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盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。
毕业设计
设计题目坐标转换参数求取及坐标转换程序设计
学生姓名张威
指导教师杜继亮
专业测绘工程
班级测绘12-2班
填写日期2016/4/6
矿业工程学院
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摘要
坐标系统是测量工作中定位的基础，坐标系统有多种形式和基准，由于各测量工作目的不同，所选用的坐标基准也会不同，根据不同的工作要求需要将不同的坐标系下的坐标进行相互转换。在这些坐标转换的过程中会用到很多坐标转换模型，但是坐标系转换模型过于复杂手算非常困难。本设计为了方便施工时遇到的坐标转换问题，设计利用Visual Basic 6.0编程语言编写程序，用来实现坐标系统之间的转换以及转换参数的求解，例如:大地坐标与空间直角坐标的相互转换、高斯投影正反算、二维坐标转换与四参数计算、三维坐标转换与七参数转换、同参考基准下的坐标换带计算，以及坐标数据的批量处理。
关键字：坐标系统，转换模型，坐标转换，程序设计
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Abstract
The base of coordinate system in surveying work. there are many forms and benchmarks in the coordinate system. However, in general engineering, the control point and coordinate. System are the same. So It is necessary to transform the control point. coordinate during the construction process. Due to different purposes of each measurement and the selected. different coordinate references, there will be many different coordinate systems. Coordinate systems used in the measurement work are as follows: WGS-84 World Geodetic System, China Geodetic Coordinate System 2000, National Geodetic Coordinate System 1980, Beijing coordinate system 1954 and Local Coordinate System. There are space rectangular coordinate, geodetic coordinate and plane coordinate in the way of the reference in the same coordinate. According to the requirements of different tasks, we need to convert coordinates under the different coordinate systems. On condition that the coordinates of the reference standard can be obtained. the normal construction work can be done. A lot of coordinate transformation models are used in the process of the coordinate transformation. But the coordinate transformation model is very complex and difficult. Nowadays the conversion formula is suitable for the computerization whose language is easy to learn. So in the design I make use of Visual Basic 6 programming language to realize the transformation between the coordinate system and transformation parameters.
Key words : coordinate systems transformation model coordinate transform programming
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目录
