關(guān)于gps測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用研究

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1、關(guān)于GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用研究［摘要］在GPS測量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，也稱固定坐標(biāo)系統(tǒng)。大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)是進(jìn)行國家大地測量或城市勘測設(shè)計(jì)所采用的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。在工程放樣過程中因測量條件、設(shè)計(jì)要求、工程特點(diǎn)，為了利用兩個(gè)不同坐標(biāo)的測量成果，往往需要進(jìn)行施工獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)與大地測量系統(tǒng)的相互換算。本文主要介紹了我國GPS常有坐標(biāo)系統(tǒng)和投影的方式，并對其模型應(yīng)用做一簡單介紹。［關(guān)鍵字］GPS測量測量投影坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)用分析［中圖分類號］P2［文獻(xiàn)碼］B［文章編

2、號］1000-405X(2013)-3-107-11GPS測量理論概述介紹GPS即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，現(xiàn)已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個(gè)方面。相對于常規(guī)測量來說，GPS測量具有測量精度高、測站間無需通視、觀測時(shí)間短、儀器操作簡便、全天候作業(yè)、可提供三維坐標(biāo)等特點(diǎn)。大大地提高了測量效率和精度。但是由于坐標(biāo)系統(tǒng)的不同，面臨著大量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。對GPS技術(shù)的推廣使用造成了一定的障礙。1GPS測量常用坐標(biāo)投影分析高斯-克呂格(G

3、auss-Kruger)投影簡稱"高斯投影"，又名”等角橫切橢圓柱投影”，設(shè)想用一個(gè)橢圓柱橫切于橢球面上投影帶的中央子午線，按上述投影條件，將中央子午線兩側(cè)一定經(jīng)差范圍內(nèi)的橢球面正形投影于橢圓柱面。將橢圓柱面沿過南北極的母線剪開展平，即為高斯投影平面。取中央子午線與赤道交點(diǎn)的投影為原點(diǎn)，中央子午線的投影為縱坐標(biāo)x軸，赤道的投影為橫坐標(biāo)y軸，構(gòu)成高斯克呂格平面直角坐標(biāo)系。高斯-克呂格投影在長度和面積上變形很小,中央經(jīng)線無變形，自中央經(jīng)線向投影帶邊緣，變形逐漸增加,變形最大之處在投影帶內(nèi)赤道的兩端。為了限制高斯投影中長度變形，按一定經(jīng)差將地球橢

4、球面劃分成若干投影帶。高斯-克呂格投影是按分帶方法各自進(jìn)行投影，故各帶坐標(biāo)成獨(dú)立系統(tǒng)。以中央經(jīng)線投影為縱軸(x),赤道投影為橫軸(y),兩軸交點(diǎn)即為各帶的坐標(biāo)原點(diǎn)?？v坐標(biāo)以赤道為零起算，赤道以北為正，以南為負(fù)。我國位于北半球，縱坐標(biāo)均為正值。2GPS測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)分析3.1WGS-84坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐標(biāo)系-84）,它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)oWGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國國防部制圖局

5、建立，于1987年取代了當(dāng)時(shí)GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一WGS-72坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)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(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。3.21954年北京坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標(biāo)系，是一種參心坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。該坐標(biāo)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二6378245mf二1/298.3o我國地形圖上的平

6、面坐標(biāo)位置都是以這個(gè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)推算的。3.3地方坐標(biāo)系（任意獨(dú)立坐標(biāo)系）在我們測量過程中時(shí)常會遇到的如一些某城市坐標(biāo)系、某城建坐標(biāo)系、某港口坐標(biāo)系等，或我們自己為了測量方便而臨時(shí)建立的獨(dú)立坐標(biāo)系。4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的應(yīng)用及分析（1）同一基準(zhǔn)下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算。同一基準(zhǔn)下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題實(shí)質(zhì)上是不同表達(dá)形式坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，直接利用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模型就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換計(jì)算。(2)不同基準(zhǔn)下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算。先要利用控制網(wǎng)中多于必要個(gè)數(shù)的重合點(diǎn)，采用最小二乘嚴(yán)密平差解算轉(zhuǎn)換參數(shù)，這些重合點(diǎn)具有可靠性、精度高，在控制網(wǎng)中分布均勻、覆蓋的范圍大，建立具體的轉(zhuǎn)換模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)

7、其它控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)換計(jì)算，并用和重合點(diǎn)的距離定權(quán)對公共點(diǎn)加以配置，解決轉(zhuǎn)換前后坐標(biāo)不完全一致的矛盾。(2)測量實(shí)踐中的坐標(biāo)正反算。數(shù)學(xué)上講，這是極坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)之間的換算，應(yīng)用公式即可實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間邊長、方位角和坐標(biāo)的相互換算，正算的關(guān)鍵是推算方位角，反算的關(guān)鍵是判斷方位角所屬象限。(3)換帶計(jì)算。換帶計(jì)算是相同基準(zhǔn)下不同投影帶的高斯平面直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算，目前換帶計(jì)算均采用高斯投影正、反算公式來完成，具體步驟為：由第一投影帶的高斯平面直角坐標(biāo)(x,y)按公式求出該點(diǎn)在橢球面上的大地坐標(biāo)(B,L),再根據(jù)第二投影帶的軸子午線經(jīng)度以及該點(diǎn)反算

8、出的(B,L)按公式，求出該點(diǎn)在第二帶的高斯平面直角坐標(biāo)(x,y)o(4)54國家大地坐標(biāo)、80國家大地坐標(biāo)、WGS一84地心大地坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算。這是不同基準(zhǔn)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，直