手持GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解和設(shè)置

1、手持gps坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解和設(shè)置【摘要】手持gps全球定位系統(tǒng)所提供的是wgs84 系統(tǒng)坐標(biāo)，而我國(guó)目前應(yīng)用的地形圖大多屬于北京54坐標(biāo) 系或西安80坐標(biāo)系，不同的坐標(biāo)系統(tǒng)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，求解 出dx、dy、dz、da、df這五個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)后并輸入gps中， 就可在gps儀器上自動(dòng)顯示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的北京54坐標(biāo)系（或 西安80）的坐標(biāo)值了。本文給出了轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解與設(shè)置方 法。【關(guān)鍵詞】gps；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；求解；設(shè)置1.前言導(dǎo)航型手持gps接收機(jī)目前已經(jīng)成為野外地質(zhì)工作者經(jīng) 常使用的定位儀器，既操作簡(jiǎn)單又便于攜帶，且定位精度可 滿足野外工作的需要。gps導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的是wgs84系統(tǒng) 坐標(biāo)，而

2、我國(guó)目前應(yīng)用的許多地形圖大多屬于北京54坐標(biāo) 系或西安80坐標(biāo)系，因?yàn)椴煌鴺?biāo)系之間存在著平移和旋 轉(zhuǎn)關(guān)系，對(duì)于同一點(diǎn)的坐標(biāo)，可能會(huì)有幾十米到上百米的差 異，于是就出現(xiàn)了如何把wgs84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為北京54或西 安80坐標(biāo)系的問(wèn)題。因此，要使手持gps所測(cè)量的數(shù)據(jù) （wgs84坐標(biāo)）轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo)（北京54或西安80）, 必須求出兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。只要計(jì)算出五個(gè)參數(shù)（dx、dy、dz、da、df）并輸入gps中，就可以在gps儀器 上自動(dòng)顯示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的北京54坐標(biāo)系(或西安80)的坐標(biāo) 值了。在實(shí)際應(yīng)用中，野外地質(zhì)工作者經(jīng)常遇到的棘手問(wèn)題即 是上述不同坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解問(wèn)題。

3、2.轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解2. 1三種常用坐標(biāo)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系、wgs84坐標(biāo)系這三個(gè) 坐標(biāo)系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)常用的，它們均采用不同的橢球基準(zhǔn) (橢球參數(shù)見(jiàn)表1)。北京54坐標(biāo)系屬三心坐標(biāo)系，大地原 點(diǎn)在原蘇聯(lián)的普而科沃，該坐標(biāo)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(zhǔn)；西安80坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)在陜西省西安西北 的永樂(lè)鎮(zhèn)，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)，橢球參數(shù)選用1975年國(guó)際大地 測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16界大會(huì)的推薦值，簡(jiǎn)稱iag75 地球橢球；wgs84坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向 bih1984. 0協(xié)議地極(ctp),該坐標(biāo)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(biāo)系。2. 2手持gps五參數(shù)的含義通常，我們使用的手持gps中有五個(gè)參數(shù)需要進(jìn)行設(shè)置, 即dx、dy、dz、da、df。它們代表的含義如下：(dx, dy, dz)：這三個(gè)參數(shù)是兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)平移參 數(shù)，即原坐標(biāo)系的原點(diǎn)在新坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)值（這里的 “原坐標(biāo)系”指的是wgs84坐標(biāo)系，“新坐標(biāo)系”指的是北 京54或西安80坐標(biāo)系）。da：原坐標(biāo)系統(tǒng)參考橢球體長(zhǎng)半軸與新坐標(biāo)系統(tǒng)參考橢 球體長(zhǎng)半軸之差（a原-a新）。df：原坐標(biāo)系統(tǒng)參考橢球體扁率與新坐標(biāo)系統(tǒng)參考橢球 體扁率之差（f原-f新）。兩個(gè)需要