摘要......................................................... I Abstract......................................................... II 第1章绪论 (1)
1.1研究背景和意义 (1)
1.2国内外研究现状 (1)
1.3研究的主要内容 (1)
1.4程序设计思路方法 (2)
第2章坐标理论和知识 (2)
2.1地球椭球 (3)
2.2基准 (3)
2.3测量常用坐标系 (4)
2.3.1大地坐标系 (4)
2.3.2空间直角坐标系 (4)
2.3.3平面坐标系 (5)
2.3.4地方独立坐标系 (5)
2.4我国常用坐标系 (6)
2.4.1 1954年北京坐标系 (6)
2.4.2 1980国家大地坐标系 (6)
2.4.3 WGS-84世界大地坐标系 (6)
2.4.4 2000国家大地坐标系 (7)
第3章坐标转换程序设计 (13)
3.1大地坐标系与空间直角坐标系的转换 (15)
3.1.1大地坐标转换成空间直角坐标 .................... 错误!未定义书签。
3.1.2空间直角坐标转成换大地坐标 .................... 错误!未定义书签。
3.2高斯平面坐标与大地坐标的转换 (16)
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3.2.1 高斯正算....................................................... 错误!未定义书签。
3.2.2 高斯反算....................................................... 错误!未定义书签。
3.3高斯投影换带计算 (18)
3.4 二维坐标转换与四参数计算 (20)
3.5三维坐标转换与七参数计算 (21)
3.6三、六度带带号与中央子午线计算 (23)
第4章设计总结 (26)
致谢 (32)
参考文献 (33)
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第1章绪论
1.1研究背景和意义
随着大地测量学，摄影测量学的发展和电子计算机的普及，对各种坐标系的研究变得越来越重要了[1]。随着现在社会的快速发展，各种各样的大型工程的建设，凡是工程施工就必定需要坐标来定位才可以，而建造的地方又不同，又没有一个满足全部地方的坐标系统，所以产生多种不同的坐标系统，实际工作中测量人员必定会按照实际情况选择最为合适的坐标系统。而坐标系统之间的转换比较复杂，手算工作量巨大，因而各种坐标转换模型相继出现，利用计算机强大的数据计算能力可以轻松应对这些问题，提高工作效率。坐标转换的意义重大，不仅在我们熟知的工程领域中，在国防建设、航空航天科技、城市汇划等众多领域中都发挥着重要的作用，可以说对社会进步有着必不可少的作用。
1.2国内外研究现状
自60年代以来，各国大地测量学者，经过大量研究，提出了多种坐标转换模型及多种解算方法，北美1927基准面（基于克拉克1966椭球体与北美1983基准面（基于GRS1980椭球体）之间坐标转换是根据研究区内一系列己知点的大地坐标或网格坐标改正量进行插值进行的坐标系转换；英国采用北向与东向的双线性网格插值进行坐标转换；挪威在海岸带调查中，采用经纬度多项式用于坐标系转换这种方法进行新（ED87一欧洲1987基准面）、旧（ED50一欧洲1950基准面）坐标系之间的转换：欧洲石油勘探组织（EPSG）对新、旧坐标系采用“双线性插值” 进行坐标转换[2]。
国内空间三维直角坐标转换中，一般采用布尔莎七参数模型。一般有7个转换参数，即3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度参数。需要三个及已经公共点时，才能利用平差的方法求出七参数。
1.3研究的主要内容
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本坐标转换程序可实现功能有:1、大地坐标与空间直角坐标的相互转换，2、高斯投影正反算，3、二维坐标转换与四参数计算，4、三维坐标转换与七参数转换，5、同参考基准下的坐标换带计算，以及坐标数据的批量处理。
1.4程序设计思路方法
本程序名为万能坐标转换器。设计前期收集相关资料，参考一些成熟的坐标转换软件，确定程序应有的功能以及界面设计。运用VB编写程序时，查阅相关书籍获取理论知识以及转换模型。完成程序后将已知正确数据带入其中验证程序结果是否正确。若出现错误则检查每步代码，直到程序完美运行为止。
第2章基础知识准备
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2.1地球椭球
地球椭球体又称地球椭圆体或地球扁球体，代表地球大小和形状的数学曲面，以长半径和扁率表示，因它十分迫近于椭球体，故通常以参考椭球体表示地球椭球体的形状和大小。通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的半长径、半短径和扁率来表示。1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐的数据为：半长径6378140米，半短径6356755米，扁率1∶298.257。在众多椭球体中，WGS-84椭球体被认为符合上述条件最好的椭球。
