GPS测量中坐标系统、坐标系地转换过程问题详解详解
坐标系转换问题
坐标系转换问题--WGS84坐标 BJ54 BJ802012-10-18 14:37对于坐标系的转换，给很多GPS的使用者造成一些迷惑，尤其是对于刚刚接触的人，搞不明白到底是怎么一回事。
我对坐标系的转换问题，也是一知半解，对于没学过测量专业的人来说，各种参数的搞来搞去实在让人迷糊。
在我有限的理解范围内，我想在这里简单介绍一下，主要是抛砖引玉，希望能引出更多的高手来指点迷津。
我们常见的坐标转换问题，多数为WGS84转换成北京54或西安80坐标系。
其中WGS84坐标系属于大地坐标，就是我们常说的经纬度坐标，而北京54或者西安80属于平面直角坐标。
对于什么是大地坐标，什么是平面直角坐标，以及他们如何建立，我们可以另外讨论。
这里不多啰嗦。
那么，为什么要做这样的坐标转换呢？因为GPS卫星星历是以WGS84坐标系为根据而建立的，我国目前应用的地形图却属于1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系；因为不同坐标系之间存在着平移和旋转关系（WGS84坐标系与我国应用的坐标系之间的误差约为80），所以在我国应用GPS进行绝对定位必须进行坐标转换，转换后的绝对定位精度可由80提高到5-10米。
简单的来说，就一句话，减小误差，提高精度。
下面要说到的，才是我们要讨论的根本问题：如何在WGS84坐标系和北京54坐标系之间进行转换。
说到坐标系转换，还要罗嗦两句，就是上面提到过的椭球模型。
我们都知道，地球是一个近似的椭球体。
因此为了研究方便，科学家们根据各自的理论建立了不同的椭球模型来模拟地球的形状。
而且我们刚才讨论了半天的各种坐标系也是建立在这些椭球基准之上的。
比如北京54坐标系采用的就是克拉索夫斯基椭球模型。
而对应于WGS84坐标系有一个WGS84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。
WGS84椭球两个最常用的几何常数：长半轴：6378137±2(m)；扁率：1：298.257223563之所以说到半长轴和扁率倒数是因为要在不同的坐标系之间转换，就需要转换不同的椭球基准。
GPS坐标向地方坐标转换的二维实用方法
(33)
将 b 、a 值代入式 (22) 可解算出 q ,
q = x1 - ax′1 - by′1
(34)
将 (23) 减式 (25) ,得 :
y1 - y2 = c (x′1 - x′2) + d (y′1 - y′2)
即Δy21 = cΔx′21 + dΔy′21
(35)
式 (23) 减式 (27) ,得 :
x
x2
=
y LS y2
+
kx 0 x2
0 ky
y2
(4)
式 (3) 代入式 (4) ,得 :
x
Δx0
y
=
LS
Δy0
+
coθs sinθ - sinθ coθs
x y
+
GPS
kx 0 0 ky
Δx0 Δy0
kx 0
coθs sinθ x
+ 0 ky
- sinθ coθs y GPS
式 (10) 除以式 (9) 可得 :
θ= arctg
b a
(14)
式 (11) 除以式 (12) 可得 :
θ= arctg ( -
c) d
(15)
理论上式 (14) 与式 (15) 计算出的θ应该相等 ,由
于观测误差 、已知点误差 、点位稳定性等诸多因素的影
响 ,式 (14) 、式 (15) 计算出的θ必然存在微小的差异 ,
第三个阶段是建立平gps高斯坐标系与地方高斯坐标系尺度的统一211gps高斯坐标系的旋转gps高斯坐标系旋转一个角度转换为平行于地方坐标系的位置x1y1可得gpsgpssgps分别代表地方坐标系统与gps坐标系统y0为平移因子sinx1y1cossinsincosgpsgps212旋转后的gps高斯坐标系平移将平行于地方坐标系轴位置的x1y1平移到地方坐标系轴的位置x2y2方向重合则有由于kxky101112x2y2x1y1sinsin12代入式即得简洁明了的二维实用转换模式y0为平移因子亦即x1y1所在坐标系的原点在地方高斯坐标系中的坐标213尺度统一由于gps测量采用的椭球与地方椭球参数不同gps高斯坐标系经旋转平移后与地方高斯坐标系仍存在一定的尺度偏差这种尺度偏差在纵向和横向是不同的只有将x2y2再进行二向尺度改正才能将gps高斯坐标转变为地方高斯坐标设其横向尺度改正系数为ky纵向尺度改正系数为kxkxky在本文中合称为二向尺度改正系数则有gps只要整个gps网中有三个以上含三个已知点即同时具有gps高斯坐标与地方高斯坐标的点gps网中只有三个已知点时可以列立六个方程直接解算出gps网中已知点个数超x2y2kxkyx2y2过三个时我们可以利用最小二乘法解算出kxky诸因子计算过程如下10除以式y0cossinsin14cosgpskx11除以式12可得sinsin更加简洁明了我们可对式理论上式1415计算出的应该相等于观测误差已知点误差点位稳定性等诸多因素的影15计算出的必然存在微小的差异将两个值取平均得即为旋角参数可计算出kx二维实用转换模式的整理我们对式进行一些必要的矩阵运算就可以使二维实用转换模式在形式上变得简洁明了具体运算过程如下cos16cos值代入式10又可计算出一个kx17sinkxx0kyy0cossinsin1617计算出的两个kx也会存在微小的差取其平均值kx做为kx的最或然值值代入式11可计算出kygpskxcoskxsinkysinkycosgpsy0sin值代入式12又可计算出ky19cos30除以式3130同样19计算出的两个ky也会存在微小的差异取其平均值ky做为ky的最或然值可计算出x0可计算出y03131312131213131213121值代入式29可解算出的直接解法假设三个已知点的地方高斯坐标及gps高斯坐标分别为x1y1gps我们可以建立下列方程组值代入式22可解算出
全球定位系统(GPS)测量中坐标系转换及其坐标换算
全球定位系统(GPS)测量中坐标系转换及其坐标换算
方智
