王清華

NGA MSP GEOTRANS在厄瓜多爾地質(zhì)勘查項目中的應(yīng)用

王清華

（中化地質(zhì)礦山總局 山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

國際一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)缺乏公共測量控制點(diǎn)資料，當(dāng)進(jìn)行精度要求不高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換任務(wù)時，采用MSP GEOTRANS軟件經(jīng)濟(jì)實(shí)用、數(shù)據(jù)可信、界面清晰、操作簡單、不用安裝軟件驅(qū)動，只要能上網(wǎng)就可使用，極大地方便了勘查工作的開展。

地質(zhì)勘查；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；MSP GEOTRANS；經(jīng)濟(jì)實(shí)用

0 引言

隨著國家“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施，地質(zhì)勘查單位參與境外礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)的機(jī)會越來越多，范圍也越來越廣。在眾多海外地質(zhì)勘查項目中，立項普查階段通常會涉及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，尤其是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系與WGS 84（World Geodetic System 1984 Coordinate System,1984年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。這個階段的轉(zhuǎn)換精度要求并不高，一般手持式GPS就可以滿足。但是，受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平或其他因素的影響，國外很多項目缺乏坐標(biāo)轉(zhuǎn)換所需的公共測量控制點(diǎn)資料，這就給項目的順利推進(jìn)帶來了困難。目前，國內(nèi)外一些文獻(xiàn)關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算還是基于應(yīng)用公共測量控制點(diǎn)。

MSP GEOTRANS是美國國家地理空間情報局（National Geospatial-Intelligence Agency，簡稱NGA）開發(fā)的一個功能強(qiáng)大的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序。它適用于各種坐標(biāo)系、地圖投影、網(wǎng)格和基準(zhǔn)面。截至目前，NGA MSP GEOTRANS不僅推出了若干種類型的桌面版和移動應(yīng)用版，還推出了網(wǎng)絡(luò)在線解算服務(wù)Web GEOTRANS。桌面版可以運(yùn)行在 Microsoft Windows，LINUX和UNIX Motif的環(huán)境。移動應(yīng)用版目前僅支持Android。相關(guān)資料顯示，NGA已經(jīng)計算出世界范圍內(nèi)100多個常用當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系到WGS 84的三參數(shù)或七參數(shù)［1］。這些參數(shù)可以被MSP GEOTRANS直接引用。另外，NGA發(fā)布的參數(shù)資料已被世界上眾多的地理信息軟件采用，如ArcGIS相關(guān)產(chǎn)品，Trimble的GPS數(shù)據(jù)處理軟件等。

本文以一厄瓜多爾地質(zhì)勘查普查項目坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為例，探討了在缺乏公共測量控制點(diǎn)資料時，如何用NGA MSP GEOTRANS軟件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。

1 地質(zhì)勘查項目概況

厄瓜多爾密斯齊羅馬地區(qū)的地勘普查項目 （以下簡稱厄瓜多爾項目）。當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門提供了當(dāng)?shù)?∶5萬地形圖，并給出了對應(yīng)的擬普查礦區(qū)的拐點(diǎn)平面坐標(biāo)。根據(jù)項目承擔(dān)部門的技術(shù)設(shè)計，在前期普查時，需要礦區(qū)拐點(diǎn)的WGS 84坐標(biāo)，以便實(shí)地踏勘時用手持式GPS接收機(jī)確定拐點(diǎn)的實(shí)地位置，要求經(jīng)、緯度值精確到1秒。因此，如何把當(dāng)?shù)氐钠矫孀鴺?biāo)轉(zhuǎn)換成WGS 84坐標(biāo)就成了迫切需要解決的問題。

2 地質(zhì)勘查項目區(qū)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的選擇［2～4］

目前，完成不同空間大地直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換可采用三參數(shù)法、Molodensky轉(zhuǎn)換法、七參數(shù)法、多于七參數(shù)法、多項式逼近法等。按大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換按精度指標(biāo)可以分為：（1）低精度轉(zhuǎn)換。主要用于大眾化導(dǎo)航服務(wù)，坐標(biāo)分量中誤差為5～10m。（2）中精度轉(zhuǎn)換。用于三維坐標(biāo)相似變換，坐標(biāo)分量中誤差為0.5～10m。（3）高精度轉(zhuǎn)換。主要用于地形圖圖廓線和坐標(biāo)網(wǎng)的變換，坐標(biāo)分量中誤差不超過0.5m。

本項目當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)向WGS 84轉(zhuǎn)換時，采用低精度轉(zhuǎn)換就可以滿足應(yīng)用要求。低精度轉(zhuǎn)換通常采用三參數(shù)法和Molodensky轉(zhuǎn)換法。

