GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法

1、GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法來(lái)源：鼎星科技 時(shí)間：2008-03-23 【摘要】GPS衛(wèi)星星歷是以WGS-84大地坐標(biāo)系為根據(jù)而建立的，所以手持GPS使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。我國(guó)目前使用的是1954年北京坐標(biāo)系或1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系，因此必須求出WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到54北京坐標(biāo)系或80國(guó)家坐標(biāo)系的參數(shù)。本文介紹的就是我們?cè)趯?shí)際工作中求解該參數(shù)的方法?！娟P(guān)鍵詞】手持GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)概述目前，市面上出售的手持GPS所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)基本都是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，而我們使用的地圖資料大部分都屬于1954年北京坐標(biāo)系或1980年西安國(guó)家大地坐標(biāo)系。不同的坐標(biāo)系統(tǒng)給我們的使用

2、帶來(lái)了困難，于是就出現(xiàn)了如何把WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系或1980西安國(guó)家大地坐標(biāo)系上來(lái)的問(wèn)題。大家知道，不同坐標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，要使手持GPS所測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo)，必須求出兩個(gè)坐標(biāo)系（WGS-84和北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系）之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換有七參數(shù)法、五參數(shù)法、和三參數(shù)法。七參數(shù)法一般用于轉(zhuǎn)換精度要求較高的計(jì)算，而手持GPS接收機(jī)內(nèi)部設(shè)置的是五參數(shù)法，因此只要用戶計(jì)算出五個(gè)參數(shù)（DX、DY、DZ、DA、DF）并按提示輸入即可在儀器上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。下面以1954北京坐標(biāo)系為例，求手持GPS接收機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換五個(gè)參數(shù)的方法。計(jì)算流程見(jiàn)下

3、圖： 一收集測(cè)區(qū)高等級(jí)控制點(diǎn)資料在應(yīng)用手持GPS接收機(jī)觀測(cè)的區(qū)域內(nèi)找出三個(gè)以上分布均勻的等級(jí)點(diǎn)（精度越高越好）或GPS“B”級(jí)網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)，點(diǎn)位最好是周圍無(wú)電磁波干擾，視野開(kāi)闊，衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)。并到測(cè)繪管理部門(mén)抄取這些點(diǎn)的54北京坐標(biāo)系的高斯平面直角坐標(biāo)(x、y)，大地經(jīng)緯度（B、L），高程h ，高程異常值和WGS-84坐標(biāo)系的大地經(jīng)緯度（B、L），大地高H。二直接用手持GPS測(cè)定已知點(diǎn)B、L、H值若同時(shí)收集到北京坐標(biāo)系x、y、B、L、h、值和WGS-84坐標(biāo)系B、L、H值，則不需此步驟。用戶如果收集到的只是54北京坐標(biāo)，必須進(jìn)行此步工作。由于WGS-84坐標(biāo)系與我國(guó)坐標(biāo)系之間的平面

4、差異較大，要消除這個(gè)誤差，應(yīng)借助收集到的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算，此時(shí)應(yīng)在收集到的高等級(jí)控制點(diǎn)上分別測(cè)量B、L、H值（即WGS-84坐標(biāo)），供計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)使用。 三計(jì)算三維直角坐標(biāo)X、Y、Z 大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下圖。對(duì)于同一空間點(diǎn)，大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系有下列轉(zhuǎn)換關(guān)系式： （3-1）  其中，N=A/（1-E2sin2B）1/2，1954北京坐標(biāo)系的大地高H=h+，X、Y、Z為大地坐標(biāo)系中的三維直角坐標(biāo)，A為大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球之長(zhǎng)半軸，E為大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)第一偏心率，F(xiàn)為大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)之扁率，N為該點(diǎn)的卯酉圈曲率半徑

