手持GPS坐標系統(tǒng)轉換參數求解和設置

1、手持gps坐標系統(tǒng)轉換參數求解和設置【摘要】手持gps全球定位系統(tǒng)所提供的是wgs84 系統(tǒng)坐標，而我國目前應用的地形圖大多屬于北京54坐標 系或西安80坐標系，不同的坐標系統(tǒng)需要進行轉換，求解 出dx、dy、dz、da、df這五個轉換參數后并輸入gps中， 就可在gps儀器上自動顯示該點對應的北京54坐標系（或 西安80）的坐標值了。本文給出了轉換參數的求解與設置方 法。【關鍵詞】gps；坐標轉換參數；求解；設置1.前言導航型手持gps接收機目前已經成為野外地質工作者經 常使用的定位儀器，既操作簡單又便于攜帶，且定位精度可 滿足野外工作的需要。gps導航系統(tǒng)所提供的是wgs84系統(tǒng) 坐標，而

2、我國目前應用的許多地形圖大多屬于北京54坐標 系或西安80坐標系，因為不同坐標系之間存在著平移和旋 轉關系，對于同一點的坐標，可能會有幾十米到上百米的差 異，于是就出現了如何把wgs84坐標系轉換為北京54或西 安80坐標系的問題。因此，要使手持gps所測量的數據 （wgs84坐標）轉換為自己需要的坐標（北京54或西安80）, 必須求出兩個坐標系之間的轉換參數。只要計算出五個參數（dx、dy、dz、da、df）并輸入gps中，就可以在gps儀器 上自動顯示該點對應的北京54坐標系(或西安80)的坐標 值了。在實際應用中，野外地質工作者經常遇到的棘手問題即 是上述不同坐標系統(tǒng)轉換參數的求解問題。

3、2.轉換參數的求解2. 1三種常用坐標系統(tǒng)的簡要介紹北京54坐標系、西安80坐標系、wgs84坐標系這三個 坐標系統(tǒng)是當前國內常用的，它們均采用不同的橢球基準 (橢球參數見表1)。北京54坐標系屬三心坐標系，大地原 點在原蘇聯(lián)的普而科沃，該坐標系采用克拉索夫斯基橢球作 為參考橢球，高程系統(tǒng)采用正常高，以1956年黃海平均海 水面為基準；西安80坐標系的大地原點在陜西省西安西北 的永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點，橢球參數選用1975年國際大地 測量與地球物理聯(lián)合會第16界大會的推薦值，簡稱iag75 地球橢球；wgs84坐標系的原點位于地球質心，z軸指向 bih1984. 0協(xié)議地極(ctp),該坐標系是

4、使用更高精度的 vlbl、slr等成果而建立的，我們常用的手持gps定位即采 用wgs84坐標系。2. 2手持gps五參數的含義通常，我們使用的手持gps中有五個參數需要進行設置, 即dx、dy、dz、da、df。它們代表的含義如下：(dx, dy, dz)：這三個參數是兩坐標系的原點平移參 數，即原坐標系的原點在新坐標系中的三維坐標值（這里的 “原坐標系”指的是wgs84坐標系，“新坐標系”指的是北 京54或西安80坐標系）。da：原坐標系統(tǒng)參考橢球體長半軸與新坐標系統(tǒng)參考橢 球體長半軸之差（a原-a新）。df：原坐標系統(tǒng)參考橢球體扁率與新坐標系統(tǒng)參考橢球 體扁率之差（f原-f新）。兩個需要

5、轉換的坐標系統(tǒng)一旦確定以后（比如將wgs84 坐標轉換為北京54坐標），da、df即是常數，對于北京54 坐標系來說，da=-108, df=+0. 00000048,對于西安80坐標 系來說，da=-3, df=-0. 0000000025 （單位為 m）。dx, dy, dz三個參數在不同地區(qū)，其值是不同的。因此, 需要根據所處地區(qū)的若干個控制點坐標來求解出這三個參 數的值。下面以北京54坐標系為例，介紹求解坐標轉換參數的 方法。2.3收集已知控制點資料（1）首先在所處區(qū)域內或附近收集已知點（等級點或 gps “b”級網網點）的坐標。數量最好3個以上，分布要均 勻，點位要求最好是周圍無電磁

6、波干擾、視野開闊、衛(wèi)星信 號要強。到當地測繪管理部門收集或購買這些點的北京54坐標系的大地經緯度（b、l）或高斯平面直角坐標（x、y）,海 拔高程h,高程異常值e （即大地水準面相對橢球面的高度） 以及相應的wgs84坐標系的大地經緯度（b、l）,大地高程h。（2）如果只收集到了北京54坐標，其相應的wgs84坐標可以通過gps測量來獲得。方法是：按照后文第3章“gps坐標系統(tǒng)轉換參數的設 置”中第3步敘述的“坐標系統(tǒng)”選項設置為“wgs84”后, 對各已知控制點進行測定wgs84坐標系下的b、l、h值，以 供下面計算轉換參數時使用。2. 4各已知點的三維直角坐標的計算wgs84坐標轉換為北京

7、54坐標，實際上是兩個坐標系的 空間三維直角坐標的相互轉換。因此，首先要計算出各自的 三維直角坐標。計算公式：對于同一空間點，大地坐標系與空間直角坐標系有下列 轉換關系式：x二(n+h) cosbcosly= （n+h） cosbsinlz二n （l-e2） +hsinb其中：n=a/ （l-e2sin2b） 0.5 （橢球的卯酉圈曲率半徑）h二相對橢球面的高度，即通過gps定位就可觀測到的高 度值（北京54坐標系為h+e ）e2二（a2-b2） /a2=2f-f2 , e 為第一偏心率a二橢球長半軸b=橢球短半軸二a （1-f）f二扁率以上a、b、e2、f值參考表lo計算方法：根據收集到或測

8、量到的wgs84坐標b、l、h和收集到的 北京54坐標b、l、h （h+e ）分別代入以上公式，求出各已 知點的三維直角坐標x84、y84、z84和x54、y54、z54。如果收集到的北京54坐標只是高斯平面直角坐標（x、 y）,則需把平面直角坐標（x、y）通過mapgis軟件（或其 它轉換軟件）轉換為大地坐標（b、l）后再代入上式。轉換 方法可參見mapgis軟件的幫助文件，這里不再贅述。 2.5轉換參數dx、dy、dz、da、df的計算各點的空間三維直角坐標分別求出來后，即可通過下式 計算轉換參數了。dx=x84-x54dy二y84-y54dz=z84-z54da=a84-a54 （北京54坐標系，da二-108,西安80坐標系，da二-3）df=f84-f54 （北京 54 坐標系，df=+o. 00000048,西安 80坐標系，df近似為0）將第2. 4節(jié)求得的各點三維直角坐標值分別代入以上公 式，從而求出dx、dy、dz、da、df值，這里da、df兩個參 數是常數，dx、dy、dz三個參數可取其算術平均值作為轉換 參數。2. 6參數檢驗dx、dy、dz、da、df五個參數求出后，即可輸入手持 gps中。為確保gps的測