GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)及相互轉(zhuǎn)換

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1、GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換摘要：本文GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)，以及GPS靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量屮坐標(biāo)變換的參數(shù)和方法。關(guān)鍵詞：GPS；坐標(biāo)系統(tǒng)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換GPS(GlobalPositioningSystem)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)方而。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)。大人地提高了測量效率和精度。但是由于坐標(biāo)系統(tǒng)的不同，而臨著大

2、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。木文就GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的原理和方法，根據(jù)作者的理解介紹如下。一、GPS測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)及投影一個(gè)完整的坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)系和基準(zhǔn)兩方面要素所構(gòu)成的。坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式，而基準(zhǔn)指的是為描述空間位置而定義的一系列點(diǎn)、線、面。在大地測量屮的基準(zhǔn)一般是指為確定點(diǎn)在空間屮的位置，而采用的地球橢球或參考橢球的兒何參數(shù)和物理參數(shù),及其在空間的定位、定向方式，以及在描述空間位置吋所采用的單位長度的定義。大地基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，每個(gè)國家或地區(qū)均有各自的大地基準(zhǔn)面,因

3、此相對同一地理位置，不同的大地基準(zhǔn)面，它們的經(jīng)緯度坐標(biāo)是有差異的?；鶞?zhǔn)面是在橢球體基礎(chǔ)上建立的，但橢球體不能代表基準(zhǔn)面，同樣的橢球體能定義不同的基準(zhǔn)面。1、坐標(biāo)系統(tǒng)的分類1.1、空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)系原點(diǎn)位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90。夾角。某點(diǎn)在空間中的坐標(biāo)可用該點(diǎn)在此坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸上的投影來表示。1.2、空間大地坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系是采用大地經(jīng)度(L)、大地緯度(B)和大地高(H)來描述空間位置的。緯度是空間的點(diǎn)與參考橢球面的法線與赤道面的夾角，經(jīng)度是空間

4、屮的點(diǎn)與參考橢球的口轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角，大地高是空間點(diǎn)沿參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。1.3、平而直角坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系是利用投影變換，將空間坐標(biāo)(空間直角坐標(biāo)或空間大地坐標(biāo))通過某種數(shù)學(xué)變換映射到平面上，這種變換又稱為投影變換。投影變換的方法有很多，如UTM投影，在我國采用的是高斯-克呂格投影，也稱為高斯投影。2、高斯-克呂格投影高斯-克呂格(Gauss-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

5、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，屮央經(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Z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)差將地球橢球面劃分成若干投影帶。通常按經(jīng)差6度或3度分為六度帶或三度帶。六度帶自0度子午線起每隔經(jīng)差6度自西向東分帶，帶號(hào)依次編為第1、2-60帶。三度帶是在六度帶的基礎(chǔ)上分成的，它的屮央子午線與六度帶的屮央子午線和分

6、帶子午線重合，即自1.5度子午線起每隔經(jīng)差3度自西向東分帶，帶號(hào)依次編為三度帶第1、2-120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)。以屮央經(jīng)線投影為縱軸(x),赤道投彫為橫軸(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。橫坐標(biāo)如以中央經(jīng)線為零起算，中央經(jīng)線以東為正，以西為負(fù),橫坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，使用不便，故規(guī)定將坐標(biāo)縱軸西移500公里當(dāng)作起始軸，凡是帶內(nèi)的橫坐標(biāo)值均加500公里。rtr于高斯-克呂格投影每一個(gè)投影帶的坐標(biāo)都是對本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同

7、，為了區(qū)別某一坐標(biāo)系統(tǒng)屬于哪一帶，在橫軸坐標(biāo)前加上帶號(hào),如(4231898m,21655933m),其中21即為帶號(hào)。3、GPS測量常用坐標(biāo)系3.1、WGS-84WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(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B1H1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向B1H1984.0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。WGS-84系所采用橢球參數(shù)為：a=6378137加/=1/298.257223563C2()=-484.16685x10'60=7.292115x10—5GM=398600.5W-5-

8、23.2、1954年北京