淺析RTK在線路勘測中關於轉換參數問題

一. 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201597.htm

GPS RTK(Real Time Kinematic)定位系統是基於載波相位觀測值的實時動態差分技術發展而來的，它能夠實時地提供測點在指定坐標系中的三維定位結果，並達到釐米級精度。基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站接收GPS衛星和基準站發射的數據，將兩者進行差分處理，求解出基準站和流動站在WGS-84參考橢球體下的相對位置關係，然後通過WGS-84坐標系和地方坐標系之間的轉換參數，將WGS-84坐標系下的成果轉換到地方坐標系中。因而，獲得WGS-84坐標系和地方坐標系之間的轉換參數是RTK測量中的必要條件之一。鑑於高壓線路勘測的特點，這裡淺析在線路應用中關於求取轉換參數的相關問題。

二. 地方坐標轉換參數的原理

WGS-84坐標系與地方坐標系(1980國家坐標系、1954北京坐標系或各地獨立的地方坐標系)或工程坐標之間的轉換大概分為校正參數、一步法、經典三維(七參數) 和擬合參數等方法，按照原理可分為三維轉換和平面加高程轉換兩種模式。

三維轉換模式是在空間直角坐標系下進行的，大多採用bursa-wolf模型，可分為七參數以及簡化的三參數方法，七參數轉換模型比較嚴密，適合於大區域，如30-50km。簡化的三參數方法適合於小區域，10km以內。平面加高程轉換模式是將平面轉換和高程轉換分別進行，這種方式易於實現，也適合於小區域。平面加高程轉換模式中平面轉換參數通常包括平移參數( ， )、尺度參數 和旋轉參數 。由於WGS-84坐標係數據可以用空間直角坐標、大地坐標、平面直角坐標等形式表示，對於不同表示形式的起算數據，尺度參數和旋轉參數代表的含義只是會有所不同。

三. 在線路勘測中通常使用的求取參數的方法

RTK在輸電線路中的應用主要用於定線，定位，直線樁位及塔位的放樣，另外還有平斷面的測量。GPS所能直接提供的數據形式就是坐標，RTK最主要的兩大功能就是實時測圖和工程放樣，我們所用的基本都是放樣功能。對於平斷面測量時也同樣是利用放樣直線功能記錄下每個地物的點坐標，利用事先約定的點標識來區別不同的地物;也可以利用同樣的方法測量塔位地形圖。RTK技術應用到輸電路的必然與其特點密切相關：對於線路中的相鄰的轉角之間要比較高的精度要求，在同一耐張段所有杆位樁的精度在技術規程裡要求180°±1′的偏角值。故在線路勘測中相鄰控制點之間相對精度要求比較高，才能滿足線路定位要求。那麼只有求取高質量的可應用於本工程區域的轉換參數是首要的質量保證。

1. 獲取參數方法通常有以下三種

①、同時有地方坐標和WGS-84坐標的兩種成果。工程附近區域有符合起算精度要求的高等級控制點，這些點同時又具有統一的約束平差後的WGS-84坐標，利用我們前面說到的三維轉換和平面加高程轉換來計算得出轉換參數，但前提是這些點的WGS-84坐標必須有精確的相對位置關係。

②、如果高等級控制點沒有對應WGS-84坐標，或者點比較少。這時我們要根據實地情況做GPS加密的控制測量，將靜態數據進行整體網統一平差，給出相對精度準確的WGS84坐標和地方坐標再求解參數。

③、RTK方式直接測取WGS-84坐標以轉換。只有地方坐標成果，可以在一個開闊位置較高地方設GPS基站，以基準站為起算位置(這個起算位置的坐標由GPS接收機觀測確定，是一個精度有限的大地坐標，但它不影響RTK觀測的相對位置關係)，確定各控制點之間相對精確的位置關係，並實時測定WGS84大地坐標。該方法具體實施時可能會遇到難處，比如控制點的距離太遠，而RTK的作用距離有限。

在惠州龍門勘測220kV仰天至崑山線路定測中利用以上第1、3 種方法建立坐標系,同樣測量了10控制點,其檢測結果見表1。

表1 RTK測量重合點檢測表

需要說明的是，上面三種情況中，不管是那一種情況，控制點的地方坐標必須是相對準確的，同時控制點的大地坐標也應該是相對準確的。靜態數據平差得到的大地坐標，不能同RTK實時觀測的大地坐標混合在一起來求地方坐標轉換參數，因為他們起算的基準可能不一樣。另外，如果有兩個靜態控制網，沒有進行統一平差，分別給出的大地坐標，也可能不能混合在一起來求地方坐標轉換參數，因為一個網中的點和另一個網中的點的大地坐標，其位置關係可能不準確。對於WGS84坐標，我們應該保留至少十萬分之一秒。