2.2基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线和面。而大地测量基准是指用以描述地球形状的地球椭球参数，包含描述地球椭球几何特征的长短半轴和物理特征的有关参数、地球在空间的定位及定向以及描述这些位置所采用的单位长度的定义。不同的坐标系统会使用的基准也不同，根据参考椭球所选原点位置不同，可以分为地心坐标系和参心坐标系。
地心坐标系是以地球的质心为原点，有地心大地坐标系和地心空间直角坐标系两种表述方法。地心空间直角坐标系的定义为：以地球质心为原点，X轴指向格林尼治子午面与地球赤道的交点，Z轴指向北极，Y轴过原点垂直于平面XOZ，构成右手空间直角坐标系。地心大地坐标系定义为：以地球的质心作为原点，以地球自转轴作为椭球的短轴，大地纬度B是过地面点的椭球法线与椭球赤道面之间的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治子午面之间的夹角，大地高度H为地面点沿椭球法线到椭球面的最短距离。WGS-84坐标系，CGCS2000坐标系，GLONASS是采用PZ-90坐标，都是属于地心坐标系。
参心坐标系是选取一个参考椭球面作为基本的参考面，选一参考点作为大地测量的起算点，从而确定参考椭球在地球面的位置和方向。这时参考椭球的原点不会和地球质心重合，所以称为参心。北京54坐标系、西安80坐
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标系和新北京54坐标系，都是参心坐标系。它同样具有参心大地坐标系和参心空间直角坐标系两种表述方法，它们的定义与地心坐标系的定义相似。
2.3测量常用坐标系
2.3.1大地坐标系
空间一点的大地坐标用大地经度L、大地纬度B和大地高度H表示，地
面上P
地点的大地子午面NP S与起始大地子午面所构成的二面角L称P
地
点
的大地经度，P
地点对于椭球的法线与赤道面的夹角B称P
地
点的大地纬度。
如图2-1所示
图2-1大地坐标系
P地点沿法线到椭球面的距离H称大地高，从椭球面起算，向外为正，向内为负[3]。
H = H正常+ ζ（高程异常）
H = H正+ N（大地水准面差距）
2.3.2空间直角坐标系
空间直角坐标系的坐标原点与参考椭球的中心重合，Z轴正向指向参考椭球的北极，X轴正向指向起始子午面与赤道的交点，Y轴按右手系与X轴
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呈90°夹角且位于赤道面上，某点在空间中的坐标可用该点在此空间坐标系的各个坐标轴上的投影来表示[4]。如图2-2所示：
图2-2空间直角坐标系
2.3.3平面坐标系
平面直角坐标系是利用投影，将空间坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换称为投影变换[5]。在我国一般采用的是高斯一克吕格投影，是目前测量上广泛采用的正形投影，特点是没有角度变形，在不同点上的长度比随点位而异，但在同一点上各方向的长度比相同，也称为高斯投影[6]。
2.3.4地方独立坐标系
在我国平面坐标主要采用的是高斯投影，在该投影中，除中央子午线外，其它位置上的任何线段，投影后都会产生一定的长度变形，而且变形随离开中央子午线的距离增加而增加[7]。因此一般采用分带投影的办法，来限制长度变形，我国规定了采用3度带或6度带进行分带投影。在城市、工矿等工程测量中，如果直接在国家分带坐标系中建立控制网，会使地面长度投影的变形较大，当长度变形大于2．5 cm/km时，就难以满足工程上的需要[8]。另
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一些特殊的测量，比如大桥施工测量，水利水坝测量，滑坡变形监测等，采用国家坐标系精度不能满足工程要求，所以常常会建立适合本地区的地方独立坐标系[9]。
2.4我国常用坐标系
2.4.11954年北京坐标系
1954年北京坐标系，是采取先将我国一等锁与前苏联远东一等锁相联接，然后以连接处呼玛，吉拉林，东宁基线网扩大边端点的前苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部一等锁[10]。椭球参数：长半轴a=6378245m，短半轴b=6356863.0188m，扁率α=1/298.3，第一偏心率平方e2=0.00669342161454287，第二偏心率平方e’2=0.00673852540614652。
2.4.21980国家大地坐标系
1980国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。椭球参数：长半轴a=6378140±5m，短半轴b=6356755.2882m，扁率α=1/298.257，第一偏心率平方e2 =0.00669438499959，第二偏心率平方e’2=0.00673950181947。
2.4.3WGS-84世界大地坐标系
