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(此图为有七参数的情况下,坐标系统之间的转换)

坐标系转换问题

对于坐标系的转换,给很多GPS的使用者造成一些迷惑,尤其是对于刚刚接触的人,搞不明白到底是怎么一回事。我对坐标系的转换问题,也是一知半解,对于没学过测量专业的人来说,各种参数的搞来搞去实在让人迷糊。在我有限的理解范围内,我想在这里简单介绍一下,主要是抛砖引玉,希望能引出更多的高手来指点迷津。

我们常见的坐标转换问题,多数为WGS84转换成北京54或西安80坐标系。其中WGS84坐标系属于大地坐标,就是我们常说的经纬度坐标,而北京54或者西安80属于平面直角坐标。对于什么是大地坐标,什么是平面直角坐标,以及他们如何建立,我们可以另外讨论。这里不多罗嗦。 那么,为什么要做这样的坐标转换呢?

因为GPS卫星星历是以WGS84坐标系为根据而建立的,我国目前应用的地形图却属于1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系;因为不同坐标系之间存在着平移和旋转关系(WGS84坐标系与我国应用的坐标系之间的误差约为80),所以在我国应用GPS进行绝对定位必须进行坐标转换,转换后的绝对定位精度可由80提高到5-10米。简单的来说,就一句话,减小误差,提高精度。 下面要说到的,才是我们要讨论的根本问题:如何在WGS84坐标系和北京54坐标系之间进行转换。 说到坐标系转换,还要罗嗦两句,就是上面提到过的椭球模型。我们都知道,地球是一个近似的椭球体。因此为了研究方便,科学家们根据各自的理论建立了不同的椭球模型来模拟地球的形状。而且我们刚才讨论了半天的各种坐标系也是

建立在这些椭球基准之上的。比如北京54坐标系采用的就是克拉索夫斯基椭球模型。而对应于 WGS84坐标系有一个WGS84椭球,其常数采用 IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。WGS84椭球两个最常用的几何常数:长半轴:6378137±2(m);扁率:1:298.257223563

之所以说到半长轴和扁率倒数是因为要在不同的坐标系之间转换,就需要转换不同的椭球基准。这就需要两个很重要的转换参数dA、dF。 dA的含义是两个椭球基准之间半长轴的差;dF的含义是两个椭球基准之间扁率倒数的差。

在进行坐标转换时,这两个转换参数是固定的,这里,我们给出在进行84—〉54,84—〉80坐标转换时候的这两个参数如下: WGS84>北京54:DA:-108;DF:0.0000005 WGS84>西安80:DA: -3 ;DF: 0

椭球的基准转换过来了,那么由于建立椭球的原点还是不一致的,还需要在dXdYdZ这三个空间平移参量,来将两个不同的椭球原点重合,这样一来才能使两个坐标系的椭球完全转换过来。而由于各地的地理位置不同,所以在各个地方的这三个坐标轴平移参量也是不同的,因此需要用当地的已知点来计算这三个参数。具体的计算方法是: 第一步:搜集应用区域内GPS“B”级网三个以上网点WGS84坐标系B、L、H值及我国坐标系(BJ54或西安80)B、L、h、x值(注意都是BL值,不同的椭球,同一点BL值也不相同)。(注:B、L、H分别为大地坐标系中的大地纬度、大地经度及大地高,h、x分别为大地坐标系中的高程及高程异常。各参数可以通过各省级测绘局或测绘院具有“A”级、“B”级网的单位获得。)

第二步:计算不同坐标系三维直角坐标值。(红虚线部分)计算公式如下: X=(N+H)cosBcosL Y=(N+H)cosBsinL Z=[N(1-e2)+H]sinB

不同坐标系对应椭球的有关常数详见下表:

项目 WGS84坐标系 BJ54坐标系 西安80坐标系 A

e2 0.00669437999013 0.006693427 0.006694385

(注:X、Y、Z为大地坐标系中的三维直角坐标;A为大地坐标系对应椭球之长半轴;e2为大地坐标系对应椭球第一偏心率; N为该点的卯酉圈曲率半径,N=A/(1-e2sin2B)1/2;H=h+x,该处H为BJ54或西安80坐标系中的大地高)

第三步:求出DX,DY,DZ。即利用WGS84坐标系的X、Y、Z值,减去我国坐标系的对应值,得出实现坐标系统转换的三个参数。(有了这三个参数可完成绿虚线部分)(应算出WGS84与北京和西安坐标系两套参数。)

将转换得到的三个公共点的北京54空间坐标(X,Y,Z)BJ54和WGS-84空间坐标(X,Y,Z)WGS84代入七参数模型中,求解七个参数。

第四步:参数验证。参数计算之后必须对其进行验证。验证的方法是在应用区域内选择5个以上水准点进行实测,实测值与测绘部门提供的理论值对比,如

果最大误差不大于15米,平均误差不大于10米,则计算出的参数可以使用,否则要重新计算或查找出现问题的原因。

对了,还有一个很重要的事情,要在位置格式的地方,选择用户自定义方式,输入如下参数:

中央经线:视当地经度确定; 投影比例:1; 东西偏差:500000; 南北偏差:0

在这里面中央经线的确定很重要,根据实际所在地不同而有所和差异。至于这些参数的实际意义么,还是另外开题写吧,那也是不少的内容呢。

注*高斯投影分带方式及中央子午线判断 图8、9

图8

图9

设置好投影参数后,将椭球转换、平面转换、高程拟合全设为无,如图10、11、12