5、。根據(jù)測(cè)量到的大地坐標(biāo)值BWGS84、L WGS84、H WGS84和收集到的BBJ54、LBJ54、HBJ54分別代入公式（3-1）求得三維直角坐標(biāo)X1、Y1、Z1和X2、Y2、Z2。如果收集到的只是高斯平面直角坐標(biāo)（x,y），則應(yīng)把平面直角坐標(biāo)（x,y）代入高斯投影反算公式（3-2）求出大地坐標(biāo)值（B，L）再代入式（3-1）求X2、Y2、Z2，此時(shí)（3-2） 式中不同坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的橢球參數(shù)見(jiàn)下表：項(xiàng)目 WGS-84 北京54 西安80 長(zhǎng)半軸A 6378137 M 6378245 M

6、 6378140 M 第一偏心率平方E2 0.00669437999013 0.006693427 0.006694385 扁率F 1/298.257223563 1/298.3 1/298.257 四求五個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)DX、DY、DZ、DA、DF（4-1） 上述函數(shù)模型是把WGS-84坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)原點(diǎn)平移到1954北京坐標(biāo)系的原點(diǎn)，用1954北京坐標(biāo)系的橢球參數(shù)重算以達(dá)到兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法。(注：手持GPS存儲(chǔ)的是WGS-84大地坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到用戶坐標(biāo)系后顯示的是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換

7、后的坐標(biāo)值)把第三步求得的兩組三維直角坐標(biāo)值分別代入（4-1）式，求出DX、DY、DZ、DA、DF值。一旦需轉(zhuǎn)換的兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)確定以后，DA、DF是常值，但是DX、DY、DZ對(duì)于不同地區(qū)有不同的值。五參數(shù)檢驗(yàn)DX、DY、DZ、DA、DF五個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)求出后，必須按提示分別輸入手持GPS，同時(shí)輸入測(cè)區(qū)中央子午線經(jīng)度。E代表東經(jīng)，投影比例參數(shù)為1.00000，東西偏差為500000m，南北偏差為0，并設(shè)單位為米。輸入這些參數(shù)后，應(yīng)拿到實(shí)地檢測(cè)，檢驗(yàn)這五個(gè)參數(shù)是否正確。方法是，在野外選定視野開(kāi)闊、GPS接收信號(hào)強(qiáng)的特征點(diǎn)（如線狀地物交叉點(diǎn)、獨(dú)立地物等），最好是埋石控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后找出這些點(diǎn)的理論坐

8、標(biāo)與之比較。如比較結(jié)果超過(guò)儀器標(biāo)稱精度，則應(yīng)重新測(cè)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。下面是我們?cè)诤映厥袊?guó)際疫苗研究所“DOMI傷寒Vi疫苗國(guó)際合作項(xiàng)目研究” 項(xiàng)目中，測(cè)量GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖時(shí)，對(duì)手持GPS進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)的結(jié)果。 檢測(cè)坐標(biāo)比較表：特征點(diǎn) 實(shí)測(cè)Y 實(shí)測(cè)X 已知Y 已知X Y X  1 3051 1948 3052 1946 1.0 -2.0 2.2 2 3044 1956 3044&#

9、160;1954 0.0 -2.0 2.0 3 3039 1952 3038 1949 -1.0 -3.0 3.2 4 3045 1942 3047 1942 2.0 0.0 2.0 5 3196 2058 3200 2053 4.0 -5.0 6.4 6 3001 2232 3103 2229 2.0 -3.0 3.6 7 3139 2196 3142 2193 3.0 -3.0 4.2 從上表可以看出，最大點(diǎn)位誤差，最小點(diǎn)位誤差，點(diǎn)位誤差并不大，以目前市面上出售的手持GPS（標(biāo)稱的單機(jī)定位精度一般為10-15米）來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有進(jìn)行差分的情況下，達(dá)到這種精度，應(yīng)該說(shuō)還是比較高的。而我們上述轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解結(jié)果僅是在圖根點(diǎn)上進(jìn)行，如果在GPS B級(jí)網(wǎng)點(diǎn)上進(jìn)行求解，相信精度會(huì)更高。主要參考文獻(xiàn)1GARMI