WGS-84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH （国际时间服务机构）1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标
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系统。椭球参数：长半轴a=6378137，短半轴b=6356752.3142，扁率α=1/298.2572236，第一偏心率平方e2=0.00669437999013 ，第二偏心率平方e’2=0.006739496742227。
2.4.42000国家大地坐标系
CGCS2000是（中国）2000国家大地坐标系的缩写，该坐标系是通过中国GPS连续运行基准站、空间大地控制网以及天文大地网与空间地网联合平差建立的地心大地坐标系统[11]。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。椭球参数：长半轴a=6378137，短半轴b=6356752.31414，扁率α=1/298.2572236，第一偏心率平方e2=0.00669437999013 ，第二偏心率平方e’2=0.006739496742227。
2.5坐标转换模型
2.5.1大地坐标系与空间直角坐标系转换模型
将同一坐标系下的大地坐标（B，L，H）转换成空间直角坐标（X，Y，Z）的转换公式为：
式中：a为参考椭球长半轴，e为第一偏心率，N为卯酉圈的半径[12]。
将同一坐标系下的空间直角坐标（X，Y，Z）转换为大地坐标（B，L，H）的公式为:
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L=arctan()
B=arctan()
H=
用公式进行空间直角坐标转换大地坐标时，需要采用迭代计算大地纬度B。具体计算时，可先根据下式求出大地纬度B的初值：
因为, 带入B=arctan()
得:
令:
则式子可写成
然后利用该初值B代入公式右端tanB中，将等式左边的结果再次代入右端tanB，直到最后两次B值之差小与允许误差为止。当得到大地纬度B 后，代入公式即可求出大地高H。
2.5.2高斯正反算转换模型
得到了点的大地坐标(L，B)，就可以将其转化为某投影带的高斯平面坐标，我们将椭球参数代入高斯投影正算公式得到更适用于电算的高斯坐标计算的实用公式：
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其计算结果的精度可达0. 001m。
只要得到了高斯平面坐标(X, Y)后，便可通过高斯反算公式将其转换成大地坐标(B, L)，高斯投影反算公式为:
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它们的计算精度,即平面坐标可达。
2.5.3坐标转换与参数计算转换模型
二维转换模型：
2个平移参数（原点不重合产生的）
1个旋转参数（坐标轴不平行产生的）
1个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生的）
为某点在A空间直角坐标系中的坐标。为某点在B空间直角坐标系中的坐标。为某点从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系的两个平移参数。β为从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中标系的两个平移参数。β为从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中一个旋转参数。m为从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的一个尺度参数。
平面四参数求解步骤如下:
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利用公共点计算坐标参数，但至少有两个公共点，当有i个公共点时，可利用最小二乘原理求解参数。
将B直角坐标系中的坐标视为观测值，设A直角坐标系下的坐标视为无误差，列误差方程为：
写成矩阵形式既：
由于各点的坐标可视为同精度独立观测值，因此P=I。
把各点坐标已知值带入上述误差方程，然后按下列公式求解出四参数：
三维转换模型：
3个平移参数（原点不重合产生的）
3个旋转参数（坐标轴不平行产生的）
1个尺度参数（两坐标系间的尺度不一致产生的）
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一般为微小转角，模型可简化为：
为某点在A空间直角坐标系中的坐标。为某点在B空间直角坐标系中的坐标。为某点从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系的三个平移参数。为从A空间直角坐标系转换到B 空间直角坐标系中三个旋转参数。m为从A空间直角坐标系转换到B空间直角坐标系中的一个尺度参数。
七参数求解步骤如下:
利用公共点计算坐标参数，但至少有三个公共点，当有i个公共点时，可利用最小二乘原理求解参数。
