手持GPS接收机不同坐标系参数转换

景金城1，李 伟2，唐 斌1

（1.成都理工大学，四川 成都 610059 ；2.甘肃煤田地质局，甘肃 张掖 734000）

摘 要：手持GPS接收机接收的WGS84经纬度坐标与我国的平面坐标系基准不统一，需要通过求解参数校正野外测点数据。将算法程序化，面向对象编程实现参数参数求解功能，方便野外地质调查人员随时校正手持机参数，准确获取地质测量数据。关键词：手持GPS接收机；坐标系；参数转换；面向对象编程中图分类号：P226 文献标志码：B

文章编号：1672-4623（2018）04-0056-02

野外地质调查和填图中，手持GPS接收机（简称“手持机”）采集地质点坐标高效快捷，只需要利用附近的控制点对仪器进行点位校正，辅助完成较高精度的地质调查工作。在戈壁滩和地形复杂地区进行地质作业，手持机具有优势。目前国家坐标系统有BJ54、XA80、CGS2000，不同的坐标系使用的基准不一，需要校正参数才能准确测量。研究手持机参数转换的三参数和七参数模型，只有HDS2003等少数几个软件能够求解WGS84经纬度坐标到平面坐标的转换参数，但是存在安装和操作等细节问题，使用不便。本文针对实际需要，把参数模型程序化，设计了界面清晰、操作简便的小程序，无需安装，并增加了WGS-84坐标到2000国家大地坐标的转换模块。

JdXNJXNJXN

KOKOKO

KdYO=KYO-KYO (1)

KOKZOKZOLdZPLPDLPWGS84

式（1）中均为空间直角坐标，下标D表示国家坐标系[2]。计算时，需要先进行大地坐标和直角坐标的同源转换。

2）空间大地坐标→空间直角坐标系

Z=+

BL ] X(NH)coscos

BinL [ Y=(N+H)coss(2)

]2

\\Z=[N(1-e)+H]sinB

式（2）中，e为椭球第一偏心率，N表示该点的卯酉圈曲率半径[1]。计算时，H为该点的大地高，可利用式H = H正常+ζ[1] 求解。H为海拔高，ζ表示高程异常，CGS2000坐标系中高程为大地高。2.2 七参数模型

参数模型介绍：JXNJ1c-bNJXONJdXNKNOKOKOKO KYNO=(1+k)K-c1aOKYOO+KdYO (3)

KOKOKOKOKZOb-a1PKZOOLdZPNLLPLP

式（3）中，（dX,dY,dZ）为平移参数；（α,β,γ）为旋转参数，k为比例缩放参数[1]。求解七参数，至少需要3组控制点对，用最小二乘法进行约束平差，以提高局部范围内参数求解的精度。

1 坐标系介绍

北京54坐标系是参心坐标系，基准是Kressovsky参考椭球，长半轴a=6 378 245 m，扁率f=1/298.3。西安80坐标系是参心坐标系，基准是IAG75参考椭球，椭球长半轴a=6 378 140 m，扁率f=1/298.257。CGS2000坐标系是地心坐标系，原点为地球的质心，椭球为一等位旋转椭球[1]，长半轴a=6 378 137 m，扁率f=1/298.257 222 101。目前各省建立了CORS网络工作站，多数省份的CORS系统，平面用2000坐标系，高程依然沿用1985黄海高程基准。

3 面向对象程序实现

1）界面展示（以三参数计算为例），如图1。2）可靠性检验，如表1。

为检验软件的准确性，找到几组点（部分点做过改动），结果同HDS2003软件比较。

通过比较，软件的计算准确性相当高，计算误差是由取值精度导致的，不影响校正精度。七参数的计

2 参数转换及程序实现

由于地质资料基准不统一，为采集和底图坐标一致的数据，需要计算正确的转换参数进行校正。2.1 三参数模型

1）参数模型介绍

收稿日期：2016-05-24。

项目来源：甘肃省地质勘查基金资助项目（甘地基发[2015]11号）。

第16卷第4期景金城等：手持GPS接收机不同坐标系参数转换·57·

算结果经过验证，同样比较准确。

表1 三参数计算结果比较

点位县域蓝田县

蓝田县阿右旗山丹县肃北县

面向对象程序三参数dXdYdZ-1.19-124.24-54.741.02-130.34-59.2450.21-50.00-78.6444.1626.15-25.9643.8923.56-25.05

