GPS坐标转换的应用 [上一篇] [下一篇]

[ 2012-12-4 7:55:49 | 作者:李桂炎 | 出处:原创 | 天气:晴 ] 字体:

GPS坐标转换的应用

对于坐标系的转换,GPS接收机的使用者造成一知半解,尤其是对于接触不久的人,搞不明白竟然是怎么一回事,经过多年来使用GPS-RTK来抛砖引玉,希望能引出更多的高手来为我院水利和风电等项目导航。

在水利水电地形测量和地质测绘中GPS定位提供的WGS84大地坐标在大多数工程应用中没有太大意义。实际需要将GPS观测的84坐标转换为国家平面坐标;例如1954年北京坐标、80西安坐标或者工程施工坐标等。

对于刚开始接触GPS的人来说会有这样一个疑问,利用GPS开始工作的时候,在手薄里新建工程时候要选坐标系为1954年北京坐标、西安80坐标或者工程施工坐标等(以下简称BJ54或XIAN80),既然已经选了坐标系为什么还要求取地方转换参数和怎么求参数,这也是地质测绘人员所要了解的基本知识。

首先,我们要知道为什么要WGS84坐标转换成BJ54或XIAN80坐标。因为WGS84与BJ54或XIAN80是两种不同的大地基准面,不同的参考椭球体,因而两种地图下,同一个点的坐标是不同的,无论是三度带和六度带或一点五度带坐标还是经纬度坐标都是不相同的。例如我们在此测区GPS接收到的点(为WGS84坐标系统)来叠加到BJ54或XIAN80坐标系统的底图上,此时就会发现这些GPS点不能准确的在它该在的地方,即“与实际地点发生了偏移”。这就要求把这些GPS点从WGS84的坐标系统转换成BJ54或XIAN80的坐标系统了,这样我们才能正常开展工作。

其次,我们要知道为什么每个地方都要求转换参数,而不是统一的。因为在不同的椭球之间的转换是不太严密的,我们不可能求取一个大参数,各地中央子午线不同参数也不一样,那么,两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢?一般而言比较严密的是用七参数法,即3个平移因子(X平移,Y平移,Z平移),3个旋转因子(X旋转,Y旋转,Z旋转),一个比例因子(也叫尺度变化K)。据了解国内参数来源的途径不多,一般当地测绘部门会有。通行的做法是:在工作测区内找三个以上的已知点,利用已知点的BJ54坐标和所测WGS84坐标,通过一定的数学模型,求解七参数。若多选几个已知点,通过平差的方法可以获得较好的精度。而在同一个椭球里的不同坐标系转换都是严密的,在同一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换,例如,在福州既有西安80坐标又有福州独立坐标,在这两种坐标之间转换就用到四参数,计算四参数需要两个已知点。需要说明的是在实际工作中小范围测量一般用到的还是四参数,需要注意的是,直接把WGS84的经纬度坐标当作北京54或80的经纬度坐标(肯定会存在偏差),经过投影后再通过四参数转换成施工坐标平面坐标(四参数只能转换平面X,Y坐标),最后通过高程拟合参数转换高程。这里的四参数是由WGS84 坐标和施工坐标求得的(区别于经典测量中的用54或80 坐标和施工坐标求取的四参数),因此,在把WGS84 的坐标当作BJ54或XIAN80的坐标投影时存在的固定偏差也能被四参数改正。

另外,我们在野外搞地质测绘实际测量中求参数中,会经常遇到下面的情况

1.宽广的测区只有有限等级控制点的地方坐标XYZ。在这种情况下,我们要根据实地情况做加密的控制测量,将静态数据进行整体网统一平差,给出相对精度准确的WGS84坐标和地方坐标,然后再求取参数。

2.测区只有足够控制点的地方坐标,相对位置关系精确,但没有WGS84坐标。在这种情况下,我们可以利用RTK测量方法,以基准站为起算位置(这个起算位置的坐标由GPS接收机观测确定,是一个精度有限的大地坐标,但它不影响RTK观测的相对位置关系),确定各控制点之间相对精确的位置关系,并实时测定WGS84大地坐标,然后再求取参数。

3.测区有的控制点只有Z坐标是准的,还需要加入这个点的高程求参数时,这样情况我们可以只加入这个点的高程进行解算,XY坐标不参加解算,如果XY是准的,可以同样只用XY参加解算。

目前,由于世界各国对卫星定位市场的研发建设高潮,必然会导致美国对GPS定位精度的开放程度变得更高,从而从原始数据源上可以提高精度。另外,欧洲、俄罗斯、中国等自己建设的新型卫星定位系统也将会为卫星定位技术提供更多的信后选择和轨道误差互补,这与我们水利工程测量带来新的机遇。


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