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摘 要：GPS在測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本文介紹將GPS所采集到的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成工程所需的坐標(biāo)的過程。

關(guān)鍵詞：GPS 坐標(biāo)系統(tǒng) 坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換

一、概述GPS及其應(yīng)用

GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國(guó)從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已成為在航空、航天、軍事、交通運(yùn)輸、資源勘探、通信氣象等所有的領(lǐng)域中一種被廣泛采用的系統(tǒng)。我國(guó)測(cè)繪部門使用GPS也近十年了，它最初主要用于高精度大地測(cè)量和控制測(cè)量，建立各種類型和等級(jí)的測(cè)量控制網(wǎng)，現(xiàn)在它除了繼續(xù)在這些領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用外還在測(cè)量領(lǐng)域的其它方面得到充分的應(yīng)用，如用于各種類型的工程測(cè)量、變形觀測(cè)、航空攝影測(cè)量、海洋測(cè)量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。GPS以測(cè)量精度高; 操作簡(jiǎn)便，儀器體積小，便于攜帶; 全天候操作;觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)須通視;測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)、高效益等顯著特點(diǎn),贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴。

二、GPS測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

1．WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。 WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是World Geodical System-84（世界大地坐標(biāo)系-84），它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部制圖局建立，于1987年取代了當(dāng)時(shí)GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)―WGS-72坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。采用橢球參數(shù)為： a = 6378137m f = 1/298.257223563

2．1954年北京坐標(biāo)系

1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系，是一種參心坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：a = 6378245m f = 1/298.3。我國(guó)地形圖上的平面坐標(biāo)位置都是以這個(gè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)推算的。

3．地方坐標(biāo)系（任意獨(dú)立坐標(biāo)系）

在我們測(cè)量過程中時(shí)常會(huì)遇到的如一些某城市坐標(biāo)系、某城建坐標(biāo)系、某港口坐標(biāo)系等，或我們自己為了測(cè)量方便而臨時(shí)建立的獨(dú)立坐標(biāo)系。

三、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

在工程應(yīng)用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù),而目前我們測(cè)量成果普遍使用的是以1954年北京坐標(biāo)系或是地方（任意）獨(dú)立坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標(biāo)系或地方（任意）獨(dú)立坐標(biāo)系。

目前一般采用布爾莎公式（七參數(shù)法）完成WGS-84坐標(biāo)系到北京54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到北京54坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

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、坐標(biāo)系的變換

同一坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實(shí)際上就是一種坐標(biāo)系。如空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）、大地坐標(biāo)系（B，L）、平面直角坐標(biāo)（x,y）等。通過坐標(biāo)統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們得到了BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下的空間直角坐標(biāo)，我們還須在BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下再進(jìn)行各種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，直至得到工程所需的坐標(biāo)。

1．將空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，得到大地坐標(biāo)(B,L)：

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標(biāo)（B，L）

2．將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯坐標(biāo)系，得到高斯坐標(biāo)（x,y）

按高斯投影的方法求得高斯坐標(biāo)，x=F1(B,L),y=F2(B,L)

3．將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成任意獨(dú)立坐標(biāo)系，得到獨(dú)立坐標(biāo)（x’,y’）

在小范圍內(nèi)測(cè)量，我們可以將地面當(dāng)作平面，用簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)、平移便可將高斯坐標(biāo)換成工程中所采用坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x’,y’)，

x’=xcosα+ysinα

y’=ycosα-xsinα

五、小結(jié)

由于GPS測(cè)量的種種優(yōu)點(diǎn)，GPS 定位技術(shù)現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測(cè)量手段成為了主要的技術(shù)手段，市面上出現(xiàn)了許多轉(zhuǎn)換軟件和不同型號(hào)的GPS數(shù)據(jù)處理配套軟件（包含了怎樣將GPS測(cè)量中所得到的WGS-84轉(zhuǎn)換成工程中所須坐標(biāo)的功能），萬(wàn)變不離其宗，只要我們明白了WGS-84轉(zhuǎn)換到獨(dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程，便可很容易的使用該軟件了，甚至可以自己編寫程序，將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)。

本文主要是介紹坐標(biāo)系統(tǒng)、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程，文中提及的符號(hào)及具體轉(zhuǎn)換方法請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 武漢測(cè)繪學(xué)院等．控制測(cè)量學(xué)（下）．測(cè)繪出版社．1988．

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