HDS2003三参数结果

dXdYdZ-0.98-124.64-58.481.21-130.75-62.9650.285-51.503- 79.8944.1426.10-25.9443.8723.52- 25.03

dx-0.21 -0.19 -0.07 0.02 0.02

结果比较

dydz0.40 3.74 0.41 3.72 1.50 1.25 0.05 -0.02 0.04 -0.02

制在10 m以内。

在实际操作中，由于仪器自身字段精度设计不同，导致椭球扁率f校正不精确，此时需要对7个参数进行适当的微调，精度可以达到5 m内。

参考文献

[1] 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,2010

[2] 徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理与应用 [M].武汉:

武汉大学出版社,2008

[3] 赵玉明,刘宝元,朱少波,等.西安1980坐标转换为

WGS1984坐标的3参数近似估算方法[J].中国水土保持科学,2013,11(3):78-83

[4] 符建波,高帅华.三参数坐标转换模型转换精度的研究[J].

矿山测量,2014(5): 54-56

[5] 柳光魁,赵永强,王振禄,等.西安1980坐标系与WGS-84坐标系转换方法及精度分析[J].测绘与空间地理信息,2006,29(6):40-41

[6] 马腾,王耀强,葛岱峰,等.坐标转换参数及测点与公共点

距离对手持GPS精度的影响[J].测绘信息与工程,2010 (5): 16-17

[7] 郭英起,唐彬,张秋江,等.基于空间直角坐标系的高精度坐

标转换方法研究[J].大地测量与地球动力学,2012,32(3):125-128[8] 韩买侠,郭春喜,王文利,等.小比例尺基础数据由1980坐

标系向2000坐标系转换的方法[J].测绘科学,2014,39(1):32-34[9] 谭清华,曾祥新,张任. BJS54测绘成果到 CGCS2000 的转

换方法应用[J].全球定位系统,2010,35(2): 36-39第一作者简介：景金城，硕士研究生，研究方向为地图制图学与地理信息工程。

图1 三参数计算软件界面

4 手持GPS接收机参数校正

手持机校正的是WGS-84坐标系和国家坐标系之间的转换关系。由于所使用的椭球基准不同，需要先校正椭球参数。WGS84参考椭球长半径a=6 378 137 m，扁率为f=1/298.257 223 563。不同坐标系的椭球纠正误差是：

1）北京54坐标：da=-108，df=0.000 000 480 795；2）西安80坐标：da=-3，df=-0.000 000 002 5；3）CGS2000坐标：da=0，df≈0。

校正完椭球参数，再进行7个参数的校正。由以上计算程序，求得相应的三参数或七参数。野外地质调查中，一般选择三参数校正即可，此时坐标系旋转参数和比例变换参数均为0。针对麦哲伦系列的仪器，在河西地区的地质勘查过程中，校正后的单点误差控

（上接第51页）区域跨带等技术难点提出了有效的解决办法。通过项目实践证明，该方案切实可行。目前，该坐标转换方案已应用于湖北省多个县（市、区）的坐标转换工作，对今后其他省市地区影像坐标转换具有参考意义。

[5] [6] [4]

参考文献

[1] 乔连军,韩雪培.1954北京坐标与1980西安坐标转换方法研

究[J].测绘与空间地理信息,2006,29(1):36-43

[2] 吕成亮,何丹亮.基于CGCS2000参考框架下CORS网成

果获取方法研究[J].测绘地理信息,2013,38(3):28-31

[3] 徐仕琪,张晓帆,周可法,等.关于利用七参数法进行

WGS-84和BJ-54坐标转换问题的探讨[J].测绘与空间地理

[7]

信息,2007,30(5):33-38

谢艳玲,夏正清.基于ArcGIS的1980西安坐标系到2000国家坐标系的转换研究[J]. 测绘与空间地理信息,2014,37(12):220-224

成英燕,程鹏飞,秘金钟,等.大尺度空间域下1980西安坐标系与WGS84坐标系转换方法研究[J].测绘通报,2007(12):5-8何林,柳林涛,许超钤,等.常见平面坐标系之间相互转换的方法研究——以1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家大地坐标系之间的平面坐标相互转换为例[J].测绘通报,2014(9):6-11

吕志平,魏子卿,李军,等.CGCS2000高精度坐标转换格网模型的建立[J].测绘学报,2013,42(6):791-797

第一作者简介：张丹，硕士，工程师，主要从事地理信息系统研发等工作。