公路勘察GPSRTK测量中坐标系定义方法精文档格式.docx
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收稿日期:
2005-12-28
李峰伟
（河南省交通规划勘察设计院,河南郑州450052
摘要:
公路勘察GPSRTK测量是公路工程的基础,其中正确定义坐标系求解不同坐标系间的转化参数是RTK测量的关键,因此就公路勘察GPSRTK测量中点在不同坐标系下的坐标转换方法及坐标转换中的注意事项进行探讨,具有一定的实用
价值。
关键词:
公路RTK测量;
坐标系统;
坐标系定义方法;
一步法中图分类号:
U412.2
文献标识码:
A
文章编号:
1002-4786（200608-0019-03
MethodforCoordinateDefinitionofGPSRTKin
HighwayMeasuring
LIFeng-wei
（HenanProvincialCommunicationsPlanning&
SurveyInstitute,Zhengzhou450052,China
Abstract:
ThemeasureofGPSRTKisthebasisofhighwayengineering,forwhichthekeyproblemisrightdefinitionofparametersindifferentcoordinate.Therefore,ithaspracticalsignificancetodiscusson"
"
公路勘察GPSRTK测量中
坐标系定义方法
19
《交通标准化》2006年第8期
COMMUNICATIONSSTANDARDIZATION.No.8,2006
随着3S（GPS,GIS,RS技术的发展,GPSRTK测量已在公路勘察中得以广泛应用。
公路勘察RTK测量中主要是确定公路中桩地面点的空间位置,也就是确定地面点的空间位置的坐标和高程。
通常,GPS观测得到的是地面点的WGS84大地坐标系经纬度坐标,而测量作业人员则使用地面点在地方格网坐标系中的平面直角坐标,故在利用GPS测量时如何正确确定这两个参考框架间的坐标转换即坐标系
定义是RTK测量的关键。
1点的坐标系统简介
地面点的坐标可根据不同的用途,在地理坐标、高斯平面直角坐标、平面直角坐标中选用。
在大区域内地面点的位置,常以球面坐标系统来表示。
用经度、纬度表示的地面点在球面上的位置,称为地理坐标。
地理坐标又因所用基准面、基准线及测量计算坐标方法的不同而不同。
地理坐标是球面坐标,但测量中的计算和绘图最好在平面上进行。
测量上将旋转椭球面上的点换算到平面上,称为地图投影。
我国一般采用高斯投影的方法,在公路测量中我们常用的是点的WGS84大地坐标和投影到某中央子午线上的1954（或1980平面直角坐标。
1.1WGS84和地方坐标系统
WGS1984基准面采用WGS84椭球体,它是一个地心坐标系,即以地心作为椭球体中心。
目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。
1984世界大地坐标系（WGS84是采用与地球平均表面符合得最好的椭球体（长半轴a=6378,
137.000m,扁率f=1/298.253
基于WGS84椭球的大地水准面。
同一个物理点P可以有不同WGS84坐标类型的坐标（见图1:
aWGS84直角坐标:
X,Y,Z
P=4264650.810X
724089.202Y
4672014.4546Z
bWGS84大地坐标:
纬度、经度和大地高
P=47°
23′45.84283″N
9°
38′10.58730″E
449.6911m
同一个物理点P也可以有地方坐标系统中的坐标:
a
地方直角坐标:
X,Y,ZP=4264750.810X
724189.202Y
4672114.4546Z
b
地方大地坐标:
纬度、经度和椭球高P=47°
23′43.14014″N
38′10.49009″E
1305.241m
同一个点在不同坐标类型间的转换,即转换参数的求得就是坐标系定义。
2坐标系定义方法
公路RTK测量中,已知一些控制点的WGS84坐标（这些坐标已经用GPS静态测量得到,及其地方坐标（这些坐标已经用TPS或其他测量方法得到,由于同一个物理点P在WGS84系统和地方坐标系统中有不同的直角坐标,故如何正确确定两个参考框架间的坐标转换即坐标系定义即为GPS测量的关键。
常用的坐标系定义方法有三种:
经典3D转换、一步法转换和两步转换。
2.1经典3D转换
（见图2如图2所示,用以下参数来连接这两个参考框
架间的坐标转换称为经典3D坐标转换:
三个平移参数:
dx,dy,dz;
b
三个旋转参数:
Rx,Ry,Rz;
c
一个尺度参数:
λ。
例如:
dx=200,dy=200,dz=200经典3D转换需满足下列要求:
图2经典3D转换
图1
itemsneedingattentionincoordinatedefinitionofGPSRTK.
