GPS數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換

1、GPS數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換摘要：本文主要論述GPS地心坐標(biāo)系到54北京參心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換原理及過(guò)程，通過(guò)高斯平面投影把54北京坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為能為電子地圖所接收的平面坐標(biāo)。關(guān)鍵詞：GPS，WGS-84，地心坐標(biāo)，參心坐標(biāo)，電子地圖，高斯投影1、引言近年來(lái)，GPS技術(shù)在各領(lǐng)域得到的廣泛應(yīng)用，GPS與電子地圖相結(jié)合的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)便是其中一例。該系統(tǒng)可具體應(yīng)用于移動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)實(shí)時(shí)定位監(jiān)控。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖滿足了全球范圍、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)以及三維導(dǎo)航和定位的要求，但是由于坐標(biāo)系統(tǒng)的不同，對(duì)GPS技術(shù)的推廣使用造成了一定的障礙。在實(shí)際工程中，最初得到的GPS坐標(biāo)參數(shù)為WGS84坐標(biāo)(B、L、H)，必須通過(guò)一系列

2、的變換，并進(jìn)行高斯平面投影，最后才能在電子地圖上顯示出相應(yīng)的位置。來(lái)源于無(wú)憂論文2、轉(zhuǎn)換的原理GPS定位數(shù)據(jù)為WGS-84地心大地坐標(biāo)，WGS-84坐標(biāo)系是美國(guó)國(guó)防部確定的大地坐標(biāo)系，其目的是使測(cè)制的地圖、海圖、大地測(cè)量數(shù)據(jù)共同有一基準(zhǔn)，屬于地心坐標(biāo)系。我國(guó)常用坐標(biāo)系為參心坐標(biāo)系。其原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合。也就是說(shuō)WGS-84與我國(guó)常用坐標(biāo)系不同屬一類(lèi)坐標(biāo)系，不僅相應(yīng)的空間直角坐標(biāo)系各軸的方向不同，尺度變化也不一樣。我們要利用GPS提供的數(shù)據(jù)服務(wù)于我國(guó)各行業(yè)，就必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即從WGS-84轉(zhuǎn)至54北京坐標(biāo)系或80國(guó)家坐標(biāo)系（C80）。如果在電子地圖上顯示GPS定位點(diǎn)，還要進(jìn)行高斯投影。上述所

3、需轉(zhuǎn)換有：大地坐標(biāo)（BLH）與空間直角坐標(biāo)（XYZ）轉(zhuǎn)換；不同空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換（常用的方法有三參數(shù)法、四參數(shù)法和七參數(shù)法）；經(jīng)緯度坐標(biāo)與平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。以下對(duì)上述三種情況作詳細(xì)描述如下：2.1、大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)a大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)b空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)由(1)式可得其逆變換：顯然求B、H應(yīng)用迭代法。迭代解法公式很多，這里只介紹一個(gè)典型公式： 迭代開(kāi)始時(shí)，而后，每次選代按下述公式進(jìn)行：直至小于某一所需的精確度，一般迭代四次左右。2.2、不同坐標(biāo)系間的變換 上式中共有七個(gè)參數(shù) X0，Y0，Z0，x，y，z，m, 簡(jiǎn)稱(chēng)為布爾莎七參數(shù)公式，是相似坐標(biāo)變換中的一個(gè)典型公式七參數(shù)坐標(biāo)變

4、換公式，除布爾莎公式外，還有莫洛琴斯公式和范土公式，這三種公式，它們間的七個(gè)參數(shù)相差較大，但各自構(gòu)成完整的數(shù)學(xué)模型，參數(shù)間存在明確的解析關(guān)系，可以相互轉(zhuǎn)換，分別用它們來(lái)?yè)Q算點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，其結(jié)果完全相同的。因此，這三種公式是等價(jià)的，不再在此一一詳述。2.3、大地坐標(biāo)通過(guò)高斯投影轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)高斯投影是種橫軸、橢圓柱面、等角投影。橢圓柱面與地球在某一子午圈LO上相切，這個(gè)子午線叫做投影的軸子年線，也就是平面直角坐標(biāo)系的縱軸(X軸)，赤道面與橢圓柱面相交，成直線，這條直線與軸子午線正交，就是平面直角坐標(biāo)系的橫軸(Y軸)；把橢圓柱面展開(kāi)，就得出以(XY)為坐標(biāo)的平面直角坐標(biāo)系。在高斯投影中，只有軸子午線

5、上沒(méi)有長(zhǎng)度變形，其它都將有長(zhǎng)度變形；這種變形與Y的平方成正比，因此有必要把投影的區(qū)域限制在軸子午線兩側(cè)的一定范圍內(nèi)，這就產(chǎn)生投影分帶。分帶一般有6度帶，6度帶的經(jīng)度差為6度（LO經(jīng)度東西3度）。3度經(jīng)度差為3度。每一個(gè)帶的投影面如一梭形，為了避免出現(xiàn)負(fù)值，把Y軸向西平移500km。x，y的推算較復(fù)雜，我們只寫(xiě)出結(jié)果：(3) 式換算精度為0001m，式中，N為卯圈曲率半徑，是中央子午線的經(jīng)度，其中，子午時(shí)線弧長(zhǎng)X，對(duì)于克拉索夫斯基橢球按下公式計(jì)算：X=111134.8611B16036.480sin2B+16.8281sin4B0.0220sin6B3、結(jié)束語(yǔ)本文所述原理不僅僅適用于WGS-84到我國(guó)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，也適用于世界各國(guó)不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，只是其中使用的布爾莎七參數(shù)略有不同而已，也就是說(shuō)不同的參數(shù)代表不同的坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換若用C浯言編函數(shù)時(shí)， 可能要使用迭代方法。但在實(shí)際運(yùn)用中不可能迭代無(wú)數(shù)次，因此建議選用一種比較典型的迭代法，這基本能達(dá)到所要求的精度；且編程數(shù)據(jù)類(lèi)型選用雙精度實(shí)型，這可保證能達(dá)到較高的精度，盡管其占用的內(nèi)存空間比單精度實(shí)型要多一倍。參考文獻(xiàn)1、劉基余，李征航，王躍虎：全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用測(cè)繪出版社，1995。2、