毕业论文-gps坐标转换论文

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1、GPS的坐标转换()摘要随着科学技术和数字化技术的发展�GPS越来越多的应用于各种测量。GPS定位技术在绘制大比例地形图�工程控制测量�公路中线测设�纵、横断面测量�施工测量及变形观测等测量工作中得到了越来越广泛的应用。本文论述了地球形状及常用坐标系�研究了坐标系之间的坐标转换方法�特别是不同坐标系的空间直角坐标间、同一坐标系的空间直角坐标与其相应的地理坐标系坐标、以及地理坐标系与地图�平面�坐标系间坐标转换算法。深入研究了GPS的WGS-84与中国制图长期采用的BJ-54两种地球模型之间的空间直角坐标系、地理坐标系与地图�平面�坐标系间的转换

2、模型及其应用。这里还进一步以唐山地区为例�给出了局部区域内的GPS坐标�通过自己编写VB程序并对坐标进行换算�与中海达坐标转换程序的转换结果进行分析比对。关键词GPS,坐标系转换,程序说明1引言随着科学技术和数字化技术的发展�GPS越来越多的应用于各种测量。利用GPS定位技术将测量工作的外业工作完成后�我们会将GPS接收机内的观测数据传输到计算机内部进行点位坐标的解算�而首先面临的就是坐标系的定义与坐标系间的转换问题�因为GPS所观测的点的坐标均为国际WGS-84坐标�它是以经度、纬度与大地高来表示地球上某一点的坐标的�而在我国的工程测量中采用

3、的坐标系是1954北京坐标系、1980西安坐标系或地方坐标系。因此�如何将WGS-84坐标转换为1954北京坐标系、1980西安坐标系或地方坐标系就成为一个关键问题。2文献综述2.1坐标2.2转换的应用研究坐标转换应用于许多方面�例如�GPS与电子地图的坐标的匹配�WGS-84坐标系和BJ-54坐标系的转换�电子海图系统中的坐标变换�GPS桥梁网的坐标转换�坐标变换在工程测量中的应用等等�所以研究坐标转换具有相当重要的理论意义和实用价值。在我国的测量工作中�坐标变换多是在地面坐标系上进行�主要是北京-54坐标系、西安--80坐标系、地方独立坐标

4、系。但GPS测量数据是属于WGS-84坐标系�因此研究如何将WGS-84坐标系转换为地面坐标系有重大的实际意义。国外生产的GPS接收机一般都装有WGS-84的坐标系和欧美、日本等国家�地区�的局部坐标系转换软件。而我国由于大地测量数据的保密性以及北京-54坐标系是局部平差�西安--80坐标系是整体平差等原因�国外生产的GPS接收机软件没有对我国地面坐标系转换的数学模型。2.3GPS测量数据向地面坐标2.4系转换GPS测量数据坐标转换为地面坐标系有两类转换模式�一类是二维转换�也称为平面转换��一类是三维转换�也称为空间转换�。下面以北京-54坐

5、标系为例�分别介绍WGS-84坐标系向地面坐标系�北京-54坐标系�进行坐标转换的方法。2.4.1二维转换在实际GPS测量数据向地面坐标系坐标转换的应用中发现�用七参数模型等三维转换存在一些问题�例如�GPS单点定位获得的地心坐标不准确的问题�水准高和大地高存在不一致的情况�各个转换参数相互影响的问题等�这些阿题在求解方程中引入了较大的误差�甚至有时出现病态矩阵的情况�难以求逆。因此�在工程应用中常常采用平面和高程分开转换的方法。这种方法的优点在于�⑴所需的公共点少。三维转换至少需要3个公共点�而二维转换只需2个点就可以了。⑵可以避免高程系统不

6、一致带来的误差。北京-54坐标系是将参考椭球在起算点上沿法线方向平移N�使该点与大地水准面相切�使得此参考椭球更符合本地区实际�因此�局部网的高程是海拔高H而GPS观测的高程是地面点到WGS-84参考椭球面的大地高。由于地球内部的质量分布不均匀�大地水准面与参考椭球面之间存在着差异�称之为高程异常h��参考椭球面可以用数学公式表达出来�而大地水准面则不可能。这样H与h之间不可能建立起严密的关系式。因此�消除了由于H和h不一致而给转换参数引入的误差。地面坐标系以北京-54坐标系为例。在小面积范围内�认为北京-54椭球的中心和坐标轴方向与WGS-8

7、4椭球相一致。采取以下步骤进行坐标转换�⑴将WGS-84直角坐标转换为大地坐标。⑵将WGS-84大地坐标�B、L�转换为WGS-84高斯平面坐标�x、y�。⑶WGS-84高斯坐标与北京-54坐标系都是平面坐标�二者可以通过简单的平移和旋转进行相互转换。对所有的GPS测量数据经过以上3个步骤计算�即可求得北京-54坐标系下的坐h标。水准高度由大地高54减去大地水准面差距求得�大地水准面差距可以根据大地水准面模型或水准重合点拟合求得。平面转换模型原理简单�数值稳定可靠。但平面转换模型只适合范围较小的工程使用�对于大范围的GPS测量应使用三维转换模型

8、。2.4.2三维转换WGS-84坐标系通过三维转换�转换为北京-54坐标系�具体转换步骤如下�(B,L,H)⑴将GPS测量数据的大地坐标848484