5、轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)系統(tǒng)一旦確定以后（比如將wgs84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)），da、df即是常數(shù)，對(duì)于北京54 坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，da=-108, df=+0. 00000048,對(duì)于西安80坐標(biāo) 系來(lái)說(shuō)，da=-3, df=-0. 0000000025 （單位為 m）。dx, dy, dz三個(gè)參數(shù)在不同地區(qū)，其值是不同的。因此, 需要根據(jù)所處地區(qū)的若干個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)求解出這三個(gè)參 數(shù)的值。下面以北京54坐標(biāo)系為例，介紹求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的 方法。2.3收集已知控制點(diǎn)資料（1）首先在所處區(qū)域內(nèi)或附近收集已知點(diǎn)（等級(jí)點(diǎn)或 gps “b”級(jí)網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)）的坐標(biāo)。數(shù)量最好3個(gè)以上，分布要均 勻，點(diǎn)位要求最好是周圍無(wú)電磁

6、波干擾、視野開(kāi)闊、衛(wèi)星信 號(hào)要強(qiáng)。到當(dāng)?shù)販y(cè)繪管理部門收集或購(gòu)買這些點(diǎn)的北京54坐標(biāo)系的大地經(jīng)緯度（b、l）或高斯平面直角坐標(biāo)（x、y）,海 拔高程h,高程異常值e （即大地水準(zhǔn)面相對(duì)橢球面的高度） 以及相應(yīng)的wgs84坐標(biāo)系的大地經(jīng)緯度（b、l）,大地高程h。（2）如果只收集到了北京54坐標(biāo)，其相應(yīng)的wgs84坐標(biāo)可以通過(guò)gps測(cè)量來(lái)獲得。方法是：按照后文第3章“gps坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè) 置”中第3步敘述的“坐標(biāo)系統(tǒng)”選項(xiàng)設(shè)置為“wgs84”后, 對(duì)各已知控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定wgs84坐標(biāo)系下的b、l、h值，以 供下面計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)使用。2. 4各已知點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)的計(jì)算wgs84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京

7、54坐標(biāo)，實(shí)際上是兩個(gè)坐標(biāo)系的 空間三維直角坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。因此，首先要計(jì)算出各自的 三維直角坐標(biāo)。計(jì)算公式：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：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(duì)橢球面的高度，即通過(guò)gps定位就可觀測(cè)到的高 度值（北京54坐標(biāo)系為h+e ）e2二（a2-b2） /a2=2f-f2 , e 為第一偏心率a二橢球長(zhǎng)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(jì)算方法：根據(jù)收集到或測(cè)

8、量到的wgs84坐標(biāo)b、l、h和收集到的 北京54坐標(biāo)b、l、h （h+e ）分別代入以上公式，求出各已 知點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)x84、y84、z84和x54、y54、z54。如果收集到的北京54坐標(biāo)只是高斯平面直角坐標(biāo)（x、 y）,則需把平面直角坐標(biāo)（x、y）通過(guò)mapgis軟件（或其 它轉(zhuǎn)換軟件）轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)（b、l）后再代入上式。轉(zhuǎn)換 方法可參見(jiàn)mapgis軟件的幫助文件，這里不再贅述。 2.5轉(zhuǎn)換參數(shù)dx、dy、dz、da、df的計(jì)算各點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)分別求出來(lái)后，即可通過(guò)下式 計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)了。dx=x84-x54dy二y84-y54dz=z84-z54da=a84-a54 （北京54坐標(biāo)系，da二-108,西安80坐標(biāo)系，da二-3）df=f84-f54 （北京 54 坐標(biāo)系，df=+o. 00000048,西安 80坐標(biāo)系，df近似為0）將第2. 4節(jié)求得的各點(diǎn)三維直角坐標(biāo)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(gè)參 數(shù)是常數(shù)，dx、dy、dz三個(gè)參數(shù)可取其算術(shù)平均值作為轉(zhuǎn)換 參數(shù)。2. 6參數(shù)檢驗(yàn)dx、dy、dz、da、df五個(gè)參數(shù)求出后，即可輸入手持 gps中。為確保gps的測(cè)