基于TGO 的坐标转换方法探讨

杨永平 刘慧玲 杨飞雷

(1.云南省电力设计院，云南昆明 650051;2.北方自动控制技术研究所，山西太原 030006)

GPS具有全天候作业、测量精度高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作方便等特点，已广泛应用于水利、交通、电力、海洋、物探等多个领域。然而，每一位接触GPS测量技术的人员均会碰到坐标转换的问题。解决坐标转换问题，国内外相关GPS数据处理软件层出不穷，但每种软件在数据处理过程中都有各自的优势和不足。笔者在实践应用中发现TGO在测量坐标转换方面具有较强的功能，然而大多应用人员往往主要应用基线解算和网平差功能，而对TGO的某些坐标转换扩展功能涉及较少。

1 TGO建立坐标系统

1.1 TGO软件

Trimble Geomatics Office(简称TGO)1.63是美国Trimble公司研制开发的GPS数据处理软件包，是目前用于处理Trimble公司系列大地型GPS接收机的测量数据的首选软件，具有作业计划、数据传输、基线解算、网平差、坐标转换、GIS数据采集和传输及测量项目的管理等功能。在一个项目中，可以同时完成对Trimble GPS的RTK数据、后处理的GPS观测数据和常规测量数据以及其他品牌的GPS数据(RINEX)进行处理。用户在组织施工时有很大的自由空间，可以是动态，也可以是静态;可以是 GPS，也可以是全站仪。总之，TGO软件具有界面友好、使用方便、功能强大、自动化程度高、结果可靠及开放性等特点，使其在测绘及相关领域得到了广泛应用。

1.2 坐标系统建立

坐标系统主要有北京54、西安80、西安2000、WGS-84和地方坐标系。下面以北京54坐标系统和99度带为例来说明如何利用TGO的“Coordinate System Manager”功能建立坐标系统。

(1)增加椭球:输入椭球名称 BJ54、长半轴6378245、扁率 298.3。

(2)增加基准转换:选择“Molodensky…”，创建新的基准转换组，输入BJ54-99。

(3)增加坐标系统组:输入BJ54-99。

(4)增加坐标系统:选择“横轴墨卡托投影(T)…”;坐标系统加到BJ54-99;投影带参数输入BJ54-99;在“投影”窗口中心纬度输入0，中心经度输入99，纵轴加常数输入0，横轴加常数输入500000，尺度比输入1。

2 坐标转换方法

2.1 同一椭球的坐标转换

以坐标系统BJ54-99为例，即新建项目，选择坐标系统为BJ54-99。

(1)高斯投影正算

单点处理模式:

首先，选择菜单“插入(I)点(P)…”，在“插入点”窗口输入名称和当地坐标(纬度，经度，高度)。然后，双击点名，在“属性”窗口选择“网格”坐标类型，所显示(北坐标，东坐标，高程)即为该点高斯投影正算坐标。

批量处理模式:

首先，选择项目栏“导入其他测量软件自定义”中的“名称，纬度，经度，高度，代码 (地方)”，导入大地坐标数据文件。然后，选择项目栏“导出点，北，东，高程，代码自定义”中的“名称，北，东，高程，代码”，导出网络坐标数据文件。当然，也可通过菜单“报告(R)附加报告…(A)”中的“点”导出网格坐标。

(2)高斯投影反算

单点处理模式:

类似高斯投影正算单点处理模式，只需在“插入点”窗口改为网格坐标(北坐标，东坐标，高程)，在“属性”窗口选择“当地”坐标类型即可。

批量处理模式:

类似高斯投影正算批量处理模式，只需导入网络坐标数据文件，导出大地坐标数据文件即可。

(3)换带计算

换带计算功能可实现任意带坐标系统转换，下面以坐标系统BJ54-99和BJ54-102为例。

新建坐标系统BJ54-102;

在BJ54－99坐标系统模式下，单点插入网格坐标或批量导入网络坐标数据文件;

在“项目属性”窗口，改变坐标系统为BJ54-102，即完成了换带计算。

2.2 不同椭球的坐标转换

(1)利用“坐标转换和高程平差”功能

以坐标系统BJ54-99转换XA80-99为例。

在BJ54-99坐标系统模式下，批量导入网络坐标数据文件;