将B空间直角坐标系中的坐标视为观测值，设A空间直角坐标系下的坐标视为无误差，列误差方程为：
写成矩阵形式既：
由于各点的坐标可视为同精度独立观测值，因此P=I。
把各点坐标已知值带入上述误差方程，然后按下列公式求解出七参数：
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2.5.4三、六度带带号与中央子午线计算模型
求带号、中央子午线公式为：
3°带:带号中央子午线L为当地经度6°带:带号中央子午线L为当地经度
第3章坐标转换程序设计
计划程序有哪些功能
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程序界面设计
搜集坐标转换公式
运用VB编写程序
检查能否正常运行
以及数据正确性
否
是
完成程序
图3-1 编写程序流程图
中海达R T K两个控制点如何计算四参数 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
中海达RTK两个控制点如何计算四参数摘要 中海达RTK两个控制点计算四参数(转换参数)流程： 1.把两个控制点输入控制点库； 2.平滑采集两个控制点坐标； 3.计算参数。 注意：使用两个点计算四参数前，请确保坐标系统里“平面转换和高程拟合”为无！ 否则会造成参数叠加，怎么算都是错误的！ --------------------------------------------------------- 中海达RTK两个点求转换参数参数流程： 1、把两个控制点（GPS01\GPS05）输入控制点库 2、采集两个控制点坐标（GPS01\GPS05） 3、计算参数 1、把控制点输入到控制点库 进坐标数据，选择控制点，添加，把GPS01\GPS05依次添加进去。 2、采集控制点坐标 进碎步测量用平滑采集依次采集GPS01和GPS05点，输入点名 GPS01、GPS05，杆高保存。 ①碎步测量 ②点显示隐藏图标采集控制点GPS01，把移动站放在控制点GPS01上，气泡水平居中。 点平滑采集图标开始采集，平滑采集10次，输入点名（GPS01）、杆高（）。平滑采集，每秒采集一次，采集10次求平均，精度较高！
③重复以上操作，采集控制点GPS05，把移动站放在控制点GPS05上，气泡水平居中，点平滑采集图标开始采集，平滑采集10次，输入点名（GPS05）、杆高（） 3、计算参数 ①进计算参数 ②默认计算类型“四参数+高程拟合”，点添加依次添加GPS01和GPS05。 ④添加 GPS01，源点进点库从坐标点库选择GPS01，目标点——进点库从控制点库选择GPS01，保存。 ⑤同样添加 GPS05，保存 ⑥添加结果 ⑦计算 ⑧计算结果：四参数 平移北：— 平移东：— 旋转：— 尺度K：无限接近1，即 < K < 高程拟合 改正值A: 注意：尺度K<，尺度K>应该考虑操作错误或控制点有问题，必须检查错误重新计算！ ⑨点击应用！ 4、检核精度 参数计算完后，必须对所计算的参数进行精度检核，检核方法有两种：
如何设置手持GPS相关参数及全国各地坐标转换参数一、如何设置手持GPS相关参数 （一）手持GPS的主要功能 手持GPS，指全球移动定位系统，是以移动互联网为支撑、以GPS 智能手机为终端的GIS系统，是继桌面Gis、WebGis之后又一新的技术热点。目前功能最强的手持GPS，其集成GPRS通讯、蓝牙技术、数码相机、麦克风、海量数据存储、USB/RS232端口于一身，能全面满足您的使用需求。 主要功能：移动GIS数据采集、野外制图、航点存储坐标、计算长度、面积角度（测量经纬度，海拔高度）等各种野外数据测量；有些具有双坐标系一键转换功能；有些内置全国交通详图，配各地区地理详图，详细至乡镇村落，可升级细化。 （二）手持GPS的技术参数 因为GPS卫星星历是以WGS84大地坐标系为根据建立的，手持GPS单点定位的坐标属于WGS84大地坐标系。WGS84坐标系所采用的椭球基本常数为：地球长半轴a=6378137m；扁率F=1／298.257223563。 常用的北京54、西安80及国家2000公里网坐标系，属于平面高斯投影坐标系统。北京54坐标系，采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：地球长半轴a=6378245m；扁率F=1
／298.2。西安80坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴 a=6378140m；扁率F=1／298.257。国家2000坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴a=6378137m；扁率F=1／298.298.257222101。 （三）手持GPS的参数设置 要想测量点位的北京54、西安80及国家2000公里网高精度坐标数据，必须学习坐标转换的基础知识，并分别科学设置手持GPS的各项参数。 首先，在手持式GPS接收机应用的区域内(该区域不宜过大)，从当地测绘部门收集1至两个已知点的北京54、西安80或国家2000坐标系统的坐标值；然后在对应的点位上读取WGS84坐标系的坐标值；之后采用《万能坐标转换》软件，可计算出DX、DY、DZ的值。 将计算出的DX、DY、DZ三个参数与DA、DF、中央经线、投影比例、东西偏差、南北偏差等六个常数值输入GPS接收机。将GPS接收机的网格转换为“UserGrid”格式，实际测量已知点的公里网纵、横坐标值，并与对应的公里网纵、横坐标已知值进行比较，二者相差较大时要重新计算或查找出现问题的原因。详细过程可查看《万能坐标转换》软件的【手持GPS参数设置】界面。 （四）自定义坐标系统（User）投影参数的确定
