利用TGO软件实现国外不同坐标系成果之间转换问题的探讨.doc

利用TGO软件实现国外不同坐标系成果之间转换问题的探讨 吴敏1，赵勇1（有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007）摘要：日常工作中使用的GPS接收机在全球范围内都能获取WGS-84坐标系统下的定位结果，但这种定位数据并不能直接和精确地用到具体某国家采用的当地坐标系统的资料、成果中去。本文主要介绍了如何利用 GPS数据处理软件TGO 1.63，解决在国外勘查工程项目中WGS-84测量成果与当地不同参考椭球上坐标系成果的相互转换问题，并对采用的方法进行了分析，通过实例验证了该方法的可靠性。关键词：椭球；TGO；坐标转换1 引言 测量工作中不同参考椭球上的不同坐标系之间的成果转换比较复杂，常常困扰着施工现场的测量、地质工作者，尤其是在国外实施地质勘查工作，在日常工作中会经常需要进行不同坐标系间的坐标转换，有时甚至需要批量坐标转换。目前不同坐标系统之间的坐标转换通常采用的是局部转换参数，一般是在半径小于20km范围内，利用本地区3个公共已知点计算出七个转换参数 (,)，然后再进行不同椭球、坐标系之间其它坐标成果的相互转换。在实践过多种GPS数据处理软件后，认为TGO可以经济、快速、方便、准确地进行上述坐标转换计算，尤其是批量转换时，效率很高。TGO (Trimble Geomatics Office)是美国Trimble(天宝)公司开发的GPS数据处理系统，其主要功能是GPS基线处理、网平差。但软件包含的其它功能往往没有得到广泛应用，例如各种测量数据导入与导出、 空间数据转化与投影计算等，本文对这些功能进行了学习应用，总结出两种不同坐标系统之间的相互转换方法。以印度尼西亚塔里布亚岛的某矿产普查项目中的测量工作为例，应用TGO进行了当地椭球上的坐标正反算和WGS-84坐标成果与当地坐标系(INDNS123坐标)成果的转换。2 TGO软件坐标管理系统的有关设置在项目进行之前，首先要做的工作是搜集当地已有的测绘成果。在这里，我们主要是了解当地的椭球参数，所属的坐标系统等等，为下一步的转换做好准备工作。2.1 椭球的建立根据资料可知，当地坐标系统所用的椭球是Indonesian 1974和WGS-84，进入坐标管理器 (Coordinate System Manager)，两个椭球在TGO的坐标管理系统已经存在，可以直接调用；如果是TGO软件中未内置提供的参考椭球，则需根据该椭球的参数(长半轴和扁率)新建椭球。2.2 基准的建立在撰写本文之前，已经通过有关静态方法求得该区域的七个转换参数，故在此以“七参数”建立转换基准。当然也可以通过“Molodensky”、“多元回归”、“基准格网”等方法建立，具体方法可以参考有关资料。在“创建新的基准转换组”时输入名称INDNS123 (参考当地的中央子午线123E)，然后输入七参数。2.3 增加坐标系统组：输入INDNS123。增加坐标系统：投影方式选择横轴墨卡托投影，坐标系统加在INDNS123组内，投影带参数名称各项可以输入INDNS123，基准方法选择“七参数”，然后输入已经得到的七个转换参数；大地水准面模型选择EGM96(Global)；在投影属性对话框中输入中心维度 0、中心经度 123E、纵轴加常数10000000、横轴加常数 500000、尺度比0.9996(上述的有关参数均在当地的测绘部门搜集得到)，保存后退出。其它国家坐标系统与地区独立坐标系统建立雷同于INDNS123坐标系的建立。2.4 文本数据导入、导出格式设置 在导入导出其它文件对话框设置中，均增加以下三种自定义格式体：平面坐标文件格式： 名称，北坐标，东坐标，高程。大地坐标文件格式： 名称，纬度，经度，高程。WGS-84坐标文件格式：名称，WGS纬度，WGS经度，WGS高程。文件中经纬度输入格式样例：123.014431250E，1.133823033S3 坐标转换3.1同一个椭球上的坐标正反算下面以Indonesian 1974椭球 123带为例介绍高斯投影正算及反算坐标转换。新建项目选择坐标系统INDNS123导入大地坐标 (经纬度)数据文件导出高斯平面坐标数据文件。例如：导入的坐标为：纬度1.441150505S 经度124.272778248E导出的坐标为：北坐标9807990.823m 东坐标662145.129 m新建项目选择坐标系统INDNS123导入该投影带的高斯平面坐标数据文件导出大地坐标数据文件。例如：导入的坐标为：北坐标9808241.595m 东坐标662381.369m导出的坐标为：纬度1.440333311S 经度124.273541742E3. 2WGS-84坐标成果与当地坐标系(INDNS123坐标)成果的转换该项目主要是在印尼塔里布亚岛进行矿产普查及勘探，地质工作者所使用的测量设备一般都是手持GPS，显示坐标成果都是WGS-84椭球下的经纬度数据。施工中常需要把WGS-84坐标转化为当地直角坐标以方便使用，故在此本文选择WGS-84大地坐标转换为印度尼西亚当地坐标为例进行说明。新建项目选择坐标系统INDNS123导入WGS-84大地坐标。此处导入的数据文件为“.CSV” 格式的，如图1所示，所以在生成文件的时候需要注意。在导入数据后，在TGO工程项目里面会显示各个点的位置，如下图2所示。图1 WGS-84坐标文件格式Fig.1 The file layout of WGS-84 coordinates图2 TGO工程项目Fig.2 The TGO construction project在“文件”菜单下面，选择“导出”，选择预定义的平面坐标文件格式，即可将转换后的当地坐标保存到预置的“.CSV”格式文件下面，如图3所示。图3 当地坐标文件格式Fig.3 The file layout of local coordinates3.3 算例分析 在这里本文采用该测区控制网点坐标作为实验数据，将上述用TGO转换出的坐标，与用当地已知点起算并整体平差得出的坐标对比进行分析。采用网中的YQK1、YQK3、TIELING作为控制点，求得七参数为：DX(米)=495.204208 DY(米)=76.304767 DZ(米)=-550.981046 WX(秒)= -17.10580853WY(秒)=-6.53529412 WZ(秒)= -14.52733344 K= 3.6280313e-005取网中的其它8个点为测试点，对比情况下见表1。