CORS-RTK测量中的坐标转换方法探讨

摘  要：CORS-RTK是网络坐标法的简称，其定位精度在传统坐标方法的基础上有所提高，该坐标法是现阶段各大技术部门常用的定位方法之一。本文针对此坐标转换法展开讨论，将其和常用坐标分别进行介绍，并阐述网络坐标转换法的优势，进而得出相关结论。

关键词：定位;坐标转换;CORS-RTK测量;GPS

中图分类号：P228.4       文献标识码：A 文章编号：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測量的主要作用是确定地球上某点的具体位置，在定位技术飞速发展的现代社会，我国近年来在各大城市建立了很多大型定位基站，加以网络坐标转化法的辅助，定位精度大大提升。目前很多城市的定位方式已经全面转换成网络坐标，只有在土地规划、建筑等平面施工中才会用到常规坐标系。可见现阶段我国还未彻底摆脱常用坐标的约束，其需要和网络坐标相互配合使用，才能更好地完成定位作业。

1  常规坐标

1.1  WGS-84

这是大地坐标系的简称，其在二十世纪八十年代开始使用，在此之前采用的坐标系是同系列的72类型坐标。大地坐标最早是由美国提出和研究的，我国引进后根据各地区的经纬度特点进行改进，最终形成适合我国使用的协议坐标系。在GPS定位过程中，该坐标系充当参考系的作用，平面坐标和空间坐标相互配合，能够有效提升定位精度，定位速度也在不断加快。

1.2  北京坐标

我国建国以来，大地坐标的发展非常迅速，政府迫切需要对土地面积进行全面普查，此坐标系在全国测量过程中被大面积使用。经过测量团队的不懈努力，我国终于建立起一个比较完整的参心坐标。椭球参数是当时坐标系建立过程中所使用的主要参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，至此我国的大地坐标已经初具规模，经过十年时间的改进最终将此系统更名为背景坐标。联合试验的起源是在苏联，因此北京坐标是在苏联坐标的基础上扩展的。

中华人民共和国成立六年后建立起完善的北京坐标，并在此基础上建立了国家地球网络，辅助完成很多项重要的测绘工作。随着科技的不断发展，人们对测绘知识的了解越来越深入，同时也发现北京坐标有很多不足：如椭球参数有较大误差;参考椭球与中国平均水平线之间存在严重的倾斜现象：应用几何方法和物理方法进行测量时，使用的参考面均匀程度达不到相关标准;定向不明确等[1]。对坐标系进行局部调整后只能适用于大部分地区，小面积地区测量过程中还是存在一些不合理的地方。

1.3  西安坐标

1980西安坐标系的椭球定位条件为：椭球的短轴平行于地球的轴线（由地球的质心指向1968.OJYD测地线的原点）;起始子午线与格林尼治平均天文台的起始子午线平行;椭圆体表面类似于我国的大部分地区水平面。西安坐标建立后，国家天文台对局部地区的坐标系统进行了调整。调整后提供的大位置数据偏向西安坐标系，这与原始北京坐标有很大不同。这种差异是由于它们通过不同的椭球和椭圆来定位和定向，并且前者被整体调整，后者仅被部分调整。

1.4  独立坐标

中国使用高斯投影，其中除中央子午线之外的任何线都会改变长度。变形程度由子午线的长度决定，距离越长，变形越大。因此需使用分割突起法，用于限制长度变形。中国规定使用6°波段或3°波段进行区域投影。然而，对于城市测量，工业和采矿工程测量，直接在中央天文台建立坐标系统。为了避免过度变形，有必要参照中央子午线在相应区域建立独立的坐标系。

一般情况下，在局部平均高程面的基础上建立局部独立测控网络，以局部子午线作为投影中心线，得到平面坐标，从而建立局部独立坐标系。局部独立坐标系具有独立的起源和方向，对应于局部平均高程的参考椭球。椭圆体的中心，轴向和扁平化通常与国家中央天文台的相同，但长半轴需要在使用前进行校正。

2  转换方法

2.1  校正法

当在小测试区域中存在两个或更多个控制点时，为了实时获得相应坐标系的坐标，通常可以使用坐标校正方法来校正坐标。具体方法是在调查区域中选择两个已知点A和B，并且RTK移动台不设置任何校正参数以连接城市参考站，进而在两个点A和B上执行RTK测量[2]。当获得固定解时，记录两个点的原始坐标，然后使用两个点A和B的原始坐标以及相应RTK应用软件中的已知坐标计算校正参数。

2.2  4参数法

这四个参数是在同一椭圆体中的几个坐标系之间进行转换的参数。其在计算过程中必须至少包含两个或更多测控点，且测控点是在水平和竖直方向上均匀分布的，确定测控点后就能确定参数范围。一般来说，4参数的理想控制范围在20km2～30km2。一般情况下这种计算方法比较灵活，计算过程相对简单，但测控点较少，能够控制的范围也相应较少。

2.3  7参数法

7参数方法是两个椭球之间的坐标变换，这是更严格的坐标变换。7参数方法，即三个方向的平移和旋转，7参数范围通常大于50km2。这种方法的测控点较多，且在分布区域内相对均匀，尽量覆盖整个区域，这样计算结果会更加精确。

