GPS测量中坐标系统如何转换,看这篇就够了!
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2023年05月06日 11:09:13
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来源:测绘之家   版权归原作者所有   GPS的诞生及应用  

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版权归原作者所有  

GPS的诞生及应用


 

GPS即全球定位系统(Global Positioning System)是美国从上世纪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、通信气象等领域中一种被广泛采用的系统。

我国GPS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,还在其它领域得到充分的应用,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等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖。


GPS测量常用的坐标系统


 

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,于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心,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。采用椭球参数为:a = 6378137m f = 1/298.257223563

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。该坐标系源自于原苏联采用过的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。

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,或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。


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WGS-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WGS-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WGS-84坐标系到北京54坐标系的转换,得到北京54坐标数据。

XBJ54=XWGS84+ KXWGS84+Δx+YWGS84ξZ"/ρ"-ZWGS84ξY"/ρ"

YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+ΔY-XWGS84ξZ"/ρ"+ZWGS84ξX"/ρ"

ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+ΔZ+XWGS84ξY"/ρ"-ZWGS84ξX"/ρ"



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。

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+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}

H=(X2+Y2)0.5sinB-N

用上式采用迭代法求出大地坐标(B,L)


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)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'=xcosα+ysinα

y'=ycosα-xsinα


总结


 

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WGS-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WGS-84转换到独立坐标系的转换过程,就很容易使用该软件了,甚至可以自己编写程序,将WGS-84坐标转换成独立坐标系坐标。

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刀子嘴斧头心
2023年05月06日 14:40:13
2楼

好资料,学习了!

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sjsk孙家杰
2023年05月06日 14:54:55
3楼

学到了,感谢楼主

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