手持GPS接收机不同坐标系参数转换

作者：景金城，李 伟，唐 斌

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

当工作区内有3个已知北京54与wgs84坐标控制点时，可用下式计算wgs84到北京54坐标的转换参数(a、b、c、d、e、f)：x54=ax84+by84+c，y54=dx84+ey84+f，多余一点用作检验。第三类则可利用转换参数将局部大地坐标系中任一大地点的坐标换算为地心坐标系中的相应数值。后面在绘制path时所使用的参数，就是根据这两个值来进行转换，比如上面的代码，将24dp划分为24份，如果在绘制图形时使用坐标(12,12)，则意味着该坐标位于该svg图形正中间。

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 378140 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。

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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

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

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：

如果我们只是想简单的接收一次卫星信号，旋转云台也可以不做，我们可以手持天线找到合适的接收方向。百叶窗 擦除 出现 飞入 盒状 阶梯状 菱形 轮子 劈裂 棋盘 切入 十字形扩展 随机线条 向内溶解 楔入 圆形扩展 淡出 缩放 旋转 展开 翻转式由远及近 回旋 基本缩放 上浮 升起 下浮 中心旋转 弹跳 飞旋 浮动 基本旋转 螺旋飞入 曲线向上 玩具风车 字幕式 放大/缩小 填充颜色 透明 陀螺旋 线条颜色 变淡 补色 不饱和 对比色 对象颜色 加深 脉冲 彩色脉冲 中跷板 闪烁。第四步，10*10个参数只针对一个神经元，要是有100万个神经元，则需要100万*10*10个参数，神经元多后，参数还是太大，如果每个神经元的这10*10个参数相同呢，这样就还是只需要10*10参数，因而经过局部感受野到权值共享再到每个神经元的10*10个参数相同，不管图像多大，不管每层神经元个数多少，而两层间连接还是只需要求解10*10个参数。

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。

图1 三参数计算软件界面

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。七参数的计算结果经过验证，同样比较准确。

表1 三参数计算结果比较

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。

102、我单位的机床为fanuc12m系统，机床跟随误差大，在进给速度为２米以上时，３个坐标都可达到0.2mm的跟随误差，由于我们只有日文的说明书，一般的参数只是有所了解．向跟随误差大这样的故障，我们不知道前馈参数是哪个。刚体从世界坐标系转换到相机坐标系的过程，可以通过旋转和平移来得到，我们将其变换矩阵由一个旋转矩阵和平移向量组合成的齐次坐标矩阵（为什么要引入齐次坐标可见后续文章）来表示：。利用rs技术将室内获得的公路沿线地形、地质形态,在外业勘测中可充分利用初设阶段的有关数据,对大(中)桥、涵洞位置及不良地质和特殊路段,结合地形图、gps进行野外现场实地布点、检查、补充和校正,为设计提供充足、完整的准确资料。

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：略

END

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