論我國坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

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1、論我國坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換　　摘要：現(xiàn)今測(cè)量領(lǐng)域中，我們大部分應(yīng)用的是GPS測(cè)量技術(shù)，它不僅能滿足各個(gè)領(lǐng)域的精度要求，而且操作便捷，無需通視，工作效率高等諸多優(yōu)勢(shì)。但GPS測(cè)量得到的是WGS-84坐標(biāo)系，所以我們要對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成我國的平面坐標(biāo)系。本文詳細(xì)介紹了幾種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法，進(jìn)而很容易的實(shí)現(xiàn)了不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，已達(dá)到各方面工作的需要。關(guān)鍵詞：坐標(biāo)系統(tǒng)；坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；高程擬合中圖分類號(hào)：P258文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1坐標(biāo)系統(tǒng)的介紹1.1WGS—84坐標(biāo)系統(tǒng)WGS—84坐標(biāo)系是目前GPS采用的坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)點(diǎn)位

2、于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIHl984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIHl984.0的起始子午面和赤道線的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。WGS—84系采用橢球參數(shù)為：a=6378138m；f=1／298.257223563。1.21954年北京坐標(biāo)系71954年北京坐標(biāo)系是我國目前廣泛使用的大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)曾采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)采用的橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：a=6378245m；f=1／298.3。該橢球參數(shù)并沒有通過當(dāng)時(shí)我國的天文觀測(cè)資料進(jìn)行重新定

3、位。而是由前蘇聯(lián)普爾科沃的一等鎖，在1942年經(jīng)我國的東北地區(qū)傳算過來的，該坐標(biāo)的高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面平差的結(jié)果為起算值并按我國天文水準(zhǔn)路線推算出來的，而高程又是以1956年青島驗(yàn)潮站的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。1.31980年西安坐標(biāo)系1980年西安坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)設(shè)在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西北方向約60公里，故稱1980年西安坐標(biāo)系，又簡(jiǎn)稱西安大地原點(diǎn)。橢球的短軸平行于由地球質(zhì)心指向我國地極原點(diǎn)JYD1968。0的方向，起始大地子午面平行與我國起始天文子午面。橢球參數(shù)采用IUG19

4、75年大會(huì)推薦的參數(shù)，因而可得西安80橢球兩個(gè)最常用的幾何參數(shù)為:a=6378140m;f=1/298.257?；鶞?zhǔn)面采用青島大港驗(yàn)潮站1952－1979年確定的黃海平均海水面。2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換7既然不同的坐標(biāo)系，就存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，首先要搞清楚轉(zhuǎn)換的嚴(yán)密性問題，即在同一個(gè)橢球里的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換都是嚴(yán)密的，而在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換這時(shí)不嚴(yán)密的。例如，由1954北京坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系的高斯平面直角坐標(biāo)是在同一參考橢球體范疇內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換過程是嚴(yán)密的。由WGS-84的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954

5、北京坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)，就屬于不同橢球體間的轉(zhuǎn)換。2.1利用已知點(diǎn)重合點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)將GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家坐標(biāo)系中的坐標(biāo)一般而言，比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)的相似變換法，即X軸平移，Y軸平移，Z軸平移，X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)，Z軸旋轉(zhuǎn)，尺度變化m。要求得七參數(shù)就需要在一個(gè)地區(qū)需要3個(gè)以上的已知基準(zhǔn)點(diǎn)，如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30km(經(jīng)驗(yàn)值)，這可以用三參數(shù)，即X軸平移，Y軸平移，Z軸平移，而將X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)，Z軸旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。（1式）其中為兩空間坐標(biāo)

6、系之間的三個(gè)平移參數(shù)，為三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m為尺度變化因子。測(cè)繪信息網(wǎng)http://www.othermap.com當(dāng)已知至少三個(gè)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)在北京54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)時(shí)，由（1式）利用最小二乘法可求出兩不同空間坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換七參數(shù)。求出七參數(shù)后，對(duì)于每一個(gè)GPS點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)（X,Y,Z）84可通過以下幾步轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)。7（1）利用（1式）將GPS測(cè)定的（X,Y,Z）84換算為（X,Y,Z）54；（2）根據(jù)54參考橢球，利用（2式）將（X,Y,Z）54換算為大地坐標(biāo)（B,L,H）54；（2式）（3

7、）由高斯投影正算（3式）將（B,L）54投影為高斯坐標(biāo)（x，y）54；（3式）空間轉(zhuǎn)換模型適用于大范圍GPS測(cè)量使用，但在實(shí)際施工過程中，在施工經(jīng)度的要求下，又分為三種情況：利用（1式）轉(zhuǎn)換的，需要解求七個(gè)參數(shù)，故稱為七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型；若其中的縮放比例不變，不需求尺度因子，則稱為六參數(shù)轉(zhuǎn)換；如尺度因子和旋轉(zhuǎn)參數(shù)均不考慮，則稱為三參數(shù)轉(zhuǎn)換，三參數(shù)模型至少需要一個(gè)公共點(diǎn)。2.2.利用兩個(gè)二維高斯平面坐標(biāo)求得四參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化如果不考慮高程的影響，對(duì)于不同橢球體下的高斯平面直角坐標(biāo)可采用四參數(shù)的相似變換法，即四參數(shù)（x軸平移

8、，y軸平移，尺度變化m，旋轉(zhuǎn)角度α）。（4式）其中ΔX、ΔY為坐標(biāo)平移量，m為尺度因子，α為兩平面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。7為求出（4式）中的平移量、尺度因子和旋轉(zhuǎn)角度，至少需要已知兩個(gè)高斯平面直角坐標(biāo)，如多于兩個(gè)點(diǎn)可利用最小二乘平差求出參數(shù)。利用求得的參數(shù)，將其他的（x′y′）代入4式，求出相應(yīng)的（xy）。3高程擬合國家高程系統(tǒng)采用的是正常高或正高