上海新地海洋工程技术有限公司 李辉 200080
摘 要：目前，随着各地区省级CORS系统的建立，网络RTK技术的发展逐渐代替了传统的测绘方法和常规RTK技术，大大提高了测绘的速度与效率, 降低测绘劳动强度和成本，在工程领域中得到广泛应用。本文结合上海某线路工程地形测图探讨坐标转换中的七参数求解与精度分析。
关键词：CORS系统 网络RTK技术 坐标转换 七参数
0.前言
目前GPS能够测量得到较高精度的WGS-84坐标系下的大地坐标，我们在实际测量中应用的通常是采用地方坐标系，高程为正常高。为了把WGS-84坐标系坐标转换为地方坐标系下坐标，施工前应首先求得两种坐标系间的转换参数。由于不同区域的转换参数不完全相同，为了提高GPS-RTK的测量精度，就必须求出适合本区域内的坐标转换参数。[1, 2]
1.网络RTK技术及应用
指在一定区域内建立多个基准站,对该地区构成网状覆盖,并进行连续跟踪观测,通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算,获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数,用于该区域内RTK用户进实时改正的定位方式。[3] 网络RTK技术的出现省去了传统测量中控制网的建立以及常规RTK基准站的设立，并且能快速、精确地获得地形地物点坐标，节省了大量的人力、物力。目前网络RTK技术广泛应用于地形图测绘、水下测量、地籍测量、航空摄影测量、环境监测等多个领域。
2.工程概况及控制点收集
本工程位于上海市浦东新区，线路长度约4公里，红线范围19米～34米。工程实施前共收集到6个已知控制点，均为设计单位交桩控制点，交桩成果为上海市城市坐标。已知点点位分布如下图所示。
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接收到设计交桩成果后，通过CORS系统分别测量G1、G2、G4、G5得到上海城市坐标。测量过程中采用三脚架+基座进行对中、整平，采样间隔为20s，连续测量四次取中数，每次测量结束后初始化仪器再进行下一次测量。现场测量后的成果与交桩成果进行比对，比对结果显示北坐标差值为-12～19mm，东坐标差值为-32～24mm。为了提高工程测图及放样精度，本工程决定对该区域进行坐标转换以保证测量质量。
3.坐标转换模型的选择
3.1坐标转换模型
坐标转换七参数是两个不同椭球之间的坐标转换参数，其精度最高。实际工作中通常采用布尔莎-沃尔夫模型，即B模型。首先将GPS观测得到的WGS84大地坐标换算为同一椭球下空间直角坐标，再结合其他椭球至少3 个已知点成果的公共点计算得到转换参数，然后根据坐标转换参数计算目标坐标系下的空间直角坐标，最后将目标坐标系下的空间直角坐标换算为所需要的坐标形式。其转换参数分别是３个平移参数（ΔX，ΔY，ΔZ），３个旋转参数（εX，εY，εZ）和一个尺度参数m。转换公式如下：
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3.2 坐标转换的要求
1）、坐标转换已知点要均匀分布在整个作业区域的边缘，能控制整个区域，选用的已知点要形成足够的图形强度，避免已知点的线形分布，否则会严重的影响测量的精度，特别是高程精度；本工程采用四个点进行坐标转换，另外两个控制点进行校核；
2）、坐标转换时要注意坐标系统，中央子午线，投影面的选择，控制点与放样点是否是一个投影带；
3）、选择已知点之间的匹配程度也很重要，尽量保证所选用的已知点为同一等级；如果同时使用不同等级的控制点，水平残差有可能会超限；
4）、坐标转换后应检查一下水平残差和垂直残差的数值，残差不要超过2cm，如果太大先检查已知点输入是否有误？对应关系是否有误？北坐标和东坐标是否输反？是否会测错点？如果无误的话，让某个残差超限的点不参与坐标转换，再看残差是否正常？
5）、对于高程要特别注意控制点的线性分布（几个控制点分布在一条线上），特别是做线路工程，参与转换的高程点建议不要超过2个点；
6）、如果一个区域范围比较大，控制点比较多，就要考虑分区进行转换，不要一个区域十几个点或更多的点全部参与转换。
4.坐标转换七参数求解与精度分析
4.1七参数求解
本工程七参数求解时内业采用‘CoordTool-0808-C#版’坐标转换工具进行。首先将GPS观测得到的WGS84大地坐标和已知控制点坐标换算成软件识别的格式（文件格式为Name,B,L,H,x,y,h），然后分别设置源椭球参数和目标椭球参数，最后设置投影参数。源坐标WGS-84坐标系所采用椭球参数为：长半轴a=6378137；扁率1/f=1:298.257223563；目标坐标系采用的北京54坐标系，椭球参数为：长半轴a= 6378245；扁率1/f=1:298.3，目标坐标系选择高斯三度带投影，中央子午线经度为121:28:01.77820E。
各项参数设置完毕后应逐一进行检查，确认无误后才能进行七参数计算。计算完成后，软件会弹出七参数结果和残差信息。本工程七参数转换残差信息详见下表4.1。
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根据上表4.1可知，本工程参与坐标转换的四个控制点残差均在±2cm范围内，满足《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范（CHT 2009-2010）》中的相关规定。
4.2转换精度分析
在求得坐标转换参数后重新测量G1～G6控制点，根据七参数转换为目标坐标系下的坐标与设计交桩成果重新比对，比对结果显示北坐标较差-2～6mm，东坐标较差-4～7mm，高程较差-7～8mm。转换后的控制点以及没有参与坐标转换的两个控制点G3和G6与设计值的差值也在±1cm范围内，从而可以判断通过转换后的成果精度得到了显著提高。
5.结论
1）在工程区域内通过七参数进行坐标转换，能够显著提高区域内网络RTK施工测图及放样的精度。
2）坐标转换时已知点的选取对转换结果有着决定性作用，已知点的选取要尽量均匀地分布在整个作业区域的边缘，并且能形成封闭的规则的形状；已知点的等级应尽量相同。
3）坐标转换七参数理论上选取已知点不得少于3个，如果在转换后要检查水平残差和垂直残差信息，则至少选用4个已知点进行转换，并且在转换区域内部或者临近转换区域分布其他控制点进行检核。
4）坐标七参数是有区域性的，它仅适用于已知点所圈定的区域和临近地区，距离该区域距离越远，其精度逐渐降低，因此，在一个测区内求解的坐标七参数不能直接应用到其它测区。[4]
参考文献
[1]张随甲，周晓忠.GPS-RTL误差来源及减弱误差的实用方法[J].交通科技与经济，2014，16（02）：122-124.
[2]张永奇，林卓，丁晓光，等.基于 CORS 系统的网络 RTK 技术原理及应用[J].测绘标准化，2014，30（2）：11-12
[3]谢东祺，白云，孟灵飞.几种形式的网络 RTK 技术比较与应用研究[J].测绘与空间地理信息，2014，37（12）：178-179.