在衛(wèi)星定位應(yīng)用早期階段，由于大地坐標(biāo)系之間的關(guān)系還未能明確定義，并且數(shù)據(jù)本身的精度也不高，通常采用三參數(shù)法進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。該方法假定兩個大地坐標(biāo)系的直角坐標(biāo)軸相互平行。當(dāng)然，這種假設(shè)通常是不成立的。對于面積不大的局部地區(qū)，該假設(shè)引起的誤差可以忽略，一般小于數(shù)據(jù)的觀測精度。對石油或地質(zhì)勘探，在面積不大的勘探許可區(qū)內(nèi)，三參數(shù)轉(zhuǎn)換法一般能滿足精度要求。

Molodensky轉(zhuǎn)換法是莫洛金斯基（Molodensky）提出的相應(yīng)三參數(shù)直接轉(zhuǎn)換方法。它不經(jīng)空間直角坐標(biāo)的變換過程，就可以直接轉(zhuǎn)換不同參照系的坐標(biāo)。

三參數(shù)法公式為：

三參數(shù)法、Molodensky轉(zhuǎn)換法均需要3個平移轉(zhuǎn)換參數(shù)（ΔX，ΔY，ΔZ）。這3個平移轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定一般是通過公共點(diǎn)求取的。但是，厄瓜多爾當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門沒有提供這方面的資料。鑒于此，本項目選擇采用MSP GEOTRANS進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2.2 MSP GEOTRANS軟件的應(yīng)用

MSP GEOTRANS軟件的桌面版（如圖1所示）和在線解算服務(wù)Web GEOTRANS較為常用。兩者的區(qū)別為，在線解算服務(wù)為桌面版的簡化，其不支持自定義參數(shù)，精度估計和批量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

應(yīng)用MSP GEOTRANS軟件進(jìn)行厄瓜多爾項目坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時，先確定該項目提供拐點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，再應(yīng)用MSP GEOTRANS進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。因此，我們先請專業(yè)翻譯公司對圖件信息進(jìn)行翻譯，確定該項目的坐標(biāo)系統(tǒng)為 PROVISIONAL SOUTH AMERICAN 1956（以下簡稱PRP-E），地形圖投影方式為 UTM，位于 17帶。根據(jù) NGA.STND. 0036_1.0.0_WGS84發(fā)布的數(shù)據(jù)，該坐標(biāo)系到WGS 84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn) 換 參 數(shù) 為 ：Δa＝-251 m、Δf＝-0.14192702×10-4、ΔX＝-278 m、ΔY＝171 m、ΔZ＝-367 m。根據(jù)該參數(shù)，選取一個礦區(qū)拐點(diǎn)坐標(biāo)（9823000N，685000E）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)果為 （01 36 14.4S，079 20 21.4W）。

MSPGEOTRANS的桌面版的界面簡潔明了，分為菜單欄，工具條和上、下兩個窗口。上、下兩個窗口均可以錄入數(shù)據(jù)和顯示結(jié)果。此例首先在上窗口中選擇坐標(biāo)系“PRP-E”和坐標(biāo)格式“UTM”，錄入帶號并選擇“南／北”半球后，鍵入拐點(diǎn)坐標(biāo)。然后，點(diǎn)擊“Convert Upper→Lower”按鈕，完成轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換前，如果需要對結(jié)果進(jìn)行精度評估，還可以選擇“Sources”項，設(shè)定錄入坐標(biāo)的精度值90%的圓誤差（CE）為1m。本例輸出坐標(biāo)的水平精度估值為7m。90%的線性誤差 （LE），估計大地高度的垂直精度。90%的球形誤差（SE），估計地心和局部直角坐標(biāo)系的三維精度。另外，MSPGEOTRANS桌面版還支持批量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和用戶自定義參數(shù)。

圖1 MSP GEOTRANS軟件操作界面Fig.1 MSP GEOTRANS software operation interface

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性驗證［5］

本項目軟件轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性的驗證采用TBC軟件，與實(shí)地的吻合性采用Google Earth進(jìn)行驗證。

3.1 TBC內(nèi)置參數(shù)驗證

TBC（是Trimble Business Center的簡稱）軟件是美國Trimble導(dǎo)航有限公司推出的用于GPS靜態(tài)和動態(tài)測量數(shù)據(jù)處理的著名商業(yè)軟件，在我國有著廣泛的應(yīng)用。在軟件的“坐標(biāo)系統(tǒng)管理器”里已經(jīng)內(nèi)置了NGA發(fā)布的參數(shù)（如圖2所示）。Trimble公司開發(fā) Molodensky轉(zhuǎn)換的初衷是為了降低在執(zhí)行近似基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時所需要的人工計算步驟和復(fù)雜性。Molodensky基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換可定義從WGS 84橢球原點(diǎn)到當(dāng)?shù)貦E球原點(diǎn)移動或從當(dāng)?shù)貦E球原點(diǎn)到WGS 84橢球原點(diǎn)移動時在X、Y、Z方向的轉(zhuǎn)換。它提供的轉(zhuǎn)換精度在5～10m內(nèi)。