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2009(000)021
【摘要】测量领域已经广泛地应用全球定位系统(GPS),需要进行坐标系转换,本文主要阐述GPS所采集到的地心地固WGS-84坐标如何换算成参心空间直角坐标进而换算成参心地理大地坐标直至高斯正形投影平面直角坐标最终求得工程所需的坐标完整过程.
【总页数】3页(P434-435,412)
【作者】方智
【作者单位】国投新集能源股份有限公司板集煤矿,安徽,利辛,236700
【正文语种】中文
【中图分类】TN96
【相关文献】
1.GPS动态RTK测量中坐标系转换参数的优化选择 [J], 李逸红
2.工程测量中GPS坐标系统转换及坐标系换算 [J], 杨月
3.公路独立结构物施工测量中利用坐标系转换对于坐标计算之便利探讨 [J], 马小刚
4.GPS测量坐标系转换 [J], 张书生;李龙梅
5.矿山测量中独立坐标系与CGCS2000坐标系转换方法研究 [J], 王辉
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GPS数据后处理实现坐标转换的方法与技巧
GPS数据后处理实现坐标转换的方法与技巧GPS（全球定位系统）是一种利用卫星信号确定精确位置的技术，被广泛应用于地理测量、导航和定位等领域。
然而，由于不同国家和地区的坐标系统差异以及GPS测量误差等因素的影响，对于使用GPS获取的坐标数据进行后处理和转换是非常必要的。
在本文中，将探讨一些实现坐标转换的常用方法和技巧。
一、选择合适的转换模型在进行GPS数据后处理时，首先需要确定要使用的坐标转换模型。
常见的坐标转换模型包括七参数、四参数、三参数以及普通的放大、平移和旋转等。
选择合适的模型取决于具体的应用和准确度要求。
例如，如果需要将GPS测量的坐标转换到不同的地理坐标系统上，可以选择使用七参数或四参数模型。
而在局部坐标转换和粗略测量中，普通的平移和旋转可能已足够。
二、使用地理基准数据进行修正GPS测量的坐标通常是基于WGS84（世界大地测量系统）椭球体模型计算得到的。
然而，不同国家和地区可能使用不同的大地水准面或参考基准。
因此，为了准确地将GPS测量的坐标转换到目标坐标系统上，需要使用地理基准数据进行修正。
这些基准数据通常包括大地水准面参数、坐标转换参数和地方大地系统等。
三、考虑GPS测量误差在进行GPS数据后处理时，还需要考虑GPS测量误差对坐标转换的影响。
GPS测量误差包括卫星位置误差、多路径效应、大气延迟和钟差误差等。
为了降低误差对坐标转换精度造成的影响，可以使用差分GPS技术进行实时差分或后续差分处理，以提高测量的准确性。
四、使用专业软件进行数据处理对于较为复杂的坐标转换需求，可以使用专业的地理信息系统（GIS）软件进行数据处理。
这些软件通常具有强大的坐标转换功能和各种专业模型，能够满足不同需求的坐标转换任务。
例如，ArcGIS、AutoCAD和Global Mapper等软件都提供了丰富的坐标转换工具和文档。
五、进行验证和误差分析坐标转换完成后，需要进行验证和误差分析，以评估转换的准确度和可靠性。
GPS测量中坐标系的转换
GPS测量中坐标系的转换摘要：为满足GPS测量用户统一坐标系统需求,拓展GPS测量应用领域,本文对GPS的组成及其在工程测量中的坐标转换问题作了介绍。
关键字：测量GPS换算公式转换坐标系1.坐标系统的介绍1.1 WGS—84坐标系统WGS—84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，是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)而成为GPS目前所使用的坐标系统。
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的起始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。
WGS—84系所采用椭球参数为：a=6378138m；f=1／298.257223563。
1.2 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。
该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。
建国前，我国没有统一的大地坐标系统，建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。
该坐标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。
该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位。
而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，该坐标的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
2.GPS测量常用的坐标系统一般情况下，我们使用的是1954年北京坐标系，而GPS测定的坐标是WGS-84坐标系坐标，需要进行坐标系转换。
对于非测量专业的工作人员来说，虽然GPS定位操作非常容易，但坐标转换则难以掌握，EXCEL是比较普及的电子表格软件，能够处理较复杂的数学运算，用它的公式编辑功能，进行GPS坐标转换，会非常轻松自如。
GPS测量中坐标系之间转换
GPS测量中的坐标系转换第一章绪论1.1概述坐标转化并不是一个新的课题,随着测绘事业的发展,全球一体化的形成,越来越要求全球测绘资料的统一。
尤其是在坐标系统的统一方面.原始的大地测量工作主要是依靠光学仪器进行,这样不免受到近地面大气的影响,同时受地球曲率的影响很大,在通视条件上受到很大的限制,从而对全球测绘资料的一体化产生巨大的约束性。
另外由于每一个国家的大地坐标系的建立和发展具有一定的历史特性,仅常用的大地坐标系就有150余个。
