gps定位坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題

對(duì)于坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，給很多GPS的使用者造成一些迷惑，尤其是對(duì)于剛剛接觸的人，搞不明白到底是怎么一回事。我對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，也是一知半解，對(duì)于沒(méi)學(xué)過(guò)測(cè)量專(zhuān)業(yè)的人來(lái)說(shuō)，各種參數(shù)的搞來(lái)搞去實(shí)在讓人迷糊。在我有限的理解范圍內(nèi)，我想在這里簡(jiǎn)單介紹一下，主要是拋磚引玉，希望能引出更多的高手來(lái)指點(diǎn)迷津。
我們常見(jiàn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，多數(shù)為WGS84轉(zhuǎn)換成北京54或西安80坐標(biāo)系。其中WGS84坐標(biāo)系屬于大地坐標(biāo)，就是我們常說(shuō)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而北京54或者西安80屬于平面直角坐標(biāo)。對(duì)于什么是大地坐標(biāo)，什么是平面直角坐標(biāo)，以及他們?nèi)绾谓ⅲ覀兛梢粤硗庥懻摗＿@里不多羅嗦。
那么，為什么要做這樣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換呢？
因?yàn)?/span>GPS衛(wèi)星星歷是以WGS84坐標(biāo)系為根據(jù)而建立的，我國(guó)目前應(yīng)用的地形圖卻屬于1954年北京坐標(biāo)系或1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系；因?yàn)椴煌鴺?biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)關(guān)系（WGS84坐標(biāo)系與我國(guó)應(yīng)用的坐標(biāo)系之間的誤差約為80），所以在我國(guó)應(yīng)用GPS進(jìn)行絕對(duì)定位必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的絕對(duì)定位精度可由80提高到5-10米。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，就一句話(huà)，減小誤差，提高精度。
下面要說(shuō)到的，才是我們要討論的根本問(wèn)題：如何在WGS84坐標(biāo)系和北京54坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
說(shuō)到坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，還要羅嗦兩句，就是上面提到過(guò)的橢球模型。我們都知道，地球是一個(gè)近似的橢球體。因此為了研究方便，科學(xué)家們根據(jù)各自的理論建立了不同的橢球模型來(lái)模擬地球的形狀。而且我們剛才討論了半天的各種坐標(biāo)系也是建立在這些橢球基準(zhǔn)之上的。比如北京54坐標(biāo)系采用的就是克拉索夫斯基橢球模型。而對(duì)應(yīng)于 WGS84坐標(biāo)系有一個(gè)WGS84橢球，其常數(shù)采用 IUGG第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)的推薦值。WGS84橢球兩個(gè)最常用的幾何常數(shù)：長(zhǎng)半軸：6378137±2(m)；扁率：1：298.257223563
之所以說(shuō)到半長(zhǎng)軸和扁率倒數(shù)是因?yàn)橐诓煌淖鴺?biāo)系之間轉(zhuǎn)換，就需要轉(zhuǎn)換不同的橢球基準(zhǔn)。這就需要兩個(gè)很重要的轉(zhuǎn)換參數(shù)dA、dF。
dA的含義是兩個(gè)橢球基準(zhǔn)之間半長(zhǎng)軸的差；dF的含義是兩個(gè)橢球基準(zhǔn)之間扁率倒數(shù)的差。
在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)是固定的，這里，我們給出在進(jìn)行84—〉54，84—〉80坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)候的這兩個(gè)參數(shù)如下：
WGS84>北京54：DA:-108；DF:0.0000005
WGS84>西安80：DA: -3 ；DF: 0
橢球的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)了，那么由于建立橢球的原點(diǎn)還是不一致的，還需要在dXdYdZ這三個(gè)空間平移參量，來(lái)將兩個(gè)不同的橢球原點(diǎn)重合，這樣一來(lái)才能使兩個(gè)坐標(biāo)系的橢球完全轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。而由于各地的地理位置不同，所以在各個(gè)地方的這三個(gè)坐標(biāo)軸平移參量也是不同的，因此需要用當(dāng)?shù)氐囊阎c(diǎn)來(lái)計(jì)算這三個(gè)參數(shù)。具體的計(jì)算方法是：
第一步：搜集應(yīng)用區(qū)域內(nèi)GPS“B”級(jí)網(wǎng)三個(gè)以上網(wǎng)點(diǎn)WGS84坐標(biāo)系B、L、H值及我國(guó)坐標(biāo)系（BJ54或西安80）B、L、h、x值。（注：B、L、H分別為大地坐標(biāo)系中的大地緯度、大地經(jīng)度及大地高，h、x分別為大地坐標(biāo)系中的高程及高程異常。各參數(shù)可以通過(guò)各省級(jí)測(cè)繪局或測(cè)繪院具有“A”級(jí)、“B”級(jí)網(wǎng)的單位獲得。）
第二步：計(jì)算不同坐標(biāo)系三維直角坐標(biāo)值。計(jì)算公式如下：
X=（N+H）cosBcosL
Y=（N+H）cosBsinL
Z=[N（1-e²）+H]sinB
不同坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球的有關(guān)常數(shù)詳見(jiàn)下表：

