转载 WGS 84坐标系和北京54坐标系转换方

转载 WGS 84坐标系和北京54坐标系转换方 转载 WGS 84坐标系和北京54坐标 系转换方 [转载]WGS-84坐标系和北京54坐标系转换方法及精度分 析 2011年08月13日 当你不能够再拥有的时候，你唯一可以做的就是令自己不要忘记。 17时18分16秒 WGS-84坐标系和北京54坐标系转换方法及精度分析 ----基于新疆兵团C、D级GPS网成果 高永甲 (新疆航天经纬测绘技术有限公司 新疆乌鲁木齐830002) [摘要]根据新疆兵团C、D级GPS网中的重合三角点、GPS2000网联合平差点、天文点成果和六个GPS连续运行站的数据，采用二维高斯平面坐标转换模型和Bursa七参数转换模型，完成了WGS-84坐标系与北京54坐标系转换参数的计算与精度分析。 [关键词]WGS-84坐标系;北京54坐标系;转换模型;转换参数;坐标转换;精度分析 随着GPS定位精度的不断提高, GPS技术在测量中的应用也越来越广泛。由于我国高精度的GPS网是采用广播星历,在WGS-84椭球上平差的,平差后的大地坐标与大地高是以WGS椭球面为起算面的地心系成果。而我国测绘系统广泛采用的是北京54坐标系坐标1980西安坐标系坐标，各类坐标系不仅坐标原点不一致，而且相应的各坐标轴之间不平行，所以在实际应用中，必须进行坐标转换。本文所分析的WGS一84与北京54坐标之间的坐标转换问题，是结合兵团C、D级GPS控制网测量而进行的。 1 WGS-84坐标系和北京54坐标系 1.1 WGS-84坐标系 WGS—84世界大地坐标系(Wor1d Geodetic System),属于地心坐标系，它是美国国防局为进行GPS导航定位于1984年建立的地心坐标系，1985年投入使用。 对应于 WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用 IUGG第 17届大会大地测量常数的推荐值。下面给出WGS-84椭球两个最常用的几何常数: 长半轴: 6378137? 2(m), 扁 率: 1:298.257223563 WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等坐标系相互转换，其方法之一是:在测区内，利用至少3个以上公共点的两套坐标列出坐标转换方程，采用最小二乘原理解算出7个转换参数就可以得到转换方程。其中7个转换参数是指3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。 1(2 北京54坐标系 在1975年国际大地测量和地球物理联合会的第十六届全体大会上，根据该会所属的“基本大地常数”专题组综合的十几年国际上的研究成果，确定并提出了与1975年大地坐标系相对应的椭球(简称lAG一75椭球)，并把该椭球推荐为国际椭球。1980西安坐标系即采用其椭球参数，即:a=6378140m; GM=3986005×10;; 。 2 坐标转换 通过GPS控制网数据处理，获得的是各GPS点基于WGS-84坐标系下的三维地心坐标成果，而实际工作中经常使用的是各GPS点基于北京54坐标系的坐标成果，因此，必须通过转换，获得各GPS点的北京54坐标系坐标成果。本文结合覆盖新疆兵团(共分7个片区，布设10余个GPS C、D级子网。全网观测GPS控制点861个，其中GPS C级点662个，GPS D级点199个) C、D级GPS网的实际,分析WGS-84坐标系和北京54坐标系的转换模型与计算方法。 2.1重合点分析 坐标转换主要是利用两种坐标系的重合点，采用坐标转换模型，通过转换方法得到相应坐标系的坐标。根据新疆建设兵团区域GPS 网与该地区三角点的重合情况，使用三维坐标转换模型求得坐标转换参数，再根据坐标转换参数求得GPS点相应的北京54坐标系坐标。 由于该项目涉及的范围较大，且各GPS子网分片分布，为了获得高精度的坐标转换结果，需要采用分区的方法进行坐标转换。根据GPS子网自然分 、D级网，2区包括民丰-且末GPS 布，分为7个区。其中1区包括14师GPS C C、D级网，3区包括一团，五团GPS C、D级网，4区包括农十三师GPS C、D级网，4区包括农六十八师GPS C、D级网，6区包括农九师GPS C、D级点，7区包括185团、186团、181团、184团GPS C、D级点。 在WGS-84坐标转换为1980西安坐标中，因本次GPS控制网点与该地区三角点的重合重合点较少，仅为24个。因此又均匀地选取了130个国家天文大地网与高精度GPS2000网联合平差点，共154个重合点用于坐标转换。