手持GPS坐标系统转换参数求解和设置

1、手持gps坐标系统转换参数求解和设置【摘要】手持gps全球定位系统所提供的是wgs84 系统坐标，而我国目前应用的地形图大多属于北京54坐标 系或西安80坐标系，不同的坐标系统需要进行转换，求解 出dx、dy、dz、da、df这五个转换参数后并输入gps中， 就可在gps仪器上自动显示该点对应的北京54坐标系（或 西安80）的坐标值了。本文给出了转换参数的求解与设置方 法。【关键词】gps；坐标转换参数；求解；设置1.前言导航型手持gps接收机目前已经成为野外地质工作者经 常使用的定位仪器，既操作简单又便于携带，且定位精度可 满足野外工作的需要。gps导航系统所提供的是wgs84系统 坐标，而

2、我国目前应用的许多地形图大多属于北京54坐标 系或西安80坐标系，因为不同坐标系之间存在着平移和旋 转关系，对于同一点的坐标，可能会有几十米到上百米的差 异，于是就出现了如何把wgs84坐标系转换为北京54或西 安80坐标系的问题。因此，要使手持gps所测量的数据 （wgs84坐标）转换为自己需要的坐标（北京54或西安80）, 必须求出两个坐标系之间的转换参数。只要计算出五个参数（dx、dy、dz、da、df）并输入gps中，就可以在gps仪器 上自动显示该点对应的北京54坐标系(或西安80)的坐标 值了。在实际应用中，野外地质工作者经常遇到的棘手问题即 是上述不同坐标系统转换参数的求解问题。

3、2.转换参数的求解2. 1三种常用坐标系统的简要介绍北京54坐标系、西安80坐标系、wgs84坐标系这三个 坐标系统是当前国内常用的，它们均采用不同的椭球基准 (椭球参数见表1)。北京54坐标系属三心坐标系，大地原 点在原苏联的普而科沃，该坐标系采用克拉索夫斯基椭球作 为参考椭球，高程系统采用正常高，以1956年黄海平均海 水面为基准；西安80坐标系的大地原点在陕西省西安西北 的永乐镇，简称西安原点，椭球参数选用1975年国际大地 测量与地球物理联合会第16界大会的推荐值，简称iag75 地球椭球；wgs84坐标系的原点位于地球质心，z轴指向 bih1984. 0协议地极(ctp),该坐标系是

4、使用更高精度的 vlbl、slr等成果而建立的，我们常用的手持gps定位即采 用wgs84坐标系。2. 2手持gps五参数的含义通常，我们使用的手持gps中有五个参数需要进行设置, 即dx、dy、dz、da、df。它们代表的含义如下：(dx, dy, dz)：这三个参数是两坐标系的原点平移参 数，即原坐标系的原点在新坐标系中的三维坐标值（这里的 “原坐标系”指的是wgs84坐标系，“新坐标系”指的是北 京54或西安80坐标系）。da：原坐标系统参考椭球体长半轴与新坐标系统参考椭 球体长半轴之差（a原-a新）。df：原坐标系统参考椭球体扁率与新坐标系统参考椭球 体扁率之差（f原-f新）。两个需要

5、转换的坐标系统一旦确定以后（比如将wgs84 坐标转换为北京54坐标），da、df即是常数，对于北京54 坐标系来说，da=-108, df=+0. 00000048,对于西安80坐标 系来说，da=-3, df=-0. 0000000025 （单位为 m）。dx, dy, dz三个参数在不同地区，其值是不同的。因此, 需要根据所处地区的若干个控制点坐标来求解出这三个参 数的值。下面以北京54坐标系为例，介绍求解坐标转换参数的 方法。2.3收集已知控制点资料（1）首先在所处区域内或附近收集已知点（等级点或 gps “b”级网网点）的坐标。数量最好3个以上，分布要均 匀，点位要求最好是周围无电磁

6、波干扰、视野开阔、卫星信 号要强。到当地测绘管理部门收集或购买这些点的北京54坐标系的大地经纬度（b、l）或高斯平面直角坐标（x、y）,海 拔高程h,高程异常值e （即大地水准面相对椭球面的高度） 以及相应的wgs84坐标系的大地经纬度（b、l）,大地高程h。（2）如果只收集到了北京54坐标，其相应的wgs84坐标可以通过gps测量来获得。方法是：按照后文第3章“gps坐标系统转换参数的设 置”中第3步叙述的“坐标系统”选项设置为“wgs84”后, 对各已知控制点进行测定wgs84坐标系下的b、l、h值，以 供下面计算转换参数时使用。2. 4各已知点的三维直角坐标的计算wgs84坐标转换为北京

7、54坐标，实际上是两个坐标系的 空间三维直角坐标的相互转换。因此，首先要计算出各自的 三维直角坐标。计算公式：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：x二(n+h) cosbcosly= （n+h） cosbsinlz二n （l-e2） +hsinb其中：n=a/ （l-e2sin2b） 0.5 （椭球的卯酉圈曲率半径）h二相对椭球面的高度，即通过gps定位就可观测到的高 度值（北京54坐标系为h+e ）e2二（a2-b2） /a2=2f-f2 , e 为第一偏心率a二椭球长半轴b=椭球短半轴二a （1-f）f二扁率以上a、b、e2、f值参考表lo计算方法：根据收集到或测

8、量到的wgs84坐标b、l、h和收集到的 北京54坐标b、l、h （h+e ）分别代入以上公式，求出各已 知点的三维直角坐标x84、y84、z84和x54、y54、z54。如果收集到的北京54坐标只是高斯平面直角坐标（x、 y）,则需把平面直角坐标（x、y）通过mapgis软件（或其 它转换软件）转换为大地坐标（b、l）后再代入上式。转换 方法可参见mapgis软件的帮助文件，这里不再赘述。 2.5转换参数dx、dy、dz、da、df的计算各点的空间三维直角坐标分别求出来后，即可通过下式 计算转换参数了。dx=x84-x54dy二y84-y54dz=z84-z54da=a84-a54 （北京54坐标系，da二-108,西安80坐标系，da二-3）df=f84-f54 （北京 54 坐标系，df=+o. 00000048,西安 80坐标系，df近似为0）将第2. 4节求得的各点三维直角坐标值分别代入以上公 式，从而求出dx、dy、dz、da、df值，这里da、df两个参 数是常数，dx、dy、dz三个参数可取其算术平均值作为转换 参数。2. 6参数检验dx、dy、dz、da、df五个参数求出后，即可输入手持 gps中。为确保gps的测