NGA MSP GEOTRANS在厄瓜多尔地质勘查项目中的应用

王清华

NGA MSP GEOTRANS在厄瓜多尔地质勘查项目中的应用

王清华

（中化地质矿山总局 山东地质勘查院，山东 济南 250013）

国际一些欠发达地区缺乏公共测量控制点资料，当进行精度要求不高的坐标转换任务时，采用MSP GEOTRANS软件经济实用、数据可信、界面清晰、操作简单、不用安装软件驱动，只要能上网就可使用，极大地方便了勘查工作的开展。

地质勘查；坐标转换；MSP GEOTRANS；经济实用

0 引言

随着国家“走出去”战略的实施，地质勘查单位参与境外矿产资源勘查开发的机会越来越多，范围也越来越广。在众多海外地质勘查项目中，立项普查阶段通常会涉及坐标转换，尤其是当地坐标系与WGS 84（World Geodetic System 1984 Coordinate System,1984年世界大地坐标系统）坐标转换的问题。这个阶段的转换精度要求并不高，一般手持式GPS就可以满足。但是，受当地经济发展水平或其他因素的影响，国外很多项目缺乏坐标转换所需的公共测量控制点资料，这就给项目的顺利推进带来了困难。目前，国内外一些文献关于坐标转换参数的计算还是基于应用公共测量控制点。

MSP GEOTRANS是美国国家地理空间情报局（National Geospatial-Intelligence Agency，简称NGA）开发的一个功能强大的坐标转换应用程序。它适用于各种坐标系、地图投影、网格和基准面。截至目前，NGA MSP GEOTRANS不仅推出了若干种类型的桌面版和移动应用版，还推出了网络在线解算服务Web GEOTRANS。桌面版可以运行在 Microsoft Windows，LINUX和UNIX Motif的环境。移动应用版目前仅支持Android。相关资料显示，NGA已经计算出世界范围内100多个常用当地坐标系到WGS 84的三参数或七参数［1］。这些参数可以被MSP GEOTRANS直接引用。另外，NGA发布的参数资料已被世界上众多的地理信息软件采用，如ArcGIS相关产品，Trimble的GPS数据处理软件等。

本文以一厄瓜多尔地质勘查普查项目坐标转换为例，探讨了在缺乏公共测量控制点资料时，如何用NGA MSP GEOTRANS软件进行坐标转换的问题。

1 地质勘查项目概况

厄瓜多尔密斯齐罗马地区的地勘普查项目 （以下简称厄瓜多尔项目）。当地有关部门提供了当地1∶5万地形图，并给出了对应的拟普查矿区的拐点平面坐标。根据项目承担部门的技术设计，在前期普查时，需要矿区拐点的WGS 84坐标，以便实地踏勘时用手持式GPS接收机确定拐点的实地位置，要求经、纬度值精确到1秒。因此，如何把当地的平面坐标转换成WGS 84坐标就成了迫切需要解决的问题。

2 地质勘查项目区的坐标转换

2.1 坐标转换方法的选择［2～4］

目前，完成不同空间大地直角坐标系的转换可采用三参数法、Molodensky转换法、七参数法、多于七参数法、多项式逼近法等。按大地坐标转换按精度指标可以分为：（1）低精度转换。主要用于大众化导航服务，坐标分量中误差为5～10m。（2）中精度转换。用于三维坐标相似变换，坐标分量中误差为0.5～10m。（3）高精度转换。主要用于地形图图廓线和坐标网的变换，坐标分量中误差不超过0.5m。

本项目当地坐标向WGS 84转换时，采用低精度转换就可以满足应用要求。低精度转换通常采用三参数法和Molodensky转换法。

在卫星定位应用早期阶段，由于大地坐标系之间的关系还未能明确定义，并且数据本身的精度也不高，通常采用三参数法进行坐标系转换。该方法假定两个大地坐标系的直角坐标轴相互平行。当然，这种假设通常是不成立的。对于面积不大的局部地区，该假设引起的误差可以忽略，一般小于数据的观测精度。对石油或地质勘探，在面积不大的勘探许可区内，三参数转换法一般能满足精度要求。

Molodensky转换法是莫洛金斯基（Molodensky）提出的相应三参数直接转换方法。它不经空间直角坐标的变换过程，就可以直接转换不同参照系的坐标。

三参数法公式为：

三参数法、Molodensky转换法均需要3个平移转换参数（ΔX，ΔY，ΔZ）。这3个平移转换参数的确定一般是通过公共点求取的。但是，厄瓜多尔当地相关部门没有提供这方面的资料。鉴于此，本项目选择采用MSP GEOTRANS进行坐标转换。

2.2 MSP GEOTRANS软件的应用

MSP GEOTRANS软件的桌面版（如图1所示）和在线解算服务Web GEOTRANS较为常用。两者的区别为，在线解算服务为桌面版的简化，其不支持自定义参数，精度估计和批量数据转换。

应用MSP GEOTRANS软件进行厄瓜多尔项目坐标转换时，先确定该项目提供拐点的当地坐标系统，再应用MSP GEOTRANS进行坐标转换。因此，我们先请专业翻译公司对图件信息进行翻译，确定该项目的坐标系统为 PROVISIONAL SOUTH AMERICAN 1956（以下简称PRP-E），地形图投影方式为 UTM，位于 17带。根据 NGA.STND. 0036_1.0.0_WGS84发布的数据，该坐标系到WGS 84坐标系的转 换 参 数 为 ：Δa＝-251 m、Δf＝-0.14192702×10-4、ΔX＝-278 m、ΔY＝171 m、ΔZ＝-367 m。根据该参数，选取一个矿区拐点坐标（9823000N，685000E）进行转换，结果为 （01 36 14.4S，079 20 21.4W）。

