手持GPS坐标系转换的心得体会

手持GPS坐标系转换的心得体会

‎　　手持GPS坐标系转换的心得体会 ‎　　（福建省水利水电勘测设计研究院;福建省闽江学院）‎ ‎　　李桂炎 陈海金 李青 ‎　　对于坐标系的转换，GPS的使用者造成一知半解，尤其是对于接触不久的人，搞不明白竟然是怎么一回事。我经过多年来使用手持GPS来抛砖引玉，希望能引出更多的高手来为我院风电等项目导航。‎ ‎　　归纳常见的坐标转换问题，多数为WGS84转换成西安1980坐标系或1954年北京坐标系。其中WGS84坐标系属于大地坐标，就是我们常说经纬度的坐标，而西安1980坐标系和1954年北京坐标系属于平面直角坐标。对于什么是大地坐标，什么是平面直角坐标，以及它们如何建立,本人将分段来介绍.‎ ‎　　一、坐标怎样转换？‎ ‎　　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75～80m），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75～80提高到5～10m。精确一句话，“减少误差，提高精度”。‎ ‎　　二、如何在WGS84坐标系和1954年北京坐标系之间进行转换呢?‎ ‎　　学习测量的人都知道，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。其中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WGS84转换成1954年北京坐标系进行参数如下：‎ ‎　　例如：BJ54坐标转换WGS84坐标参数：DA:-108； DF:0.0000005‎ ‎　　DX:22; DY:-118; DZ:-30.5,同理，也可以把西安1980坐标转换WGS84坐标参数。‎ ‎　　福建省地区GPS坐标转换参数(福建省二类调查GPS坐标转换参数)‎ ‎　　WGS84转BJ54坐标参数 (表1) 序号 ‎　　DX DY DZ DA DF 适宜地区 ‎　　1 -21 -125 -44 -108 0.0000005 福州、宁德 ‎　　2 -19 -116 -57 -108 0.0000005 漳州、泉州、厦门 ‎　　3 -19 -120 -47 -108 0.0000005 南平、三明 ‎　　4 -20 -123 -42 -108 0.0000005 龙岩 ‎　　5 -21 -120 -54 -108 0.0000005 莆田 ‎　　三、椭球的基准转换过来了，还要那些计算?‎ ‎　　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DX、DY、DZ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：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。各参数可以通过各我省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。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： (表2)‎ ‎　　项 目 WGS84坐标系 BJ54坐标系 西安80坐标系 ‎　　A 6378137m 6378245m 6378140m ‎　　E2 0.00669437999013 0.006693427 0.006694385‎ ‎　　F 1/298.257223563 1/298.3 1/298.257‎ ‎　　（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。（应算出WGS84与北京 ‎　　和西安坐标系两套参数。）‎ ‎　　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： 福建省各地区根据省测绘局提供的中央经线来输入计算 ‎　　投影比例：1；‎ ‎　　东西偏差：500000；‎ ‎　　四、福建省风海上钻探K点坐标实例计算：‎ ‎　　（根据测绘局海测图提供经度、纬度如下） (表3) 点 经度 纬度 度 分 秒 度 分 秒 ‎　　K1 119 26 25.2 25 42 23.0‎ ‎　　K2 119 22 44.6 25 42 43.6‎ ‎　　K3 119 27 36.3 25 43 15.2‎ ‎　　高斯正算计算表(BJ54)‎ ‎　　X前缀=0米 Y前缀=500000米 椭球：长半轴=6378245米 1/扁率=298.3 第 1页 ‎　　序号 点名 纬度B 经度L 中央子午线L0 纵坐标X 横坐标Y 1‎ ‎　　K1 25.42230 119.26252 120 2844476.292 443827.392‎ ‎　　2 K2 25.42436 119.22446 120 2845137.741 437679.903 3 K3 25.43152 119.27363 120 2846074.476 445816.265‎ ‎　　计算表(西安80)‎ ‎　　X前缀=0米 Y前缀=500000米 椭球：长半轴=6378140米 1/扁率=298.257 第 2页 ‎　　序号 点名 纬度B 经度L 中央子午线L0 纵坐标X 横坐标Y 1‎ ‎　　K1 25.42230 119.26252 120 2844426.972 443828.312‎ ‎　　2 K2 25.42436 119.22446 120 2845088.410 437680.923 3 K3 25.43152 119.27363 120 2846025.129 445817.152‎ ‎　　计算表(WGS84)‎ ‎　　X前缀=0米 Y前缀=500000米 椭球：长半轴=6378137米 1/扁率=298.257223563 第 3页 ‎　　序号 点名 纬度B 经度L 中央子午线L0 纵坐标X 横坐标Y 1‎ ‎　　K1 25.42230 119.26252 120 2844425.647 443828.338‎ ‎　　2 K2 25.42436 119.22446 120 2845087.085 437680.952 3 K3 25.43152 119.27363 120 2846023.803 445817.178‎ ‎　　从高斯正算计算表中可以看出西安80与WGS84差值比较小,以上在进行坐标转换的五个参数都已经得到了，那么可以将BJ54坐标参数输入到GPS手持机中，到野外进行点位放样与测量了。‎