在同一个国家,在不同的历史时期由于习惯的改变或经济的发展变化也会采用不同的坐标系统。
例如:在我国建国之后,为了尽快搞好基础建设,我国采用了应用克氏椭球与我国实际相结合的北京54坐标系;随着经济的发展北京54坐标系的缺陷也随之被表露的越来越明显,特别是对我国经济较发达的东南沿海地区的影响表现得更为明显,进而我国开始研究并使用国家80坐标系。
在实际生活中,在一些地区由于国家建设的急需,来不及布设国家统一的大地控制网,而建立局部的独立坐标系。
而后,再将其转换到国家统一的大地控制网中,这些坐标系的变换都离不开坐标值的转化.在国际上,随着1964年美国海军武器实验室对第一代卫星导航系统─NNSS的研制成功,为测绘资料的全球一体化提供了可能。
到1972年,经过美国国防部的批准,开始了第二代卫星导航系统的开发研究工作,即为现在所说的GPS。
此套卫星导航系统满足了全球范围、全天候、连续实时以及三维导航和定位的要求.正是由于GPS卫星的这些特性,这种技术就很快被广大测绘工作者接受。
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。
这样坐标转换的问题再一次被提到了重要的位置。
为了描述卫星运动,处理观测数据和表示测站位置,需要建立与之相应的坐标系统。
在GPS测量中,通常采用两种坐标系统,即协议天球坐标系和协议地球坐标系。
其中协议地球坐标系采用的是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984─WGS-84)其主要参数为:长半轴 a=6378137; 扁率 f=1:298.257223563.而我国采用的坐标系并不是WGS-84坐标系而是BJ-54坐标系,这个坐标系是与前苏联的1942年普耳科沃坐标系有关的,其主要参数为: 长半轴 a=6378245; 扁率 f=1:298.3.这就使得同一点在不同的坐标系下有不同的坐标值,这样使测绘资料的使用范围受到很大的限制,并且对GPS系统在我国的广泛使用造成了一定的约束性,对我国的测绘事业的发展不利。
测绘技术中的坐标系转换方法
测绘技术中的坐标系转换方法引言：测绘技术在各种领域中起着重要的作用，它涉及到地理空间信息的获取、处理和分析。
而在这个过程中，坐标系的转换是一项关键的技术。
本文将介绍测绘技术中常用的坐标系转换方法，探讨其原理和应用。
一、常用的坐标系在测绘技术中，常用的坐标系包括大地坐标系、投影坐标系和平面坐标系。
大地坐标系是以地球椭球体作为基准，通过经纬度来确定地点的坐标系统。
投影坐标系是将地球表面的经纬度坐标投影到平面上得到的坐标系统。
平面坐标系是将二维平面上的点用坐标表示的系统。
二、大地坐标系转换大地坐标系转换是将一个大地坐标系中的点的坐标转换到另一个大地坐标系中。
在转换过程中，需要考虑大地坐标系之间的参数差异，如椭球体参数和坐标基准的不同。
常用的大地坐标系转换方法包括七参数转换和四参数转换。
七参数转换是通过七个参数来描述两个椭球体之间的坐标转换关系。
这七个参数包括三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度参数。
通过对原始坐标进行平移、旋转和缩放操作，可以将一个大地坐标系中的点坐标转换到另一个大地坐标系中。
四参数转换是通过四个参数来近似描述两个椭球体之间的坐标转换关系。
这四个参数包括平移参数和尺度参数。
相比于七参数转换，四参数转换方法更加简单，计算速度更快，但转换精度较低。
三、投影坐标系转换投影坐标系转换是将地球表面的经纬度坐标转换到平面坐标系中。
在转换过程中，需要考虑地球椭球体的参数和投影方式的选择。
常用的投影坐标系转换方法包括高斯投影法和UTM投影法。
高斯投影法是一种将地球表面点的经纬度坐标映射为平面坐标的方法。
通过根据地球椭球体参数选择合适的高斯投影参数，可以实现经纬度坐标到平面坐标的转换。
UTM投影法是一种将地球表面点的经纬度坐标映射为平面坐标的方法。
其将地球表面划分为60个投影带，每个带都有一个中央子午线，通过选择合适的投影带和中央子午线，可以实现经纬度坐标到平面坐标的转换。
四、平面坐标系转换平面坐标系转换是将二维平面上的点用坐标表示，并进行相互转换。
关于GPS测量中坐标的转换过程论述
关于GPS测量中坐标的转换过程论述摘要:GPS是工程测量中不可缺少的仪器，本文介绍将GPS所采集到的坐标转换成工程所需坐标的过程，供同行参考。
关键词:GPS；坐标系统；转换1 概述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WGS一84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。
GPS使用的是地心地固坐标系统，而我国绝大多数应用都集中在各种参心坐标系统上，显然必须解决两种不同的空间坐标系的转换才能更好的发挥GPS的作用。
2 我国测绘中常用的坐标系统2．1 1954年北京坐标系归结其要点为：1．1954年北京坐标系的参考椭球是属于克拉索夫斯基椭球常用基本参数如下：长半轴a=6378245m 4±2m，扁率f=1：298．32．1954北京坐标系的大地原点在前苏联的普尔科夫；3．采用多点定位进行了椭球定位；(1)高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；(2)高程异常以前苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。
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。
2．2 1980西安坐标系归结1980西安坐标系的要点为：1．该坐标系大地原点定在我国中部，即陕西省泾阳县永乐镇。
