GPS测量中常用的几种坐标系统及相应的坐标转换(共6页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上GPS测量中常用的几种坐标系统及相应的坐标转换 摘要:本文主要介绍了GPS测量中常用的几种坐标系统的建立及其相关技术参数,并针对日常生产常用到的这几种坐标系统的相互转换作了简单的总结 关键词:GPS 测量 坐标系统 坐标转换 1、GPS测量概述 GPS(Global Positioning System全球定位系统)经过多年的发展已发展成为一种被广泛采用的系统,目前,它在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中,都被作为一项非常重要的技术手段和方法。在测量中,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;它在测量领

2、域的其它方面也得到充分的应用,如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。尤其是在各种类型的测量控制网的建立这一方面,GPS定位技术已基本上取代了常规测量手段,成为了主要的技术手段。 2、GPS测量中常用的几种坐标系统 2.1 WGS-84坐标系WGS-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。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84(世界大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的

3、质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点,Y轴与X轴和Z轴构成右手系。 WGS-84系所采用椭球参数为: 2.2 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。建国前,我国没有统一的大地坐标系统,建国初期,在苏联专家的建议下,我国根据当时的具体情况,建立起了全国统一的1954年北京坐标系。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: 但是该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位,而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁,经我国的东北地区传算过来的,该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大

4、地水准面重新平差的结果为起算值,按我国天文水准路线推算出来的,而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。 由于当时条件的限制,1954年北京坐标系存在着很多缺点,主要表现在以下几个方面: 1、克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大,并且不包含表示地球物理特性的参数,因而给理论和实际工作带来了许多不便。2、椭球定向不十分明确,椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO极,也不指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜,东部高程异常达60余米,最大达67米。3、该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的,因此,全国的天文大地控制点实际上不能

5、形成一个整体,在有的接合部中,同一点在不同区的坐标值相差1-2米,不同分区的尺度差异也很大。 2.3 1980西安坐标系1978年,我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差,并且建立新的国家大地坐标系统,整体平差在新大地坐标系统中进行,这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。1980年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数采用了IAG 1975年的推荐值,参数为: a=m f=1/298.257 椭球的短轴平行于地球的自转轴,起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面,椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好,高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。 2.4 高斯平面直角坐标系和UTM一

6、般的地形图均为平面图,其对应的也是平面坐标。因此,需要将椭球面上各点的大地坐标,按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标。目前世界各国采用最广泛的高斯-克吕格投影和墨卡托投影(utm)均是正形投影(等角投影),即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。为了限制长度变形,根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带。 高斯平面直角坐标系一般以中央经线投影为纵轴x,赤道投影为横轴y,两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值,在投影中规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴。为了区别某一坐标系统属于哪一带,通常在横轴坐标前加上带号。如某点的平

7、面坐标为(,),其中36即为带号。该坐标y的自然值为:-=,x的自然值为。 3、坐标系统之间的转换 WGS-84坐标系与54北京坐标系和1980西安坐标系之间转换的实质是不同椭球基准的坐标转换。两个椭球间的坐标转换一般而言比较严密的是用七参数法(布尔沙模型),即X平移,Y平移,Z平移,X旋转,Y旋转,Z旋转,尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点,如果区域范围不大,最远点间的距离不大于30Km(经验值),这可以用三参数,即X平移,Y平移,Z平移,而将X旋转,Y旋转,Z旋转,尺度变化K视为0,所以三参数只是七参数的一种特例。 在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套

8、转换参数可以全国通用的,在每个地方会不一样,因为它们采用的是两个不同的椭球基准。 4、坐标系之间的转换 同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式,常用的有三种坐标表示方法:空间直角坐标(X,Y,H),经纬度和高程(B,L,H),平面坐标和高程(x,y,h)。 4.1、同一坐标系统下空间直角坐标转换成空间大地坐标 在采用上式进行转换时,需要采用迭代的方法,先求出B的初值。 4.2 同一坐标系统下空间大地坐标转换成高斯直角坐标 空间大地坐标系与平面直角坐标系间的转换采用的是投影变换的方法。在我国一般采用的是高斯投影。已知经纬度坐标的情况下求算相对应的高斯直角坐标就是高斯正算。 相应的,如果已知高斯平

9、面坐标求算对应的空间大地坐标,用高斯反算公式就可以得到。 5、小结 在实际工作中,经常会遇到需要坐标转换的情况,特别是WGS-84坐标与大地坐标之间的转换和大地坐标与高斯平面坐标之间的转换,前者是不同坐标系统的转换,转换时需要至少三个已知点坐标;后者是统一坐标系统下不同坐标系的转换,是严密转换,需要至少两个已知点。现在市面上也有多种GPS数据后处理软件中附带有坐标转换软件,只要我们理清了各个坐标系(统)的关系,有足够已知数据的情况下,就可以很容易的一步一步得到所需要的数据。同时,在我们已知某地区三个已知点的WGS-84坐标与高斯坐标时也可以相应算出该区的七参数。 参考文献: 1周忠谟,易杰军?GPS卫星测量原理及其应用。北京:测绘出版社,1992年 2GPS测量与数据处理、李征航,黄劲松编著。武汉:武汉大学出版社,