Keywords:
RTKmeasureinhighway;
coordinate;
methodsfordefinitionofcoordinate;
one-stepmethod
20
图5
图4两步法转换
图3一步法转换
必需至少已知3个点（可以用少于3个的已知点进行转换,但这样的结果不可信,故不推荐这种做法在两个坐标系统中的平面位置和高程;
b需要已知地方椭球和地图投影（或大地水准面;
c
点位的水平位置和高程不能分别处理,故用来求转换参数的点的平面位置和高程都必需已知。
RTK测量时经典3D转换可以用于任何大小的区域,但实际上,这种方法受到地方坐标系统完整性的限制。
2.2一步法转换
一步法坐标转换（见图3可以直接在WGS84和地方格网坐标系间进行转换,不需要已知地方椭球和投影,因为它不进行尺度和旋转转换计算,可以混合使用不同类型的已知点、只知平面位置的点、只知高程的点以及平面位置和高程均为已知的点。
一步法转换由于会发生变形而只能用于有限的
区域。
公路RTK测量中用投影到某中央子午线上的平面来替代地球曲面,这导致路线走向为东西向时变形较大,建议不要用于间隔大于15km的区域,即每隔15km,我们应重新选择控制点,再在GPS上采用一步法定义新的坐标系,从而确保RTK测量时得到较精准的测量成果,为设计提供准确的基础资料。
2.3两步法转换
两步法转换（见图4就是物理点的WGS84坐标经经典3D转换成为地方预备格网坐标,再经过2D转换变为需要的“真实的”格网。
两步法转换有如下特点:
具有经典3D转换和一步法转换的优点;
点位和高程分开处理（与一步法类似;
但是要使用地方坐标系的椭球和地图投影;
d
经典3D预转换覆盖区域的大小没有限制。
经典3D转换和两步法转换都需要知道地方坐标系的椭球和地图投影,相比之下,公路RTK测量中一步法转换在GPS上操作方便,故常用一步法转
换来定义坐标系,求得点在两个坐标系中的转换参数。
3
坐标转换计算时应注意的问题
公路GPSRTK测量中每隔5km布一对控制点,
进行坐标转换时控制点的分布应满足下列要求（见
图5:
控制点必须覆盖整个转换区域;
需要已知GPS控制点的平面位置和高程。
在定义坐标系时,在控制点之外区域的点的转换误差是无法预测的,它随离控制点区域的距离而增加。
GPSRTK测量中为了控制转换的质量,当一些控制点转化后参差较大时可以从计算参数的控制点中删除这些控制点,再进行转换参数计算,在GPS上进行多次计算,直到转换误差达到期望值,就可以用此时定义的坐标系来进行RTK测量。
4结论
公路勘察GPSRTK测量是公路工程的基础。
正确定义坐标系求解不同坐标系间的转化参数是RTK测量的关键。
因不需要知道地方椭球和地图投影,一步法定义坐标系在公路勘察GPSRTK测量中使用方便且满足精度要求,是常用的坐标系定义方法。
[1]钟孝顺,聂让.测量学[M].北京:
人民交通出版社,1997.
作者简介:
李峰伟（1978-,男,工学学士,助理工程师,从事公路设计及研究工作。
收稿日期:
2006-01-09
21
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