gps測量中坐標系統(tǒng)、坐標系的轉換過程

PAGEPAGE1GPS測量中坐標系統(tǒng)、坐標系的轉換過程摘要：GPS在測量領域得到了廣泛的應用，本文介紹將GPS所采集到的WGS-84坐標轉換成工程所需的坐標的過程。關鍵詞：GPS坐標系統(tǒng)坐標系轉換一、概述GPS及其應用GPS即全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。作為新一代的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已成為在航空、航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信氣象等所有的領域中一種被廣泛采用的系統(tǒng)。我國測繪部門使用GPS也近十年了，它最初主要用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級的測量控制網(wǎng)，現(xiàn)在它除了繼續(xù)在這些領域發(fā)揮著重要作用外還在測量領域的其它方面得到充分的應用，如用于各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影測量、海洋測量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。GPS以測量精度高;操作簡便，儀器體積小，便于攜帶;全天候操作;觀測點之間無須通視;測量結果統(tǒng)一在WGS84坐標下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)、高效益等顯著特點,贏得廣大測繪工作者的信賴。二、GPS測量常用的坐標系統(tǒng)1．WGS-84坐標系WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標系統(tǒng)的。WGS-84坐標系統(tǒng)的全稱是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐標系-84），它是一個地心地固坐標系統(tǒng)。WGS-84坐標系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當時GPS所采用的坐標系統(tǒng)―WGS-72坐標系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標系統(tǒng)。WGS-84坐標系的坐標原點位于地球的質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點，Y軸與X軸和Z軸構成右手系。采用橢球參數(shù)為：a=6378137mf=1/298.2572235632．1954年北京坐標系1954年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標系，是一種參心坐標系統(tǒng)。該坐標系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標系。該坐標系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：a=6378245mf=1/298.3。我國地形圖上的平面坐標位置都是以這個數(shù)據(jù)為基準推算的。3．地方坐標系（任意獨立坐標系）在我們測量過程中時常會遇到的如一些某城市坐標系、某城建坐標系、某港口坐標系等，或我們自己為了測量方便而臨時建立的獨立坐標系。三、坐標系統(tǒng)的轉換在工程應用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標系數(shù)據(jù),而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標系或是地方（任意）獨立坐標系為基礎的坐標數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標轉換到BJ-54坐標系或地方（任意）獨立坐標系。目前一般采用布爾莎公式（七參數(shù)法）完成WGS-84坐標系到北京54坐標系的轉換，得到北京54坐標數(shù)據(jù)。XBJ54=XWGS84+KXWGS84+Δx+YWGS84ξZ＂/ρ＂－ＺＷＧＳ８４ξＹ＂/ρ＂YBJ54=YWGS84+KYWGS84+ΔY-XWGS84ξZ＂/ρ＂+ＺＷＧＳ８４ξX＂/ρ＂ZBJ54=ZWGS84+KZWGS84+ΔZ+XWGS84ξY＂/ρ＂－ＺＷＧＳ８４ξX＂/ρ＂四、坐標系的變換同一坐標系統(tǒng)下坐標有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實際上就是一種坐標系。如空間直角坐標系（X，Y，Z）、大地坐標系（B，L）、平面直角坐標（x,y）等。通過坐標統(tǒng)的轉換我們得到了BJ54坐標系統(tǒng)下的空間直角坐標，我們還須在BJ54坐標系統(tǒng)下再進行各種坐標系的轉換，直至得到工程所需的坐標。1．將空間直角坐標系轉換成大地坐標系，得到大地坐標(B,L)：L=arctan(Y/X)B=arctan{(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐標（B，L）2．將大地坐標系轉換成高斯坐標系，得到高斯坐標（x,y）按高斯投影的方法求得高斯坐標，x=F1(B,L),y=F2(B,L)3．將高斯坐標系轉換成任意獨立坐標系，得到獨立坐標（x’,y’）在小范圍內測量，我們可以將地面當作平面，用簡單的旋轉、平移便可將高斯坐標換成工程中所采用坐標系的坐標(x’,y’)，x’=xcosα+ysinαy’=ycosα-xsinα五、小結由于GPS測量的種種優(yōu)點，GPS定位技術現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測量手段成為了主要的技術手段，市面上出現(xiàn)了許多轉換軟件和不同型號的GPS數(shù)據(jù)處理配套軟件（包含了怎樣將GPS測量中所得到的WGS-84轉換成工程中所須坐標的功能），萬變不離其宗，只要我們明白了WGS-84轉換到獨立坐標系的轉換過程，便可很容易的使用該軟件了，甚至可以自己編寫程序，將WGS-84坐標轉換成獨立坐標系坐標。本文主要是介紹坐標系統(tǒng)、坐標系的轉換過程，文中提及的符號及具體轉換方法請參閱相關文獻。參考文獻[1]徐紹銓等．GPS測量原理及應用(3S叢書)．武漢測繪科技大學