表1 TGO转换坐标与网平差坐标的对比Tab.1 The comparison between transformed coordinates and network adjustment coordinates点名TGO转换坐标网平差坐标差值X(m)Y(m)H(m)X(m)Y(m)H(m)X(m)Y(m)H(m)T19809803.402 661948.945 195.431 9809810.771 661954.701 199.651 -7.369 -5.756 -4.220 T29812487.397 662642.300 92.420 9812494.757 662648.047 96.639 -7.360 -5.747 -4.219 T39815939.406 662274.483 70.259 9815946.784 662280.230 74.437 -7.378 -5.747 -4.178 BM109815889.346 669977.358 69.380 9815896.703 669983.076 73.580 -7.357 -5.718 -4.200 T49811177.892 663534.790 87.568 9811185.259 663540.536 91.791 -7.367 -5.746 -4.223 T59808626.253 665702.993 137.772 9808633.624 665708.718 141.990 -7.371 -5.725 -4.218 T69809186.458 666877.536 99.251 9809193.850 666883.280 103.439 -7.392 -5.744 -4.188 T79812506.626 669243.779 95.816 9812514.002 669249.528 100.046 -7.376 -5.749 -4.230 由上表可以看出，作为实验的8个点中X最大值为7.392m，Y最大为5.756m，高程差值最大为4.23m，转换后得到的坐标差X、Y、H都较大，对于任何测量工作其精度都是不能接受的。然而得到的坐标值，其系统残差却都很稳定，所以，从理论上可以对转换后的坐标值再加上一个改正数，即坐标残差平均值(-,-,-)，可以提高转换后的坐标精度，对表1中转换后的坐标值加上坐标残差平均改正数（7.37125，5.7415，4.2095），将计算结果列于表2。表2 改正后的坐标与网平差坐标的对比Tab.2 The comparison between corrected coordinates and network adjustment coordinates点名TGO转换坐标网平差坐标差值X(m)Y(m)H(m)X(m)Y(m)H(m)X(m)Y(m)H(m)T19809810.773 661954.687 199.641 9809810.771 661954.701 199.651 -0.002 0.014 0.010 T29812494.768 662648.042 96.630 9812494.757 662648.047 96.639 -0.011 0.005 0.009 T39815946.777 662280.225 74.469 9815946.784 662280.230 74.437 0.007 0.005 -0.032 BM109815896.717 669983.100 73.590 9815896.703 669983.076 73.580 -0.014 -0.024 -0.010 T49811185.263 663540.532 91.778 9811185.259 663540.536 91.791 -0.004 0.004 0.013 T59808633.624 665708.735 141.982 9808633.624 665708.718 141.990 0.000 -0.017 0.008 T69809193.829 666883.278 103.461 9809193.850 666883.280 103.439 0.021 0.002 -0.022 T79812513.997 669249.521 100.026 9812514.002 669249.528 100.046 0.005 0.007 0.020 由表2我们可以看出，在加入坐标残差平均改正数后，坐标转换的误差明显降低了，这样的精度，可以满足一般测量工作的精度要求。但究竟为何会出现这样的系统差，是局部转换参数的不准确，还是TGO软件内部程序模块的原因，仍有待于验证解决。4结 语本文利用GPS数据处理系统TGO的拓展功能进行不同坐标系统间的坐标转换，解决了测绘与地质工作者遇见的两坐标系统数据不统一的问题；利用TGO建立的该转换模型可以利用7参数，很方便而且准确的把WGS-84坐标转换为当地的坐标，节省了大量的野外工作量。而且转换出的数据以文件保存，可以直接应用于数字测图软件或GIS软件，便于直接成图。随着GPS技术的发展和普及，利用GPS数据处理软件TGO的某些功能解决测量中的实际问题，具有广阔的应用前景。参考文献:1 刘大杰，施一民等，全球定位系统(GPS)的原理与数据处理M.上海：同济大学出版社，19962 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，20043 Trimble Navigation Limited. Trimble Geomatics Office TM用户指南-国际版(版本1.6) M /CD. USA: Trimble, 2002.4 郭固良，曾凡河，一种快速获取GPS控制网精确WGS-84坐标方法J,北京测绘，2006.03 5 徐仕琪，张晓帆，周可法，赵同阳，关于利用七参数法进行WGS-84和BJ-54坐标转换问题的探讨J, 测绘与空间地理信息，2007.10 The study of using TGO to realize transformation of foreign Coordinate SystemWu Min1 Zhao Yong1(1.Eastern China Mineral Exploration and Development Bureau for Non- ferrous Metals, Jiangsu Nanjing, 210007, China) Abstract: Daily work using GPS receivers in the global scope can receive WGS - 84 coordinate system of locating results, but this positioning dat