MSPGEOTRANS的桌面版的界面简洁明了，分为菜单栏，工具条和上、下两个窗口。上、下两个窗口均可以录入数据和显示结果。此例首先在上窗口中选择坐标系“PRP-E”和坐标格式“UTM”，录入带号并选择“南／北”半球后，键入拐点坐标。然后，点击“Convert Upper→Lower”按钮，完成转换。在转换前，如果需要对结果进行精度评估，还可以选择“Sources”项，设定录入坐标的精度值90%的圆误差（CE）为1m。本例输出坐标的水平精度估值为7m。90%的线性误差 （LE），估计大地高度的垂直精度。90%的球形误差（SE），估计地心和局部直角坐标系的三维精度。另外，MSPGEOTRANS桌面版还支持批量数据转换和用户自定义参数。

图1 MSP GEOTRANS软件操作界面Fig.1 MSP GEOTRANS software operation interface

3 坐标转换准确性验证［5］

本项目软件转换准确性的验证采用TBC软件，与实地的吻合性采用Google Earth进行验证。

3.1 TBC内置参数验证

TBC（是Trimble Business Center的简称）软件是美国Trimble导航有限公司推出的用于GPS静态和动态测量数据处理的著名商业软件，在我国有着广泛的应用。在软件的“坐标系统管理器”里已经内置了NGA发布的参数（如图2所示）。Trimble公司开发 Molodensky转换的初衷是为了降低在执行近似基准转换时所需要的人工计算步骤和复杂性。Molodensky基准转换可定义从WGS 84椭球原点到当地椭球原点移动或从当地椭球原点到WGS 84椭球原点移动时在X、Y、Z方向的转换。它提供的转换精度在5～10m内。

图2 TBC软件内置参数输入界面Fig.2 TBC software built-in parameter input interface

TBC软件具体的坐标转换步骤为：（1）进行坐标系统设置。具体设置系统为UTM，区为17 South，基准为Prov SAD 1956（Ecuador）。（2）自定义数据导入格式。建议为文本格式“［名称］，［东坐标］，［北坐标］，［高程］”，本项目中高程数据按“0”输入即可。（3）导入格网坐标数据后，导出WGS 84坐标。格式也可以自定义，建议为文本格式“［名称］，［WGS纬度］，［WGS经度］，［WGS高程］”。

经过验证，TBC导出结果与MSP GEOTRANS及Web GEOTRANS结果一致。

3.2 虚拟地球仪软件（GoogleEarth）验证

Google Earth是一款由Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。Google Earth提供了全球许多地区的高精度，高分辨率影像。在厄瓜多尔项目区内，Google Earth影像清晰，分辨率较好，完全能满足验证要求。具体的验证步骤为：（1）从该项目收集的当地地形图上图解特征点的格网坐标。特征点的选取要考虑时间跨度，一般选择河流交汇点、河流拐弯点、道路交叉点、道路拐弯点、桥梁等。（2）应用MSP GEOTRANS把格网坐标转换成WGS 84坐标。（3）把得到的WGS 84坐标通过“新建地标”的方式标记到Google Earth影像上进行判读。

通过判读，图解点与实地吻合，由此验证MSP GEOTRANS转换结果准确可信。

4 结语

通过厄瓜多尔项目，我们发现，对于缺乏当地公共测量控制点资料、精度要求不高的坐标转换任务，MSP GEOTRANS简洁易用，数据可信。特别是其在线解算服务Web GEOTRANS，由于界面更简洁，操作简单，不用安装，只要有网络就可使用，极大地方便了工作开展。

由于应用MSP GEOTRANS的转换一般为直接采用已知参数转换，缺乏实地测量控制点的验证。因此要特别注意一下几个方面：（1）对转换涉及的当地坐标系统的名称，采用的椭球，坐标投影方式，点所在的投影带等关键信息一定要明确。（2）NGA发布的参数中，部分国家或地区的三参数精度较低。应用MSP GEOTRANS精度估算功能对部分或重要点坐标转换结果精度进行估算，看是否能达到应用要求。（3）通过Google Earth或其他手段对坐标转换结果进行准确性验证。

［1］National Geospatial-Intelligence Agency.Department of Defense W orld Geodetic System 1984：Its Definition and Relationships w ith Local Geodetic Systems［R］. NGA STND.0036_1.0.0_WGS84.2014.

［2］魏二虎，黄劲松.GPS测量操作与数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2004：261-300.

［3］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2005：227-258.

［4］王清华，邢小军.TGO软件在多种测量成果需求中的应用［J］.西北水电，2010，（6）：10-12.

［5］Roger Foster and Dan Mullaney（SNAC）.Conversions and Transformations ［EB／OL］.http：／／earth-info.nga. mil／GandG／coordsys／geoarticles／pdfs／Article018_Conversions_and_Transformations.pdf.

[责任编辑 杨明庆]

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2015-04-15

王清华（1980-），男，山东沂源人，高级工程师，主要从事地质测绘方面的工作及研究。