空间地理信息，2008（2）.

［4］LEICA Geo.Office Combined电子版用户指南［M］.6版.瑞士，2007.

［5］韩雪培，廖邦固.地方坐标系与国家坐标系转换方法探讨［J］.测绘通报，2004（10）.

［6］张弘，刘学.RTK定位测量的误差分析及提高精度的关键［J］.城市勘测，2007（1）.

［7］孔祥元，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2005.

［8］宋中华.GPS工程测量网数据处理与质量评估方法研究［J］.测绘工程，2011，20（4）：22－25.

［9］胡奎，黎曦.GPS－RTK测量结果的精度分析［J］.现代测绘，2007（3）.