2．采用IAG 1975年推荐的地球椭球参数：长半轴a=6378140m扁率f=1：298．2573．定向明确：1980年国家大地坐标系的椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYD(1968．0)方向，起始大地子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面；4．椭球定位参数以我国范围内高程异常值平方和等于最小为条件求定；5．大地点高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；6．建立两套1980年国家大地坐标系和地心坐标系。
前者是在后者的基础上通过精确求定位坐标变化参数，换算成地心坐标。
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GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程详解
摘要：GPS在测量领域得到了广泛的应用，本文介绍将GPS所采集到的WGS-84坐标转换成工程所需的坐标的过程。
关键词：GPS 坐标系统坐标系转换
一、概述GPS及其应用
GPS即全球定位系统(Global Positioning System)是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的卫星导航定位系统。
作为新一代的卫星导航定位系统经过二十多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。
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量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，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。
G PS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。
二、GPS测量常用的坐标系统
1．WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。
WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），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坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。
WGS -84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0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。
该坐标系源自于原苏联采用过的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（任意独立坐标系）
在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、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独立坐标系。
三、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WGS-84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方（任意）独立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）独立坐标系。
目前一般采用布尔莎公式（七参数法）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+Δx+YWGS84ξZ＂/ρ＂－ＺＷＧＳ８４ξＹ＂/ρ＂
YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+ΔY-XWGS84ξZ＂/ρ＂+ＺＷＧＳ８４ξX＂/ρ＂
ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+ΔZ+XWGS84ξY＂/ρ＂－ＺＷＧＳ８４ξX＂/ρ＂
四、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一种坐标系。
如空间直角坐标系（X，Y，Z）、大地坐标系（B，L）、平面直角坐标（x,y）等。
通过坐标统的转换我们得到了BJ54坐标系统下的空间直角坐标，我们还须在BJ54坐标系统下再进行各种坐标系的转换，直至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，得到大地坐标(B,L)：
L=arctan(Y/X)
B=arctan {(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}
H=(X2+Y2)0.5sinB-N
用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独立坐标系，得到独立坐标（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
五、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成为了主要的技术手段，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转换到独立坐标系的转换过程，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坐标转换成独立坐标系坐标。
本文主要是介绍坐标系统、坐标系的转换过程，文中提及的符号及具体转换方法请参阅相关文献。
上式采用迭代法求出大地坐标（B，L）。