在“项目属性”窗口，改变坐标系统为XA80-99，以单点插入或批量导入3个以上对应BJ54-99坐标系统的同名已知XA80-99网格坐标;

选择菜单“测量(U)坐标转换(T)…”，点击“点列表(L)…”按钮，在“坐标转换－点列表”窗口插入已知公共点(包括点名、当前坐标、已知坐标)，检查平面转换精度合格后确认;

同理，选择菜单“测量(U)高程平差(E)…”，在“高程平差－点列表”窗口插入上述公共点的当前高程和已知高程，检查高程转换精度合格后确认;

导出XA80-99网格坐标数据文件。

(2)利用“静态解算”功能

以WGS-84大地坐标转换BJ54-99为例，该法就是平时大家应用较多的TGO静态解算功能，其操作流程简述如下:

①导入数据。在WGS－84椭球模式下，导入“测量控制器DC文件、DAT文件、RINEX文件”静态观测数据。

②基线解算，直到“比率、参考变量、RMS及环闭合差”四项指标均满足要求。

③网平差，包括无约束平差和约束平差。先进行无约束平差，然后改变坐标系统为BJ54－99，再增加已知点进行约束平差。

④导出BJ54-99网格坐标数据文件。

2.3 地方坐标系间的转换

(1)利用“坐标转换和高程平差”功能

有些地方采用当地坐标系，对坐标系所属的椭球参数和投影中央子午线完全未知，比如2004昆明坐标系和昆明87城建坐标系，象这两种坐标系之间的转换，可在TGO先假定某一椭球(比如WGS-84、BJ54)模式，利用“坐标转换和高程平差”功能完成。

(2)利用“点校正”方法

点校正方法包括三参数点校正和七参数点校正，两种点校正方法类似，现以三参数点校正为例。点校正与静态解算中的约束平差相比，不需要确定地方坐标系的地方独立椭球和投影带中央子午线，只需至少两个属于地方坐标系的已知坐标就可以完成坐标转换工作，既方便，又快捷，给工程上大量使用GPS建立控制网的内业计算带来了诸多便利。详细操作流程如下:

①在WGS-84椭球模式下，批量导入WGS-84大地坐标数据文件;或在TGO无约束平差控制网状态。

②单点插入或批量导入2个以上已知地方公共点，且公共点应均匀分布，能基本覆盖整个转换数据区域。

③选择菜单“测量(U)GPS点校正…”，在“GPS点校正”窗口分别勾选“更新缺省投影起点(U)、水平平差(H)、垂直平差(V)”。

④在“GPS点校正－点列表”窗口插入2个以上公共点(GPS点、网格点)，检查计算残差满足要求后确认。

⑤导出地方网格坐标数据文件。

3 工程算例

在某500 kV超高压输电线路工程航外中，布设一条带GPS静态观测控制网，包含149个GPS观测点，其中联测6个GPSC级点作为起算数据。由于GPSC级点具有BJ54-99和XA80-99双套坐标，因此可利用TGO的静态解算功能进行基线解算和网平差，使得控制网全部GPS观测点具有BJ54-99和XA80-99双套坐标。

现将149个GPS观测点的BJ54-99坐标进行坐标转换，重新得到一套XA80-99坐标，与静态解算所得XA80-99坐标进行比较，随机选取20个坐标比较结果列于表1。由表1可知，两种不同椭球坐标转换方法一致性非常好，尤其平面位置完全吻合，高差也均小于1 cm，对于一般工程应用而言，可以满足规范要求。

表1 两种不同椭球坐标转换方法比较

4 结束语

利用TGO的坐标转换模块及其拓展功能进行不同坐标系统间的坐标转换，不仅可以解决测绘同仁常见的坐标转换问题，而且批量转换得到的数据可以直接导入数字测图软件或GIS软件，便于直接成图与后续应用。

[1]刘大杰，施一民，过静珺.全球定位系统(GPS)原理与数据处理[M］.上海:同济大学出版社，1996

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[3]张凤举，邢永昌.矿区控制测量[M］.北京:煤炭工业出版社，1987

[4]杨国清.控制测量学[M］.郑州:黄河水利出版社，2005

[5]张述清，李永云.地方独立坐标系统的建立及其实现[J］.测绘工程，2007(4)

[6]王解先，王 军，陆彩萍.WGS-84与北京54坐标的转换问题[J］.大地测量与地球动力学，2003(3)

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