GPS测量中坐标系统_坐标系的转换过程

第32卷第3期2009年6月

测绘与空间地理信息

GEOMA TICS &SPA T I AL I N FORMA TI ON TECHNOLOGY

Vol .32,No .3Jun .,2009

收稿日期:2008-11-10

作者简介:张国祯(1976-),男,吉林长春人,助理工程师,大专,主要从事测绘产品实践与质量控制工作。

GPS 测量中坐标系统、坐标系的转换过程

张国祯,杨晓红

(吉林省地理信息工程院,吉林长春130051)

摘要:GPS 在测量领域得到了广泛的应用,本文介绍将GPS 所采集到的W GS -84坐标转换成工程所需的坐标

的过程。

关键词:GPS 坐标系统;坐标系;转换

中图分类号:P226+

.3;P228.4 文献标识码:B 文章编号:1672-5867(2009)03-0178-02

The Transfor mati on Procedure of Coordi n ate Syste m i n GPS Surveyi n g

ZHANG Guo -zhen,Y ANG Xiao -hong

(J ili n I n stitute of Geo ma ti cs Eng i n eer i n g,Changchun 130051,Ch i n a)

Abstract:GPS has been widely app lied in surveying field .This paper intr oduced the transfor mati on p r ocedure fr om the coordinates ac 2quired by GPS in W GS -84coordinate syste m t o the coordinate in the required syste m by the p r oject .Key words:GPS coordinate syste m;coordinate syste m;transf or mati on

0　引　言

GPS 即全球定位系统(Gl obal Positi oning Syste m )是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过二十多年的发展,已成为在

航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门使用GPS 也近十年了,它最初主要用于高精度大地测量和控制测量,建立各种类型和等级的测量控制网,现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其他方面得到充分的应用,如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS 以测量精度高;操作简便,仪器体积小,便于携带;全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在W GS84坐标下,信息自动接收、存储,减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖。

1　GPS 测量常用的坐标系统

1.1　W GS -84坐标系

W GS -84坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统,GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。W GS -84坐标系统的全称是World Geodical Syste m -84(世界大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。W GS -84

坐标系统由美国国防部制图局建立,于1987年取代了当时GPS 所采用的坐标系统―W GS -72坐标系统而成为GPS 的所使用的坐标系统。W GS -84坐标系的坐标原点位于地球的质心,Z 轴指向B I H1984.0定义的协议地球极方向,X 轴指向B I H1984.0的起始子午面和赤道的交点,Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。采用椭球参数为:

a =6378137m f =1/298.257223563

1.2　1954年北京坐标系

1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系,是一种参心坐标系统。该坐标系源自于前苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为:a =6378245m f =1/298.3。我国地形图上的平面坐标位置都是

以这个数据为基准推算的。

1.3　地方坐标系(任意独立坐标系)

在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等,或我们为了测量方便而临时建立的独立坐标系。

2　坐标系统的转换

在工程应用中使用GPS 卫星定位系统采集到的数据是W GS -84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将W GS -84坐标转换到BJ -54坐标系或地方(任意)独立坐

标系。

目前一般采用布尔莎公式(七参数法)完成W GS-84坐标系到北京54坐标系的转换,得到北京54坐标数据。

XB J54=XW GS84+KXW GS84+Δx+Y W GS84ξZ″

/ρ″-ZW GS84ξY″/ρ″

YB J54=Y W GS84+KY W GS84+ΔY-XW GS84ξZ″

/ρ″+ZW GS84ξX″/ρ″

ZB J54=ZW GS84+KZW GS84+ΔZ+XW GS84ξY″

/ρ″-ZW GS84ξX″/ρ″

3　坐标系的变换

同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式,一种形式实际上就是一种坐标系。如空间直角坐标系(X,Y, Z)、大地坐标系(B,L)、平面直角坐标(x,y)等。通过坐标统的转换我们得到了BJ54坐标系统下的空间直角坐标,我们还须在BJ54坐标系统下再进行各种坐标系的转换,直至得到工程所需的坐标。

3.1　将空间直角坐标系转换成大地坐标系,得

到大地坐标(B,L)

L=arctan(Y/X)

B=arctan{(Z+N e2sin B)/(X2+Y2)0.5}

H=(X2+Y2)0.5sin B-N

用上式采用迭代法求出大地坐标(B,L)。

3.2　将大地坐标系转换成高斯坐标系,得到高

斯坐标(x,y)

按高斯投影的方法求得高斯坐标,x=F1(B,L),y= F2(B,L)3.3　将高斯坐标系转换成任意独立坐标系,得

到独立坐标(x’,y’)

在小范围内测量,我们可以将地面当作平面,用简单的旋转、平移便可将高斯坐标换成工程中所采用坐标系的坐标(x’,y’)。

x’=x cosα+y sinα

y’=y cosα-x sinα

4　结束语

由于GPS测量的种种优点,GPS定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段,市面上出现了许多转换软件和不同型号的GPS数据处理配套软件(包含了怎样将GPS测量中所得到的W GS-84转换成工程中所须坐标的功能),万变不离其宗,只要我们明白了W GS-84转换到独立坐标系的转换过程,便可很容易地使用该软件了,甚至可以自己编写程序,将W GS-84坐标转换成独立坐标系坐标。

本文主要是介绍坐标系统、坐标系的转换过程,文中提及的符号及具体转换方法请参阅相关文献。

参考文献:

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汉测绘科技大学出版社.1998.

[2]　朱华统.GPS坐标系统的变换[M].北京:测绘出版

社.1994.

[3]　武汉测绘学院.控制测量学(下)[M].北京:测绘出版

社.1988.

[4]　杨德麟.大比例尺数字测图的原理方法与应用[M].北

京:清华大学出版社.1998.[责任编辑:李　颖]

(上接第177页)

微分法纠正控制数据的采集是通过定向后的立体模型高程信息测定得到的。在完成了模拟或数字化后,将其储存起来供微分法纠正使用。

2)微分法纠正和正射相片的制作

在正射投影中,中心投影的航空相片,借助于高程信息将其转换到正射投影中去,其步骤:

①一个正射投影仪建立模型后其断面高的测定;

②应用光学投影使中心投影与垂直投影配准;

③配准功能的显示。

3　正射影像精度的检查与质量控制

正射影像作为一种产品,需对其进行精度检查和质量控制,可以采用以下几种方法来检验正射影像的精度:

1)野外检测。

用于检查正射影像的绝对精度,一般用于试验研究和系统初次投产使用。

2)与等高线图或线划地图套合进行目视检查。

3)每个立体像对分别由左影像和右影像制作同一地区的两幅正射影像。然后,量测两幅正射影像上同名点的视差并进行检查。

当没有上述误差,且该点为地表点时,其视差应为0;如视差超出规定数值,则需对数据采集和正射影像制作全过程进行检查,找出问题所在,进行返工。

至于正射影像的影像质量一般采用目视检查,使其有合适的反差、均匀的色调。

4　结束语

本文主要讨论了数字正射影像图的制作方法以及实际应用等问题。在制成数字正射影像图后将其应用在数字城市建设中,更好地为社会的经济发展服务。

参考文献:

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社,2003.

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[责任编辑:王丽欣]

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