其中:1区25点;2区15点;3区33点;4区23 点;5区19点;6区16点 ;7区23点。重合点分布情况和数量见表1、图1。 表1 坐标转换残差中误差(单位:m)统计表 项名 区名 平面坐标 x中误差 平面坐标 y中误差 平面位置 残差中误差 利用 重合点 1区 ?0.023 ?0.031 ?0.039 25 2区 ?0.123 ?0.203 ?0.237 15 3区 ?0.135 ?0.160 ?0.209 33 4区 ?0.040 ?0.031 ?0.051 23 5区 ?0.058 ?0.081 ?0.100 19 6区 ?0.061 ?0.061 ?0.086 16 7区 ?0.136 ?0.134 ?0.191 23 2.2坐标转换模型 (1)常用坐标转换方法及模型 ?Bursa七参数坐标转换模型 其中，3个平移参数 ，3个旋转参数 和1个尺度参数 。 ? 二维高斯平面坐标转换模型 其中，2个平移参数x0、y0，1个旋转参数α和1个尺度因子 。 (2)坐标转换方法及模型确定 对Bursa七参数坐标转换模型高斯平面坐标转换模型分别进行了试算，结果表明，Bursa七参数模型和二维平面坐标模型转换结果的精度在本区域内基本相同，但考虑到Bursa七参数为三维模型，理论比较严密，因此最终采用Bursa七参数模型转换的结果，而二维平面坐标模型转换的结果仅作为辅助检查使用。 图1:新疆建设兵团GPS点坐标转换重合点分布图 3收集GPS连续运行站的数据 本次数据处理收集了乌鲁木齐(URUM)、拉萨(LHAS)、塔什库尔干(TASH)、乌什(WUSH)、德令哈(DLHA)、IISC六个GPS连续运行站的数据，做三维约束平差，求出双频观测的GPS C级网点坐标。 4坐标转换 根据坐标转换参数，计算相应的北京54坐标系坐标成果。其计算步骤: ? 换算转换点的WGS-84坐标系的空间直角坐标X1,Y1,Z1; ? 根据坐标转换参数(7参数):3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度参数 按下式计算相应的北京54坐标系的空间直角坐标X2,Y2,Z2。 式中:3个平移参数 的单位为米;3个旋转参数 的单位为弧度;1个尺度参数 无单位。 5 WGS-84与北京54坐标系坐标转换精度统计与分析 坐标转换的精度是通过求取转换参数的重合点的残差中误差体现的。 坐标转换精度估计依据下式计算: (1)V (残差) =重合点已知坐标 -重合点转换坐标; (2)空间坐标X与平面坐标x残差中误差: ; (3)空间坐标Y与平面坐标y残差中误差: ; (4)空间坐标Z与大地高H残差中误差: WGS-84与北京54坐标系坐标转换残差中误差见表2。 以Bursa七参数转换为例，根据所求得的转换参数，再利用布尔沙一沃尔夫模型求得新疆兵团C、D级GPS网点的1980西安坐标。利用七参数转换公式求得的网点精度如表2所示。 表2利用七参数转换求得的网点坐标与已知点坐标较差统计表 4 结论与建议 用Bursa七参数法进行WGS-84坐标与北京54坐标的转换,比用二维平面坐标模型法解算的精度高,由此得出结论:在解算过程中,如果用到的重合点越多转换精度也越好。从参数求解过程中及已知点回代误差统计中都可以发现,在已知点中的个别粗差点,会扭曲与降低转换参数的确定精度,建议把粗差点剔除后重新计算。针对本次作业区域,国家三角点破坏严重的实际情况，我们可以利用多个精度较高的天文大地点和高精度GPS2000网联合平差点作为重合点的强制符合方法完成WGS-84坐标系与北京54坐标系的转换。这样的坐标转换成果,与原国家一、二等三角点成果更接近一致。 参考文献: [ 1 ]周忠谟,等. 地面网与卫星网之间转换的数学模型[M ].北京:测绘出版社, 1984. [ 2 ]郭春喜,等. 西安80坐标系与WGS-84坐标系转换模型的确定[ J ]. 东北测绘, 2002, 25 (4) . [ 3 ]刘大杰，施一民(全球定位系统(CPS)的原理与数据处理[M]，上海:同济大学出版社，1996:194(206. [ 4 ]孔祥元，郭际明,刘宗泉(大地测量学基础[M](武汉:武汉大学出版社，2001:158—175 [ 5 ,孔祥元，梅是义(控制测量学(下)[M](武汉:武汉大学出版社(2002:148，65，63—8O( [ 6 ]熊介(椭球大地测量学[M](北京:解放军测绘出版社，1988( [ 7 ]陈信.GPS数据的坐标转换[J](广西:大众科技,2005. 作者简介: 高永甲 (1978-) ,男,汉族，新疆乌鲁木齐人,工程师, 主要从事工程测量和国家基础测绘工作。