土方测量中RTK坐标转换参数设置错误的解决办法

刘波 赵登文 田鹄彰 蒋均 马力

（成都颉达科技有限公司，四川 成都 610083）

1 引言

工程测量中GPS-RTK和全站仪配合使用十分常见，两种仪器可以相互取长补短。GPS 测量成果属于WGS-84坐标系，实际使用的测量成果往往属于1980 西安坐标系、2000 国家大地坐标系或城市（地方）独立坐标系，因此在外业测量时要提前在RTK 手薄中设置好坐标转换参数[1]，以便获取对应项目所需坐标成果。

实际工作中偶尔会因为参数设置错误导致成果错误，如作业单位经常在一个城市各区县作业，各区县参数非常相似，未能正确选择合适的转换参数等。根据测绘成果的管理要求，出现错误成果一般有两种处理方式，一是返工重新测量，二是通过一定方法对数据进行再处理而得出合格成果。针对一个340 亩土方测量项目，RTK 测量时选用了错误的一组坐标转换参数，并且已经开展了3 天野外作业，若返工重测费时费力，不太可取（为解决实际工作和论文撰写，该项目实际进行了大量外业返工以获取对比数据）。本文重点研究选用正确参数，再次测量图根控制点，进行坐标转换，获取有用坐标并进行土方量计算，验证此方法的合理性、有效性，为类似测量工作遇到的问题提供一个解决方案。

2 问题梳理与解决方法

野外作业组在RTK 手薄上设置了一组转换参数，用于把测量数据从WGS-84 坐标系转换到目标坐标系，测了12 个图根控制点，并用RTK、全站仪进行了3 天外业数据采集，将本次数据称为“第一次数据”，后续检查发现成果有误，是坐标转换参数设置错误，然后使用正确参数（即把测量数据从WGS-84 坐标系转换到1980 西安坐标系的参数）在图根控制点上重新采集数据，对比发现12 个图根控制点X 方向最大偏差50mm、Y 方向最大偏差55mm、Z 方向最大偏差404mm。通过对比可判定第一次数据错误，Z 方向偏差远大于100mm 的限差，不能用于项目后续土方量计算。

通过对产生错误原因、第一次数据坐标系统进行分析，并分析坐标转换相关技术与方法，提出以12 个有两次坐标数据（错误和正确的坐标）的图根点为同名点求解坐标转换参数，将第一次数据所属坐标系当作未知坐标系[2]（由WGS-84 坐标系转换得到），通过在CASS9.1 软件中求解七参数，把第一次数据转换到1980 西安坐标系，纠正第一次数据的错误。

具体纠正操作中需要整理好两套坐标系下的同名点，并整理出CASS9.1 软件能够使用的txt 格式文档，该同名点文档内部具体坐标组织方式为：“转换前Y（东），转换前X（北），转换前高程：转换后Y（东），转换后X（北），转换后高程”，如“35418549.16，3402611.158，524.700：35418549.15，3402611.124，524.296”。

在CASS9.1 软件中选择“地物编辑”→“坐标转换”→“读入公共点文件”，读取已经准备好的两套坐标系下的同名点txt 文档。在CASS9.1 界面下半部分有“坐标系”“分带类型”两个选项和“所在带号”“中央子午线”两个空格，分别填上“转换前”“转换后”的信息，即可点击“计算转换七参数”。

CASS9.1 软件提供了“单点”“图形”“数据”三种转换方式，由于该项目测量点众多，故使用“数据”进行批量转换。此时要把需要转换的坐标整理成dat 格式文档，文档内部具体坐标组织方式为：“点名,转换前Y（东）,转换前X（北）,转换前高程”，如“1,35418381.551,3403083.297,509.061”，在界面左下角选择“数据”，右下角选择准备好的dat 文档，并设置好转换后的文档路径及名称，最后点击“使用七参数转换”即可得到正确坐标。

为了直观验证结果是否正确，可以使用CASS9.1软件的“绘图处理”→“展野外测点代码”，将高程数据放到图上查看。此时可把含有坐标的txt 文档内容改为“点名,高程,Y（东）,X（北）,高程”，如“1,523.593,35418357.168,3402799.568,523.593”，在“点名”后放上高程数据，则可以把高程当作点名展示到CAD 图上，并能够变化图层、颜色，避免直接“展高程点”生成图块无法改变颜色，不容易进行对比。