2.起算控制點的數量、分布及精度都對求取參數的影響

①、控制點的數量應足夠。一般來講，平面控制應至少三個(如果是兩個我們可以採用求取參數的第二種方法)，高程控制應視線路方向地形地貌條件，山地起伏，數量要求會更多(比如4個或以上)以確保擬合精度要求。

②、 控制點的控制範圍和分布的合理性。控制範圍應以能夠覆蓋線路沿線工區為原則，一般情況下，相鄰控制點之間的距離在1km~5km，所謂分布的合理性主要是指控制點分布的均勻性，控制點網形基本能覆蓋施測的線路沿線區域，不能偏離太遠。當然控制點是越多越好。

某線路工程起算共有四個比較均勻同等精度已知點組成。取其中3個和4個採用三參數法求得不同坐標轉換參數，分別測得線路轉角樁的成果。可以看出對於分布在已知點構成的網形周圍越近的區域高程較差越小，越偏離於網形之外越遠較差越大，而對於平面影響則比較小。

表2 起算點數量不同的觀測成果比較

③、控制點之間應具備相互位置關係精確的WGS84大地坐標BLH和地方坐標XYZ，以確保轉換關係的正確性，也保證在施放線路同一耐張段的直線塔位的過程中，因擺設不同基準站而對流動站放樣造成精度影響。

四. 轉換參數在線路工程中的誤差來源及措施

1、採用GPS RTK放樣定線，其成果精度及質量主要取決於：其一是GPS的測量誤差，其二是坐標轉換帶來的誤差。對於使用Trimble GPS,前者在實時測量時可以從手簿上看得到(H RMS 和 V RMS);對於坐標轉換誤差來說，又可能有兩個誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點誤差的傳遞。Trimble 5800的RTK控制軟體所採用的投影為抵償投影(中央子午線為基準站所在點的經度，投影面可選為測區平均高程面)，所以，可以忽略投影誤差，只需考慮已知點誤差的影響。

當平面已知點為三個以上時，計算轉換七參數(或四參數)的同時會給出轉換參數的殘差(北方向分量和東方向分量。值得注意的是，如果此時發現轉換參數中誤差比較大(比如，大於5cm),而在採集點時實時顯示的測量誤差在標稱精度範圍之內，則可以判定是已知點的問題，有可能已知點的精度不夠，也有可能已知點的分布不均勻。當平面已知點只有兩個時，則只能滿足計算坐標轉換四參數的必要條件，無多餘條件，也就不能給出坐標轉換的精度評定。此時，可以從以下方面入手檢驗坐標轉換的精度，一是看轉換參數之一----尺度比ρ，該值理想值為1，如果發現ρ偏離1較多(比如： |ρ-1|R1/40000，超出了工程精度)，則在保證GPS測量精度滿足要求的情況下，可判定已知點有問題。

在RTK線路測量坐標轉換轉換參數時，一般情況下，對於範圍小於100平方公裡的區域採用三參數法，大於100平方公裡的區域採用七參數法。這期間待測點坐標的精度存在著坐標轉換的損失，與控制點的精度和分布有關。如果選取的已知點精度高、分布均勻且能覆蓋整個測區，可較好的控制轉換參數引起的精度損失。

五. 結束語

在測量工作中參數轉換工作是影響工程質量的一個重要環節。在作業前收集測區的控制點的詳細情況，如中央子午線、整體精度情況等，網形的設計決定參數的可靠性，而網形的設計又受限於所收集的控制點，故收集儘量多的控制點也是必要的。再者是選擇轉換參數的方法的選取也是根據所收集的控制點情況。但在實際工程初設中不管測量工作遇到的是那種情況，區域性的地方轉換參數，總可以利用點校正來求取。點校正的方法在實踐中是可靠的。點校正必須知道每個控制點的WGS84坐標和地方坐標。點校正的廣泛應用，在於它有以下幾個顯著的特點： ⑴點校正可以為RTK測量提高平面精度; ⑵ 點校正可以檢驗控制點的平面相對精度和高程相對精度;⑶足夠的點參與點校正，RTK就可以進行高程測量;⑷點校正可以求取區域地方坐標轉換參數;

參考文獻：

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