圖2 TBC軟件內(nèi)置參數(shù)輸入界面Fig.2 TBC software built-in parameter input interface

TBC軟件具體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換步驟為：（1）進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置。具體設(shè)置系統(tǒng)為UTM，區(qū)為17 South，基準(zhǔn)為Prov SAD 1956（Ecuador）。（2）自定義數(shù)據(jù)導(dǎo)入格式。建議為文本格式“［名稱］，［東坐標(biāo)］，［北坐標(biāo)］，［高程］”，本項目中高程數(shù)據(jù)按“0”輸入即可。（3）導(dǎo)入格網(wǎng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，導(dǎo)出WGS 84坐標(biāo)。格式也可以自定義，建議為文本格式“［名稱］，［WGS緯度］，［WGS經(jīng)度］，［WGS高程］”。

經(jīng)過驗證，TBC導(dǎo)出結(jié)果與MSP GEOTRANS及Web GEOTRANS結(jié)果一致。

3.2 虛擬地球儀軟件（GoogleEarth）驗證

Google Earth是一款由Google公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上。Google Earth提供了全球許多地區(qū)的高精度，高分辨率影像。在厄瓜多爾項目區(qū)內(nèi)，Google Earth影像清晰，分辨率較好，完全能滿足驗證要求。具體的驗證步驟為：（1）從該項目收集的當(dāng)?shù)氐匦螆D上圖解特征點(diǎn)的格網(wǎng)坐標(biāo)。特征點(diǎn)的選取要考慮時間跨度，一般選擇河流交匯點(diǎn)、河流拐彎點(diǎn)、道路交叉點(diǎn)、道路拐彎點(diǎn)、橋梁等。（2）應(yīng)用MSP GEOTRANS把格網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成WGS 84坐標(biāo)。（3）把得到的WGS 84坐標(biāo)通過“新建地標(biāo)”的方式標(biāo)記到Google Earth影像上進(jìn)行判讀。

通過判讀，圖解點(diǎn)與實(shí)地吻合，由此驗證MSP GEOTRANS轉(zhuǎn)換結(jié)果準(zhǔn)確可信。

4 結(jié)語

通過厄瓜多爾項目，我們發(fā)現(xiàn)，對于缺乏當(dāng)?shù)毓矞y量控制點(diǎn)資料、精度要求不高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換任務(wù)，MSP GEOTRANS簡潔易用，數(shù)據(jù)可信。特別是其在線解算服務(wù)Web GEOTRANS，由于界面更簡潔，操作簡單，不用安裝，只要有網(wǎng)絡(luò)就可使用，極大地方便了工作開展。

由于應(yīng)用MSP GEOTRANS的轉(zhuǎn)換一般為直接采用已知參數(shù)轉(zhuǎn)換，缺乏實(shí)地測量控制點(diǎn)的驗證。因此要特別注意一下幾個方面：（1）對轉(zhuǎn)換涉及的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的名稱，采用的橢球，坐標(biāo)投影方式，點(diǎn)所在的投影帶等關(guān)鍵信息一定要明確。（2）NGA發(fā)布的參數(shù)中，部分國家或地區(qū)的三參數(shù)精度較低。應(yīng)用MSP GEOTRANS精度估算功能對部分或重要點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果精度進(jìn)行估算，看是否能達(dá)到應(yīng)用要求。（3）通過Google Earth或其他手段對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確性驗證。

［1］National Geospatial-Intelligence Agency.Department of Defense W orld Geodetic System 1984：Its Definition and Relationships w ith Local Geodetic Systems［R］. NGA STND.0036_1.0.0_WGS84.2014.

［2］魏二虎，黃勁松.GPS測量操作與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2004：261-300.

［3］李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005：227-258.

［4］王清華，邢小軍.TGO軟件在多種測量成果需求中的應(yīng)用［J］.西北水電，2010，（6）：10-12.

［5］Roger Foster and Dan Mullaney（SNAC）.Conversions and Transformations ［EB／OL］.http：／／earth-info.nga. mil／GandG／coordsys／geoarticles／pdfs／Article018_Conversions_and_Transformations.pdf.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

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1008-486X（2015）03-0032-03

2015-04-15

王清華（1980-），男，山東沂源人，高級工程師，主要從事地質(zhì)測繪方面的工作及研究。