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    手持GPS坐标系统转换参数的求解方法

    2013-07-07 11:11:23来源: 测绘论坛作者
    聊聊

      摘要GPS卫星星历是以WGS-84大地坐标系为根据而建立的所以手持GPS使用的坐标系统是WGS-84坐标系统我国目前使用的是1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系因此必须求出WGS-84坐标转换到54北京坐标系或80国家坐标系的参数本文介绍的就是我们在实?#20351;?#20316;中求解该参数的方法

    关键词手持GPS坐标系统转换参数

    概述

    目前市面上出售的手持GPS所使用的坐标系统基本都是WGS-84坐标系统而我们使用的地图资料大部分?#38469;?#20110;1954年北京坐标系或1980年西安国家大地坐标系不同的坐标系统给我们的使用带来了困难于是?#32479;?#29616;了如何把WGS-84坐标转换到1954北京坐标系或1980西安国家大地坐标系上来的问题大家知道不同坐标系之间存在着平移和旋转的关系要使手持GPS所测量的数据转换为自己需要的坐标必须求出两个坐标系WGS-84和北京54坐标系或西安80坐标系之间的转换参数两坐标系之间的转换有七参数法五参数法和三参数法七参数法一般用于转换精度要求较高的计算而手持GPS接收机内部设置的是五参数法因此只要用户计算出五个参数DXDYDZDADF并按提示输入即可在仪器上进行坐标转换
    下面以1954北京坐标系为例求手持GPS接收机坐标转换五个参数的方法

    计算流程见下图


    一收集测区高等级控制点资料

    在应用手持GPS接收机观测的区域内?#39029;?#19977;个以上分布均匀的等级点精度越高越好或GPS“B”级网网点点位最好是周围无电磁波干扰视野开阔卫星信号强并到测绘管理部门抄取这些点的54北京坐标系的高斯平面直角坐标xy大地经纬度BL高程h 高程异常值ξ和WGS-84坐标系的大地经纬度BL大地高H

    二直接用手持GPS测定已知点BLH值

    若同时收集到北京坐标系xyBLhξ值和WGS-84坐标系BLH值则不需此步骤
    用户如果收集到的只是54北京坐标必须进行此步工作由于WGS-84坐标系与我国坐标系之间的平面差异较大要消除这个误差应借助收集到的控制点坐标进行转换参数的计算此时应在收集到的高等级控制点上分别测量BLH值即WGS-84坐标供计算转换参数时使用

    三计算三维直角坐标XYZ

    大地坐标系与空间直角坐标系之间的关系如下图对于同一空间点大地坐标系与空间直角坐标系有下列转换关系式

     3-1 

    其中N=A/1-E2sin2B1/21954北京坐标系的大地高H=h+ξXYZ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E为大地坐标系对应第一偏心率F为大地坐标系对应之扁率N为该点的卯酉圈曲率半径

    根据测量到的大地坐标值BWGS84L WGS84H WGS84和收集到的BBJ54LBJ54HBJ54分别代入公式3-1求得三维直角坐标X1Y1Z1和X2Y2Z2

    如果收集到的只是高斯平面直角坐标x,y则应把平面直角坐标x,y代入高斯投影?#27492;?#20844;式3-2求出大地坐标值BL再代入式3-1求X2Y2Z2此时

    3-2

    式中


    不同坐标系对应的椭球参数见下表

    项目

    WGS-84

    北京54

    西安80

    长半轴A

    6378137 M

    6378245 M

    6378140 M

    第一偏心率平方E2

    0.00669437999013

    0.006693427

    0.006694385

    扁率F

    1/298.257223563

    1/298.3

    1/298.257


    四求五个转换参数DXDYDZDADF

    4-1


    上述函数模型是把WGS-84坐标系的空间直角坐标原点平移到1954北京坐标系的原点用1954北京坐标系的椭球参数重算?#28304;?#21040;两坐标系转换的方法(注手持GPS存储的是WGS-84大地坐标转换到用户坐标系后显示的是经过转换后的坐标值)
    ?#35757;?#19977;步求得的两组三维直角坐标值分别代入4-1式求出DXDYDZDADF值

    一旦需转换的两个坐标系统?#33539;?#20197;后DADF是常值但是DXDYDZ对于不同地区有不同的值

    五参数检验

         DXDYDZDADF五个转换参数求出后必须按提示分别输入手持GPS同时输入测区中央子午线经度E代表东经投影比例参数为1.00000东西偏差为500000m南北偏差为0并设单位为米输入这些参数后应拿到实地检测检验这五个参数是否正确方法是在野外选定视野开阔GPS接收信号强的特征点如线状地物交叉点独立地物等最好是埋石控制点进行测量然后?#39029;?#36825;些点的理论坐标与之比较如比较结果超过仪器标称精度则应重新测算转换参数

    下面是我们在河池市国际疫苗研究所“DOMI伤寒Vi疫苗国际合作项目研究”项目中测量GIS基础数据?#38469;?#23545;手持GPS进行坐标转换后进行实地检测的结果 

    检测坐标比较表

    特征点

    实测Y

    实测X

    已知Y

    已知X

    Y

    X

    1

    3051

    1948

    3052

    1946

    1.0

    -2.0

    2.2

    2

    3044

    1956

    3044

    1954

    0.0

    -2.0

    2.0

    3

    3039

    1952

    3038

    1949

    -1.0

    -3.0

    3.2

    4

    3045

    1942

    3047

    1942

    2.0

    0.0

    2.0

    5

    3196

    2058

    3200

    2053

    4.0

    -5.0

    6.4

    6

    3001

    2232

    3103

    2229

    2.0

    -3.0

    3.6

    7

    3139

    2196

    3142

    2193

    3.0

    -3.0

    4.2


    从上表可以看出最大点位误差6.4m最小点位误差2.0m点位误差并不大以目前市面上出售的手持GPS标称的单机定位精度一般为10-15米来说在没有进行差分的情况下达到这种精度应该说还是比较高的而我们上述转换参数的求解结果仅是在图根点上进行如果在GPS B级网点上进行求解相信精度会更高

    主要参考文献
    [1] GARMIN.eTrex Venture owner’s manual and reference guide.
    [2] 徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民编著.GPS测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.
    [3] 孔祥元梅是义主编.控制测量学. 武汉测绘科技大学出版社

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