3  案例分析

山西省连续运行基准网及综合服务系统（SXCORS）已经使用了近五年，其网络RTK测量已成为日常测绘工程中不可缺少的重要组成部分。RTK测量区别于传统的卫星定位，其是通过确定基准站、流动站之间的相位变化，来实现定位过程的。本次以该省最大的定位测量基站为案例，通过前期勘测可知，主城区占测绘工作很大一部分内容。考虑到测绘范围很大，不适用于坐标校正方法和4参数方法。因此，在主城区可以使用7参数法进行定位作业。下面借助本省的CORS坐标定位基站，对主城区的求解7参数过程进行详细说明。

3.1  坐标联测

当计算7个参数时，需要3个以上的已知点，并且已知点必须具有WGS-84坐标系和局部坐标系的两组坐标。且该WGS-84坐标必须和KMCORS站点的WGS-84坐标相统一[3]。因此，为了提高7参数变换的精度，应该在测量区域中选择已知局部坐标系的控制点，并且应该安排一定数量的新点来协调与KMCORS站的坐标。

3.2  解7参数

在实际应用中，不同品牌的GPS仪器由于其不同的硬件和软件而具有不同的内部7参数解决方案。不同品牌的GPS仪器在同一CORS网络下使用7个参数用于WGS-84坐标。下面以南方某公司的GPS仪器为例详细介绍7参数解决方案，以及其加密和应用过程。

利用软件Pinnacle对该坐标系下的相关点进行求解，求解的点最少为三个，且位置相对分散，可初步确定某地大致位置，其步骤如下：打开Pinnacle软件，在文件中选择New，然后在设置菜单中对参数系统进行设置，采用高斯投影6度带，以北京-54坐标系作为椭球基准;选择UTM投影，设置投影参数。对于局部中央子午线，X常数和Y常数通常由建立局部坐标系的部门提供。如果不可用，由于7参数转换模型的性质，需要转换的坐标不能太大。具体方法可参考COORD-GM联机帮助;在菜单栏中，输入7个参数的相关数据，得到相应的7参数计算结果。

对得到的数据格式进行调整，然后将控制点添加进去。选择所需的型号后，单击“计算”按钮。在保证精度的情况下，保存该点的计算数据。需注意以下两点：一是，模型通常采用布尔莎或一步法。当投影参数完整时，最好使用布尔莎;当投影参数不完整时，一步法则更准确。其次，如果第一次计算的水平精度和垂直精度不理想，则可以去除超出偏差的点并重新计算具有大部分误差的点，直到精度满足要求。

求解完成后将文件保存成.dat类型的文件，将软件和电脑连接到一起后，在7参数计算软件中输入文件名，将DATA类型的工程文件导出到电脑当中。

使用Encrypt加密参数并生成激活码。打开加密文件，在浏览文件中启动KernelConvert.dl文件，并输入相应的投影参数和7个参数。在“用户管理”中，单击“添加”以创建新用户，输入用户的仪器主体编号和其他信息，并生成加密文件和激活代码。将生成的.dl文件复制到IPSM/HDPower。至此7参数计算控制点数据已基本完成。

3.3  精度分析

在通过上述方法设置HaidaGPS儀器的加密7参数之后，在测量区域中均匀地选择七个已知的RTK测试点[4]。测试结果如表1所示。

表1  测试结果

由表1可知：最大点位误差为DPmax=±19.3mm;平均X坐标误差MX=±9.1mm;平均Y坐标误差MY= ±11.1mm;平均点位误差MP=±15.0mm。通过测试分析，加密参数可以满足RTK测量精度的要求。

4  相关总结

在测量区域较大且测绘工程主要集中在该区域的情况下，应通过现有结果或协调联合测量获得可控测量区域的两组坐标。进行7参数求定。这样可以避免每次测量区域改变时重新计算的繁琐工作，例如小测量区域4参数和坐标校正。

各种品牌的GPS仪器应分别确定7个参数。在实际应用中，在不同品牌仪器的专用软件中获得的相同已知参数，相同的投影参数和7个参数是不同的。因此，需要根据仪器类型单独求解控制点的相关参数。

在传统的定位测量过程中，为了确保参数不泄漏，RTK用户只有权将观测数据发送回数据中心。数据中心基于测量缺点开发出一种解决方案，该解决方案比网络坐标更安全，并能够减少参考站的工作量。

5  结  论

综上所述，本文对CORS-RTK测量进行了相关介绍，阐述其中网络坐标的转换方法，并与常用坐标系统进行对比，同时以具体的案例进行分析，最后对比两种坐标并进行总结。从中可以看出网络坐标的定位精度较高，但在特殊情况下需要将其转换成常规平面坐标系才能使用。现阶段我国的科技发展速度较快，定位测量技术还在不断改进当中。

参考文献：

[1] 张博，白维.利用静态GPS测量数据进行RTK坐标转换的方法探讨 [J].商业故事，2015（27）：95.

[2] 王文成.CORS-RTK测量中的坐标转换方法研究 [J].科技资讯，2014，12（23）：41.

[3] 安汝斌.浅析GPS-RTK测量中的坐标转换 [J].科技资讯，2013（20）：48-49.

[4] 江晓鹏，熊建华.GPS-RTK测量中坐标转换模型的适用性分析 [J].价值工程，2014，33（16）：314-315.

作者简介：冀华平（1979.12-），男，汉族，山西昔阳人，工程师，注册测绘师，本科，研究方向：工程测量。