GPS-RTK 坐标转换技术

陈 慧

（1.武汉大学测绘学院，湖北 武汉 430079；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

在RTK 测量中，直接得到的成果不能直接在WGS-84 坐标系中使用，必须将其坐标系转换至地方（或国家）网格坐标系中。 坐标转换精度对测量成果有着至关重要的作用。 首先，它影响着基准站（RTK 的组成部分）的启动方式。 在已知点上启动基准站时，当有测区的坐标转换参数时，可用该已知点坐标直接启动基准站；若没有，则需在此位置用单点定位的方式启动[1]。 其次，它直接影响点位放样的正确与否。 无论基准站在已知点上启动还是在未知点上启动，若测区的坐标转换参数未知，都要利用放样区内几个同时具有WGS-84 大地坐标和地方（或国家）网格坐标的控制点，计算出坐标转换参数[2]。 这样，移动站才能根据坐标转换参数，将实时观测得到的任一点的WGS-84 坐标转换为地方（或国家）网格坐标，进而准确放样。 可见，坐标转换是RTK 测量的必经之路，其精度高低则直接影响到RTK 测量或放样成果的质量，因此，GPS-RTK 坐标转换技术值得深入探讨。

1 GPS-RTK 坐标转换的步骤

在实际应用中，有时也把坐标转换称为“点校正”[3]。 通常，可以利用专业软件实现坐标转换过程。这里以华测X90 GPS-RTK 的测量手簿软件——测地通为例，分析基准站在未知点上启动后，移动站进行点校正的步骤。

1.1 控制点测量

打开“测地通”软件，进入软件操作界面（如图1所示）。 启动移动站接收机，当测地通界面显示“固定”后，就可以进行测量了。

图1 “测地通”软件操作界面Fig.1 Operation interface of X90 GPS-RTK software

点击“测量→测量点”，进入相应的对话框（如图2 所示）。 输入点名称，在“方法”一栏中选择“已知控制点”，将“选项”对话框中“观测时间”一栏设置为180 s，天线高度和测量部位选择合适的选项，点击“测量”按键，即测得该点位的信息。

图2 测量点及设置界面Fig.2 Measuring point and set-up interface

1.2 控制点键入

点击“键入→点”，进入键入点界面（如图3 所示）。 在点名称下输入点的名称，在“北”下输入X 坐标、在“东”下输入Y 坐标、在“高程”下输入H 坐标，在“控制点”复选框中打“■”，点击“保存”，即将该点存储并自动进入键入下一点的界面。 所有控制点坐标键入完毕，即可退出界面。

图3 键入点界面Fig.3 key-entry point set-up

1.3 求取坐标转换参数

执行“测量→点校正”，打开点校正对话框（如图4 所示）。 选择“增加”，在“网格点名称”中选择之前键入的控制点坐标，在“GPS 点名称”中选择该控制点的实测坐标，“校正方法”一般选择“水平与垂直”。已知点增加完成后，点击“确定”。 用同样的方法加入其余控制点，最后选择“计算”，即可在点校正对话框中看到点校正后的水平残差和垂直残差。 求得的坐标转换参数可通过坐标管理器查看，而经过坐标转换后的任一点的网格坐标则可通过元素管理器查看。

1.4 精度分析方法

选择若干个网格坐标已知的点作为检核点，分别利用不同数量的校正点计算出坐标转换参数，再使用移动站分别测出每次参与检核的点的网格坐标， 最后用列表法得出网格坐标的实测值与已知值的差值。 通过检核点间横向比较这些差值，得出相应的结论。

2 应用实例

2.1 测区概述

图4 点校正对话框Fig.4 Point correction dialogue frame

如图5 所示，在某约1km2的测区内布设有5 个参与点校正的控制点H76、H51、H81、H33、H68 和4个参与检核的控制点JC1、JC2、JC3、JC4。 其中5 个参与点校正的控制点的网格坐标和WGS-84 坐标均已知，且H33 与其余4 个点的坐标值不在整体平差中，精度较其余4 个点低。 而4 个参与检核的控制点仅网格坐标已知，需要将基准站架设在测区内任一未知点上，用移动站分别测出这4 个点的WGS-84 坐标[4]。 以下通过3 种方案来分析坐标转换的结果。

图5 测区点分布图Fig.5 Point distribution of measuring area

2.2 坐标转换方案

方案1， 以H76、H51、H68 这3 个点参与点校正，查看4 个检核点经过校正后的网格坐标。将其与已知值相比，得出差值（如表1 所示）。

表1 方案1 检核点坐标差（mm）Table 1 Checking point coordinate difference of Plan 1 (mm)

方案2， 以H76、H51、H68、H81 这4 个点参与点校正，查看4 个检核点经过校正后的网格坐标。将其与已知值相比，得出差值（如表2 所示）。ΔH +25 +21 -20 -22

表2 方案2 检核点坐标差（mm）Table 2 Checking point coordinate difference

方案3， 以H76、H51、H33、H81 这4 个点参与点校正，查看4 个检核点经过校正后的网格坐标。将其与已知值相比，得出差值（如表3 所示）。

表3 方案3 检核点坐标差（mm）Table 3 Checking point coordinate difference

2.3 精度分析

（1）从方案1 中可以看出，4 个检核点都分布在校正点组成的三角形之外，与已知坐标的差值较大，且离此三角形越远，误差越大。

（2）从方案2 中可以看出，4 个检核点都分布在校正点组成的四边形之内，与已知坐标的差值比较均匀。 较方案1 而言，坐标差值减小。 当参与校正的点增多时，高程差值减小[5]。

（3）比较方案3 和方案2 可以看出，虽然4 个检核点都分布在校正点组成的四边形之内，但由于方案3 中参与校正的点精度不等（H33 较其余点精度低），故影响了校正点的整体精度[6]，4 个检核点的坐标差值也较方案2 大。

3 结语

综上所述，GPS-RTK 坐标转换精度的影响因素主要有以下3 个：（1）校正点的分布情况。 在校正点所组成的几何图形的内部进行测量，精度较高，否则精度较低，且离开几何图形越远，精度越低。 （2）校正点的数量。 由于在RTK 坐标转换中，高程是以拟合的形式进行坐标转换的，其需要的校正点数量比平面坐标多，故校正点的数量增加有利于高程拟合。 （3）校正点的精度。 如果校正点的精度不同，势必会影响整体精度，使移动站得到的三维坐标带有系统偏差。

[1] 周建郑. GPS 测量定位技术[M]. 北京:化学工业出版社,2004：157-158.

[2] 潘观平. RTK 测量校正点分布对高程拟合精度影响[J].江淮水利科技，2009（2）:34-35.

[3] 魏二虎. GPS 测量操作与数据处理[M]. 武汉：武汉大学出版社，2004：190-191.

[4] 高永甲. 新疆兵团坐标转换参数的确定[J]. 测绘与空间地理信息，2009，32(3)：202-204.

[5] 赵淑湘. 手持GPS 坐标转换参数求解方法及在EXCEL中的实现[J]. 矿山测量，2009(2)：20-22.

[6] 王瑞忠. 两种GPS 坐标转换方法及解的稳定性分析[J].山西建筑，2009，35(17)：357-358.