3 结果对比分析

3.1 坐标转换参数解算精度

在已经验证使用12 个图根控制点的两次测量数据进行坐标转换可行的前提下，使用科傻软件再计算转换参数[3]，求得M0=2.75cm。由此可知，以这12 个图根点作为同名点计算转换参数质量较好，实验数据可达到预期效果。

3.2 全站仪坐标数据对比结果分析

因测区面积有340 亩，采用了全站仪和RTK 两种方式测量碎部点，前后两次RTK 测量的碎部点数据平面坐标不能直接对应，第二次数据不能作为第一次数据转换后的对比点，故这里将全站仪数据作为实验对比数据。

全站仪的碎部测量数据只有一组，实验过程中有多次独立处理。

以12 个图根控制点的第一次坐标数据为已知点坐标，对碎部点进行解算。该数据为错误数据，需使用求得的坐标转换参数进行纠正。

在CASS9.1 软件中对第一次碎部点数据进行坐标转换，得出可能正确的坐标（该结果为“纠正坐标”），待后续进行验证。

以12 个图根控制点的第二次坐标数据为已知点坐标，对碎部点进行解算，该次解算得出的数据为正确坐标，可对碎部点坐标纠正结果进行验证。

在测区随机选择5 个小区域，各小区域分别有27、83、69、100、40 组对比数据。5 个小区域中正确的碎部点坐标与第一次碎部点的纠正坐标对比结果如表1 所示。

表1 正确坐标与碎部点的纠正坐标对比结果（单位：cm）

参照《城市测量规范》，图上地物点点位中误差≤±0.5mm，分别对应1∶500、1∶1000、1∶2000 比例换算为实地精度为±25cm、±50cm、±100cm，由表1 可知：1∶500、1∶1000、1∶2000 数字地形图的碎部点点位中误差均远远小于规范规定限差。表1 中第五组平面位置中误差明显高于其他四组实验数据，这是因为其位置更靠近测区边缘，图根控制点对其控制较弱。由此可以看出，图根控制点布设位置对测量数据精度至关重要。

3.3 土方量计算结果对比分析

土方量计算方法采用CASS9.1 软件中的“DTM 法土方计算”，测区范围最低点为503.754 米、最高点为548.595 米，土方计算时选用520 米作为平场高度。因部分点位是用RTK 测量的，两次RTK 采集碎部点数据的位置不可能相同，故分别使用测区中部范围（全站仪测量）和测区全部范围（全站仪、RTK 测量）数据进行土方量计算并对比其结果。

（1）测区中部范围（全站仪测量）

由上一小节可知，实验数据有第一次数据和正确数据，通过坐标转换把第一次数据进行纠正，采用这三组数据分别计算土方量，其结果对比如表2 所示。

表2 测区中部范围土方量对比（土方量单位：m3）

由以上实验数据可以看出，经过坐标纠正后的挖方量与正确数据计算的挖方量相差较小。由于该区域位置较高，计算出来的填方量数值较小，两组数据的填方量差值不具有可比性。

（2）测区全部范围（全站仪、RTK 测量）

为验证使用RTK 采集的碎部点数据经过纠正后是否满足土方量计算的精度要求，把土方量计算的边界范围扩大到测区全部范围，分别使用第一次数据、正确数据、第一次数据纠正结果计算土方量，其结果对比如表3 所示。

表3 测区全部范围土方量对比（土方量单位：m3）

由以上实验数据可以看出，在整个测区，第一次数据纠正后计算的土方量与正确数据计算的土方量相差较小。

总体来说，经过坐标纠正后计算的土方量成果比较接近正确数据计算的土方量成果。

4 结论

实际工作中可能出现RTK 手薄参数设置错误的情况，通过坐标转换把错误坐标纠正到正确坐标的方法是可行的，该方法只需重新测定少量控制点坐标即可纠正错误坐标数据，能够避免返工造成大量人力物力消耗。

本文详细说明了利用CASS9.1 软件进行坐标转换的具体操作方式和使用的文档、数据样式，能够为作业人员进行坐标转换提供帮助。

通过实验数据对比，分析了碎部点经过坐标转换后的精度问题，碎部点精度都能够满足大比例尺测图、土方量计算的精度要求。