（注：X、Y、Z為大地坐標(biāo)系中的三維直角坐標(biāo)；A為大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球之長(zhǎng)半軸；e²為大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球第一偏心率； N為該點(diǎn)的卯酉圈曲率半徑，N=A/(1-e²sin²B)^1/2；H=h+x，該處H為BJ54或西安80坐標(biāo)系中的大地高）
第三步：求出DX，DY，DZ。即利用WGS84坐標(biāo)系的X、Y、Z值，減去我國(guó)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)值，得出實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的三個(gè)參數(shù)。（應(yīng)算出WGS84與北京和西安坐標(biāo)系兩套參數(shù)。）
第四步：參數(shù)驗(yàn)證。參數(shù)計(jì)算之后必須對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證的方法是在應(yīng)用區(qū)域內(nèi)選擇5個(gè)以上水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)值與測(cè)繪部門(mén)提供的理論值對(duì)比，如果最大誤差不大于15米，平均誤差不大于10米，則計(jì)算出的參數(shù)可以使用，否則要重新計(jì)算或查找出現(xiàn)問(wèn)題的原因。
對(duì)了，還有一個(gè)很重要的事情，要在位置格式的地方，選擇用戶(hù)自定義方式，輸入如下參數(shù)：
中央經(jīng)線(xiàn)：視當(dāng)?shù)亟?jīng)度確定；
投影比例：1；
東西偏差：500000；
南北偏差：0
在這里面中央經(jīng)線(xiàn)的確定很重要，根據(jù)實(shí)際所在地不同而有所和差異。至于投影比例、東西偏差這些參數(shù)的實(shí)際意義么，還是另外開(kāi)題寫(xiě)吧，那也是不少的內(nèi)容呢。
到此為止，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的五個(gè)參數(shù)都已經(jīng)得到了，那么可以將這些參數(shù)輸入到手持機(jī)中，進(jìn)行測(cè)量了。
上面所說(shuō)的，是坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的原理，根據(jù)這些公式可以計(jì)算出參數(shù)。但是計(jì)算的工作量就比較大了。目前來(lái)說(shuō)都是使用求轉(zhuǎn)換參數(shù)的程序來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，方便快捷。但是沒(méi)辦法法在這里，如果有需要這個(gè)轉(zhuǎn)換程序的，可以留下郵件地址，我可以免費(fèi)大放送，條件只有一個(gè)：上面這些東西，我斷斷續(xù)續(xù)的花費(fèi)了不少時(shí)間，要是有人要轉(zhuǎn)貼的話(huà)，別忘了注明出處啊！

AKA
另附：由于工作原因，已經(jīng)調(diào)離原崗位，很久沒(méi)有登錄論壇了。如果還有需要程序的朋友請(qǐng)直接給我發(fā)郵件索取吧，只要我收到郵件就會(huì)第一時(shí)間回復(fù)。