CORS—RTK测量中的坐标转换方法探讨

于述鹏 王特

摘 要：随着GPS的应用越来越广泛，CORS在国内也进行了大规模的建设，网络RTK技术在应用方面有很大的优势，它在测量中也发挥了越来越重要的作用。本文对常用坐标系统和网络RTK常用坐标转换方法进行了探讨。

关键词：CORS坐标转换；网络RTK测量；坐标转换

随着GPS技术的发展，利用网络RTK技术建立的GPS参考站网CORS也得到快速的发展和建设，野外控制测量中精度已达到厘米级，GPS参考站网通过网络RTK技术实现应用，网络RTK技术以其高精度、高效率、实时性和无误差累积等优点在各行各业中迅速被广泛应用。同时，在各大城市，为避免高斯投影变形带来的影响，在城市规划、建设、施工等作业应用中，通常采用地方独立坐标系，也有采用国家1980西安坐标系和1954年北京坐标系。因GPS定位结果直接表示为WGS-84坐标，因此，应用时需要将GPS定位結果转换为所需的平面坐标，以提高坐标精度及作业效率。

1. 我国GPS测量中常用的坐标系统

1.1 1954年北京坐标系

新中国成立后，国内大地测量进入全面发展时期，迫切需要建立一个参心大地坐标系，在全国范围内开展了正规的、全面的大地测量和测图工作。鉴于当时历史条件，暂时采用克拉索夫斯基椭球参数，经过东北边境的呼玛、吉拉林、东宁3个基线网，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。该坐标系是苏联1942年坐标系的延伸，其原点在前苏联的普尔科沃，不在北京，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。

1.2 WGS-84坐标系

WGS-84坐标系是由美国国防部制图局依据TRANSIT卫星定位测量成果而建立的一种协议地球坐标系（CTS），它是GPS卫星广播星历和精密星历的参考系，GPS定位结果直接表示为WGS-84坐标系。1987年1月10日开始采用WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic System），以取代1987年以前所采用的WGS-72。WGS-84坐标系的x，z轴分别指向BIHl984.0的起始子午面和赤道交点、BIHl984.0定义的协议地球极方向，Y轴与他们构成了右手系。

1.3地方独立坐标系

为满足大比例尺测图和进行施工放样要求，基于实用、方便和科学的目的，通常采用自选的中央子午线，自选的计算基准面，即独立平面坐标系。一般情况下，将地方独立测量控制网建立在当地的平均海拔高程面上，并以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影求得平面坐标，建立地方独立坐标系。地方独立坐标系都有独立的原点和定向方式，是基于一个与当地平均海拔高程对应的参考椭球。该椭球的中心、轴向和扁率一般与国家参考椭球体相同，但其长半轴则有一个改正量。这个参考椭球称为“地方参考椭球”。

1.4 1980西安坐标系

为满足大地测量发展需要，我国于1978年4月决定建立新的国家坐标系，新的大地原点设在陕西省泽阳县永乐镇，位于西安市两北方向60km，简称西安原点，相应的坐标系称为1980西安坐标系，也称为1980国家大地坐标系。该坐标系建立后，实施了全国天文大地网平差。平差后提供的大地点成果属于1980西安坐标系，它和原来的1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除因它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因前者是经过整体平差，而后者只是作局部平差。1980国家大地坐标系与1954年北京坐标系属于两个不同的参心坐标系。

2.网络RTK常用坐标转换方法

2.1坐标校正法

操作方法为：在测区内选取A、B两已知点，RTK移动站不设任何校正参数，连接城市参考站，对A、B两点进行RTK测量。当获得固定解时，记录两点的原始坐标，然后在相应RTK应用软件中，利用A、B两点的原始坐标和已知坐标计算校正参数。在小测区范围内拥有大于等于二个控制点时，为实时获取相应坐标系坐标，通常可采用坐标校正法对坐标进行校正。

2.2三参数法

其工作原理是通过一个已知点来计算出X、Y、H的差值，即计算出WGS-84坐标系统的坐标值和实际应用坐标值的差值。在每次开机时，进行重新校正，可在已知点或未知点上来架设参考站。

2.3参数法

4参数是同一个椭球内不同坐标系相互转换参数，在网络RTK测量软件中，参与计算的控制点大于等于两点，包括X、Y、A（旋转角）、K（尺度比）的差值，4参数法具有灵活、便捷的优点，缺点是控制的范围相对较小。七参数与四参数不同，七参数是两个椭球之间的转换，七参数的方法比较严谨，它包括X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K，控制范围较大，求解7参数需要3个以上具有所需坐标和WGS-84坐标两套坐标的已知点，已知点组成的区域应在测区内均匀分布，能够覆盖整个测区，该方法复杂严密，它是静态测试。

2.4拟合参数

工作原理就是求出四参数，在拥有高程的已知点超过六个时，软件就可以计算拟合参数并启动。这种求法主要指得是高程拟合参数，需要在高精度的正常高程值下，RTK测量需要合理的求出高程的拟合面，因对于静态测量，最高是三等的水准的精度，而RTK主要是四等及其以上。

3. RTK在坐标转换过程中常出现问题

3.1测量时只有一组数据

只有提供控制点的地方坐标（通常为北京54坐标）。这种情况下需要首先将参考站架设到某一个控制点上，然后求出该点的WGS-84坐标，再用同样的方法使用流动站测量多个控制点的WGS-84坐标（最好大于三点）。再将测量出的对应坐标输入到接收机中，计算出坐标转换参数，最后流动站直接进行测量和放样。只需在整个区域内求一次WGS-84坐标，其余的点可利用已知地方坐标和转换参数后计算求出，直接输入到参考站的仪器中，再把天线高输入以后就可开始。

3.2测量时有两组数据

二组数据包括控制点的WGS-84坐标和对应地方坐标（常为北京-1954坐标），这种情况下需要将对应控制点的WGS-84坐标输入到参考站上，再输入对应的天线高。流动站对两组数据进行坐标参数转换，用适当的方法算出，直接进行测量和放样。在有已知WGS-84坐标的点上都可架设流动站，这样流动站用相同的转换参数就可测量出相同结果。

3.3测量时该区域未提供任何控制点坐标

地方坐标、转换参数和WGS-84坐标三组数据中只需要掌握其中的两组数据，另外一组数据就可以计算得出。需先假设一个点坐标，使用一步法来计算出该点的独立坐标系参数，建立一个独立坐标系。需先用流动站对几个不同控制点进行测量，然后将WGS-84坐标输入到接收机中，分别对各个点数据进行坐标转换参数计算。在计算时，几个不同的控制点对应的WGS84坐标和地方坐标可计算出转换参数。同样的方法也可使用地方坐标和转换参数来求控制点的WGS-84坐标。

4.结语

在CORS—RTK测量坐标转换实际的应用中表现出很多问题，即在比较大的范围进行测量时且测绘项目都集中在该区域，应当使用两套坐标联测的方法来完成，并进行7参数求解，这样可以避免适用于小区域的4参数方法中的不断坐标校正问题。节省了大量的人力、物理、财力，同时也大大的提高了工作效率。如果将加密参数使用到大多数的移动站中，不仅可使数据具有机密性，保证参数的不泄露，还使工作人员观测数据时，不需将数据传输到数据中心进行解算处理，这样避免工作时的繁琐又保证了实时性。

作者简介：

1.于述鹏 （1993.11-）男，满族，大学本科，助理工程师，从事工程测量工作

2.王特（1986.02-）男，汉族，大学本科，工程师，从事测绘工程技术工作