rtk测量中的坐标变换

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1、doi:10．3969/j．issn．1001－358X．2012．06．027RTK测量中的坐标变换李建章，李培天，杨学超(兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃兰州730070)摘要:RTK由于不要求基准站和流动站之间通视、自动化程度高、可以全天候观测等优点，因此在测绘领域应用非常广泛。然而在实际操作当中，往往涉及到WGS84坐标、国家大地坐标以及地方坐标系统之间成果的转换，许多测量工作者对其原理不甚了解，从而影响到RTK的有效利用。文中详细阐述了RTK测量中可能涉及到的各类坐标转换过程以及原理，并以此为基础，分析了RTK在地方坐标

2、系统下应用的几种模式。关键词:RTK;坐标变换;地方坐标系中图分类号:P209文献标识码:B文章编号:1001－358X(2012)06－0082－04制和测图是同时进行的，此时需要注意以下两点。RTK在WGS84基准下的测量原理［1］1(1)相同基准站在不同时间段绝对定位结果通常偏差比较大，因此其流动站测量同一点所得坐标在GPS测量中，GPS卫星扮演着已知点的角色。即在观测瞬间，卫星的位置是一个确定的已知点，地面接收机通过观测星站的距离，基于空间后方交会原理确定地面点位置。然而由于卫星轨道参数误差、卫星和接收机钟差、电离层和对流程延

3、迟等影响，地面点的绝对坐标精度并不高。文献［1］中分析，GPS动态绝对定位的精度通常只有几十米，这样的精度显然难以满足测绘领域的要求。为了提高定位的精度，在两测站同步观测相同卫星所得观测量之间进行差分，这种求差使得差分虚拟观测量消除或消弱了上述主要误差源的影响，因此定位精度要远远高于绝对定位的结果。图1为RTK定位原理示意。设基准站坐标已知，基准站和流动站同步观测相同卫星，基准站通过电台将其所得观测数据发送给流动站，流动站数据处理软件对两测站观测数据解算得流动站点位坐标。1.1上述过程所得点位成果的特点(1)由于卫星坐标基于WGS84

4、坐标系统，因此RTK定位成果也属于WGS84坐标系统，因此还需要将其转换到国家坐标系或地方坐标系。(2)流动站与基准站的相对坐标精度比较高，流动站的绝对坐标精度主要取决于基准站的绝对坐标精度，而基准站的绝对坐标通常来自于绝对定位的结果，因此其精度并不高。1.2地形测量中，图根控制和测图同时进行值也有较大不同，因而在RTK测量时，同一基准站需要统一固定一个WGS84坐标。(2)由于绝对定位结果的不可靠性，不同基准站间相对位置需要通过相对定位(GPS平面控制测量或RTK测量，但后者容易误差累积)来获取。图1RTK定位示意图2坐标系统的转换

5、通过1中步骤，可得各待测点WGS84坐标，虽然其绝对坐标精度并不高，但点与点之间的相对位置是比较精确的。在实际操作过程中，通常需要将待测点由WGS84坐标实时转换到国家坐标系统或地方坐标系统，因此要在RTK测量之前确立WGS84坐标与国家坐标系或地方坐标系的转换关系。通常遇到情况有如下几种:(1)目标坐标系统是国家坐标系统。如控制点是国家坐标系统下的大地坐标系，则可利用布尔萨模型将待测点转换为国家基准下的三维直角坐标基准下高斯平面投影坐标，则先将WGS84成果进行投影，再利用二维直角坐标变换模型实现坐标的转换。转换流程如图2所示。图4

6、WGS84基准下高斯投影坐标向地方坐标转换流程(4)目标坐标系统是地方坐标系，没有已知点，只有投影高。这种情况下可通过椭球膨胀法或椭球平移法由WGS84椭球产生一新椭球，再将WGS84成果在新椭球上进行高斯投影即可。新椭球位置由投影高来确定。布尔莎模型［1］布尔莎模型用于两个三维直角坐标系间的转换，因旋转角度通常是微小量，故采用如下模型:2．1é0+ê－εz+εz0－εx－εyù+εxú×图2WGS84坐标向国家坐标系转换流程图2中左侧图为控制点目标坐标系为国家大地坐标时情况，右图为控制点目标坐标系为国家坐标基准下高斯投影坐标时的转换

7、流程。(2)目标坐标系统是地方坐标系统，但有国家控制点。这种情况下，需要将待测点由WGS84坐标转到国家坐标系，再由国家坐标系转换到地方坐标系。在图2中给出了WGS84坐标向国家坐标系统的转换流程，图3为国家坐标向地方坐标转换流程。éXùêYúëZûéXù=(1+m)êYúëZûêúû0ëεy新旧éΔX0ùéXùêYúëZû+êΔY0ú(1)êúëΔZ0û旧其中，m为尺度比参数，εx，εy，εz为旋转参数，ΔX0，ΔY0，ΔZ0为平移参数。该模型共7个参数，因此至少需要3个公共点。由于方程个数大于未知参数个数，通常需要利用最小二乘法获

8、取模型参数的最优估值。布尔莎模型在RTK测量中通常用于WGS84三维直角坐标向国家三维直角坐标的转换。2．2高斯投影变换［2］高斯投影用于大地坐标系向高斯投影平面直角坐标系的转换。RTK测量中通常用于WGS84大地坐标或