GPS数据的坐标变换

GPS数据的坐标变换摘要：本文主要论述GPS地心坐标系到54北京参心坐标系的转换原理及过程，通过高斯平面投影把54北京坐标系转换为 能为电子地图所接收的平面坐标。关键词：GPS，WGS-84，地心坐标，参心坐标，电子地图，高斯投影1、引言近年来，GPS技术在各领域得到的广泛应用，GPS与电子地图相结合的实时监控系统便是其中一例。该系 统可具体应用于移动目标的连续实时定位监控。GPS卫星导航系统虽满足了全球范围、全天候、连续实时 以及三维导航和定位的要求，但是由于坐标系统的不同，对GPS技术的推广使用造成了一定的障碍。在实 际工程中，最初得到的GPS坐标参数为WGS84坐标（B、L、H）,必须通过一系列的变换，并进行高斯 平面投影，最后才能在电子地图上显示出相应的位置。来论.wnypa erc m2、转换的原理GPS定位数据为WGS-84地心大地坐标，WGS-84坐标系是美国国防部确定的大地坐标系，其目的是 使测制的地图、海图、大地测量数据共同有一基准，属于地心坐标系。我国常用坐标系为参心坐标系。其原点与地球质心重合。也就是说WGS-84与我国常用坐标系不同 属一类坐标系，不仅相应的空间直角坐标系各轴的方向不同，尺度变化也不一样。我们要利用GPS提供的 数据服务于我国各行业，就必须进行坐标转换，即从WGS-84转至54北京坐标系或80国家坐标系（C80）。 如果在电子地图上显示GPS定位点，还要进行高斯投影。上述所需转换有：大地坐标（BLH）与空间直角坐标（XYZ）转换；不同空间坐标系的转换（常用的 方法有三参数法、四参数法和七参数法）；经纬度坐标与平面坐标转换。以下对上述三种情况作详细描述 如下：2.1、大地坐标转换成空间直角坐标a.大地坐标转换空间直角坐标x = (N + H) cos B cos Ly = (N + H )cos B sin Lz = N (1 + e 2) + H sin Bb.空间直角坐标转换成大地坐标 由（1）式可得其逆变换：ze 2 NB 二堆-1 d(1 - NTH)-1L = tg -iHX2 + Y 2 - n cos B显然求B、H应用迭代法。迭代解法公式很多，这里只介绍一个典型公式:迭代开始时,N = a0 H = * X 2 + Y 2 + Z 2 而0=tg -1z：X 2 + Y 2(1e 2 N0N + H)-1而后，每次选代按下述公式进行:N =iH =i才 0+E才Y=（1+m）Y+0XY+ZLZ$一50Z$_AZ0_x = X + Nt1 m 2 + 丄（52 2417205+1 （ -12 +n 2:m 3 + 丄6 1205 - 18t2 + 14 + 14耳 2 - 58耳 2121 一 e 2 sin B i -1X 2 + Y2一 Nicos Bi-1Ze 2 NBi = tg -i=（1-TTT PlX 2 + Y 2N + Hii直至小于某一所需的精确度，一般迭代四次左右。2.2、不同坐标系间的变换上式中共有七个参数 X0,Y0,AZ0,e x，E y,E z，m,简称为布尔莎七参数公式，是相似坐标变换 中的一个典型公式.七参数坐标变换公式，除布尔莎公式外，还有莫洛琴斯公式和范土公式，这三种公式，它们间的七个 参数相差较大，但各自构成完整的数学模型，参数间存在明确的解析关系，可以相互转换，分别用它们来 换算点的坐标时，其结果完全相同的。因此，这三种公式是等价的，不再在此一一详述。2.3、大地坐标通过高斯投影转换成平面坐标高斯投影是种横轴、椭圆柱面、等角投影。椭圆柱面与地球在某一子午圈L上相切，这个子午线叫做 0投影的轴子年线，也就是平面直角坐标系的纵轴（X轴），赤道面与椭圆柱面相交，成一直线，这条直线与 轴子午线正交，就是平面直角坐标系的横轴（Y轴）；把椭圆柱面展开，就得出以（XY）为坐标的平面直角坐 标系。在高斯投影中，只有轴子午线上没有长度变形，其它都将有长度变形；这种变形与Y的平方成正比， 因此有必要把投影的区域限制在轴子午线两侧的一定范围内，这就产生投影分带。分带一般有6度带，6 度带的经度差为6度（L经度东西3度）。3度经度差为3度。每一个带的投影面如一梭形，为了避免出现 0负值，把Y轴向西平移500km。x，y的推算较复杂，我们只写出结果：a兀式换算精度为0. 001m，式中，N为卯圈曲率半径，N =,m = cos Rl0, 1 = I 一 I ,LJl- e 2 sin 2 B1801 o O是中央子午线的经度，其中，子午时线弧长X,对于克拉索夫斯基椭球按下公式计算：X=111134.8611B-16036.480sin2B+16.8281sin4B-0.0220sin6B3、结束语本文所述原理不仅仅适用于WGS-84到我国坐标系间的转换,也适用于世界各国不同坐标系间的转换,只是其中使用的布尔莎七参数略有不同而已，也就是说不同的参数代表不同的坐标系间的转换.若用 C 浯言编函数时， 可能要使用迭代方法。但在实际运用中不可能迭代无数次，因此建议选用一 种比较典型的迭代法，这基本能达到所要求的精度；且编程数据类型选用双精度实型，这可保证能达到较 高的精度，尽管其占用的内存空间比单精度实型要多一倍。参考文献1、刘基余，李征航，王跃虎：全球定位系统原理及其应用测绘出版社，1995。2、房建成、万德钧：GP S组合导航系统在车辆导航中的应用，南大学报，V01.26, No.3, 1996。3、 王广运，郭秉义，李洪涛：差分GPS定位技术与应用，电子工业出版社，1998.