注:新版本已将"控制点坐标库"改为"求转换参数",实现的功能不变! 一、控制点坐标库的应用 GPS 接收机输出的数据是WGS-84 经纬度坐标，需要转化到施工测量坐标，这就需要软件进行坐标转换参数的计算和设置，控制点坐标库就是完成这一工作的主要工具。 控制点坐标库是计算四参数和高程拟合参数的工具，可以方便直观的编辑、查看、调用参与计算四参数和高程拟合参数的校正控制点。 利用控制点坐标库可以计算GPS 原始记录坐标到当地施工坐标的参数。在计算之前，需新建工程，输入当地的施工坐标系及中央子午线、投影高等。假设我们利用A、B 这两个已知点来求取参数，那么首先要有A、B 两点的GPS 原始记录坐标和测量施工坐标。 A、B 两点的GPS原始记录坐标的获取有两种方式： 一种是布设静态控制网，采用静态控制网布设时后处理软件的GPS 原始记录坐标； 另一种是GPS 移动站在没有任何校正参数起作用的Fixed（固定解）状态下记录的GPS 原始坐标。 1.1、校正参数 操作：工具→校正向导或设置→求转换参数(控制点坐标库) 所需已知点数：1个 校正参数是工程之星软件很特别的一个设计，它是结合国内的具体测量工作而设计的。校正参数实际上就是只用同一个公共控制点来计算两套坐标系的差异。根据坐标转换的理论，一个公共控制点计算两个坐标系误差是比较大的，除非两套坐标系之间不存在旋转或者控制的距离特别小。因此，校正参数的使用通常都是在已经使用了四参数或者七参数的基础上才使用的。
在工程之星新版本中，在校正向导中已经取消了两点校正功能，如果两个以上的已知点请使用控制点坐标库来求取参数。习惯使用校正向导的人请尽快学习新版本。 1.2 四参数 操作：设置→求转换参数(控制点坐标库) 四参数是同一个椭球内不同坐标系之间进行转换的参数。在工程之星软件中的四参数指的是在投影设置下选定的椭球内GPS 坐标系和施工测量坐标系之间的转换参数。工程之星提供的四参数的计算方式有两种，一种是利用“工具/参数计算/计算四参数”来计算，另一种是用“控制点坐标库”计算。。需要特别注意的是参予计算的控制点原则上至少要用两个或两个以上的点，控制点等级的高低和分布直接决定了四参数的控制范围。经验上四参数理想的控制范围一般都在5－7 公里以内。 四参数的四个基本项分别是：X 平移、Y 平移、旋转角和比例。 从参数来看，这里没有高程改正，所以建议采用“控制点坐标库”来求取参数，而根据已知点个数的不同所求取的参数也会不同，具体有以下几种。 1.2.1 四参数+校正参数 所需已知点个数：2个
基于 MATLAB 的七参数法坐标系统转换问题分析 1 张鲜妮 21, ,王磊 21, 1、中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州 (221008 2、江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州 (221008 E-mail: 摘要:GPS 测量的坐标是基于 WGS-84坐标系下的,而我国实用的测量成果大多都是基于北京 54坐标系下的。随着 GPS 测量技术的广泛使用,由 WGS-84坐标向北京 54坐标系下坐标的转换问题一直是一个可探讨的问题, 坐标系统转换的现有模型很多, 但常用的还是经典的七参数转换模型。随着不断的实践研究, 发现七参数在进行坐标系统转换时有一定的局限性。本文采用 MATLAB 语言编写了七参数法坐标系统转换程序,并对七参数坐标系统转换的若干问题进行了分析讨论。分析结果表明, 小区域范围内用正常高代替大地高对坐标转换精度影响很小; 公共点分布情况对坐标转换精度影响显著; 合适的公共点密度有利于提高坐标转换精度。 关键词:七参数法;坐标系统; MATLAB ;转换问题 1. 引言 随着 GPS 空间定位技术的发展, GPS 技术以其快速、精确、全天候在测量中的应用变的越来越广泛, GPS 成为建立基础控制网的首选手段 ]1[,由于 GPS 系统采用的是 WGS-84坐标系, 是一种地心坐标系, 而我国目前常用的两个坐标系 1954年北京坐标系 (以下称 BJ54 和 1980年国家大地坐标系,是一种参心坐标系,采用克拉所夫斯基椭球为参考椭球,并采用高斯克吕格投影方式进行投影, 我国的国土测量成果和在进行工程施工时大都是基于这两个坐标系下的。所以在利用 GPS 技术进行测量过程中必然存在由 WGS-84坐标向北京 54坐标系下的转换问题。现有的转换模型已经成熟,归纳起来主要有布尔莎 -沃尔夫模型(七参数法、莫洛登斯基 -巴代卡
