GPS测量坐标系统及其转换过程

    我国测绘部门使用GPS也近十年了，它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空制网。现在它除了继续在挥着重要作用外，还在测量领域的其它方面得到允分的应用。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；测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。

一、GPS测量常用坐标系统

1．WGS-84坐标系

    WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统。GPS所发布的星历参数即基于该坐标系统。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。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIHl984.0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（任意坐标系）

    在我们测量过程中晌常会遇到诸如某城市坐标系、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坐标系。

二、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WGS84坐标系数据，而目前我们的测量成果，普遍使用以1954年北京坐标系或

地方(任意)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)坐标系。

    目前一般采用布尔莎公式(匕参数法)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+△Ax+YWGS84ξZ“/ρ”-ZWGS84ξY“/ρ”

YBJ54=YWGS84+KYWGS84+△Y-XWGS84ξZ“/ρ”-ZWGS84ξX“/ρ”

YBJ54=YWGS84+KYWGS84+△Z+XWGS84ξY“/ρ”-ZWGS84ξX“/ρ”

三、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)、平面直角坐标标（X、Y）等。通过坐标统的转换，我们得到BJ54坐标系统下的空间直角坐标后，还须再进行各种坐标系的转换，直到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，得到高斯坐标（X、Y）

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坐标系，得到坐标(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

四、小结

    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而成为主要的技术手段。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到坐标系的转换过程，便可很容易的使用该软件了，甚至可以自己编写程序，将WGS-84坐标转换成坐标系坐标。