坐标转换问题的详细了解对于测量很重要，那么请和我一起来讨论这个问题。 首先，我们要弄清楚几种坐标表示方法。大致有三种坐标表示方法：经纬度和高程，空间直角坐标，平面坐标和高程。 我们通常说的WGS-84坐标是经纬度和高程这一种，北京54坐标是平面坐标和高程着一种。 现在，再搞清楚转换的严密性问题，在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。 那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。在本软件中提供了计算三参数、七参数的功能。 在一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换，举个例子，在深圳既有北京54坐标又有深圳坐标，在这两种坐标之间转换就用到四参数，计算四参数需要两个已知点。本软件提供计算四参数的功能。 现在举个例子说明：在珠江有一个测区，需要完成WGS-84坐标到珠江坐标系（54椭球）的坐标转换，整个转换过程是 这样的：
本软件使用说明： 本软件采用文件化管理，用户可以将一种转换作为一个文件保存下来，下次使用时从文件菜单中选择打开这个文件来调用所有已有的转换参数。 实例一： 转换要求： 用户在一个佛山测区内使用RTK GPS接收机接受了一些点的WGS-84的坐标,现在希望将其转换为北京54和佛山坐标系下的坐标。用户有佛山测区的一些控制点，这些控制点有WGS-84坐标，也有北京-54坐标也有佛山坐标。 分析： WGS-84坐标和北京54坐标是不同两个椭球的坐标转换，所以要求得三参数或七参数，而北京54和佛山坐标都是同一个椭球，所以他们之间的转换是地方坐标转换，需要求得地方转化四参数，因为要求得到的北京54是平面坐标所以需要设置投影参数。： 步骤： 1．1．新建坐标转换文件，便于下次使用转换是不用重新输入，直接打开即可。 2．2．设置投影参数。 3．3．用一个已知点（WGS84坐标和北京54坐标），计算不同椭球转换的三参数（或七参数）。
在ArcGIS Desktop中进行三参数或七参数精确投影转换ArcGIS中定义的投影转换方法，在对数据的空间信息要求较高的工程中往往不能适用，有比较明显的偏差。在项目的前期数据准备工作中，需要进行更加精确的三参数或七参数投影转换。下面介绍两种办法来在ArcGIS Desktop中进行这种转换。方法1：在ArcMap 中进行动态转换(On the fly) 假设原投影坐标系统为Xian80坐标系统，本例选择为系统预设的Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980\Xian 1980 GK Zone 20投影，中央经线为117度，要转换成Beijing 1954\Beijing 1954 GK Zone 20N。在ArcMap中加载了图层之后，打开View-Data Frame Properties对话框，显示当前的投影坐标系统为Xian 1980 GK Zone 20，在下面的选择坐标系统框中选择Beijing 1954 GK Zone 20N，在右边有一个按钮为Transformations...
点击打开一个投影转换对话框，可以在对话框中看到Convert from和Into表明了我们想从什么坐标系统转换到什么坐标系统。
在下方的using下拉框右边，点击New...，新建一个投影转换公式，在Method下拉框中可以选择一系列转换方法，其中有一些是三参数的，有一些是七参数的，然后在参数表中输入各个转换参数。 输入完毕以后，点击OK，回到之前的投影转换对话框，再点击OK，就完成了对当前地图的动态投影转换。这时还没有对图层文件本身的投影进行转换，要转换图层文件本身的投影，再使用数据导出，导出时选择投影为当前地图的投影即可。
大地坐标（BLH） 平面直角坐标（XYZ） 四参数：X 平移、Y 平移、旋转角和比例 七参数：X平移，Y平移，Z 平移，X 轴旋转，Y 轴旋转，Z 轴旋转，缩放比例（尺度比） GPS控制网是由相对定位所求的的基线向量而构成的空间基线基线向量网，在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量。 图3-1表示为HDS2003数据处理软件进行网平差的基本步骤，从图中可以看到，网平差实际上可以分为三个过程： l、前期的准备工作，这部分是用户进行的。即在网平差之前，需要进行坐标系的设置、并输入已知点的经纬度、平面坐标、高程等。 2、网平差的实际进行，这部分是软件自动完成的； 3、对处理结果的质量分析与控制，这部分也是需要用户分析处理的过程。 图3-1 平差过程 坐标系选择 针对不同的平差，要相应选择不同的坐标系，是否输入相应信息。在笔者接触过的项目中，平差时先通过三维无约束平差后，再进行二维约束平差。由于先进行的时三维无约束平差，是在WGS84坐标系统下进行的。 首先更改项目的坐标系统。在菜单“项目”->“坐标系统”或在工具栏“坐标系统”，则弹出“坐标
系统”对话框，选择WGS-84坐标。 图3-2 坐标系统 这里注意的是，在“投影”下见图，中央子午线是114°。很多情况下这里需要进行修改。 图3-3 WGS84投影 软件中自带的“中国-WGS 84”是允许修改的，我们换种方法：就是新建一个坐标文件，其他参数都和“中国-WGS84”一致，仅仅将中央子午线修改下。 在上图中，点击“新建”，得到“COORD GM”对话框，在“文件”->“新建”，如图
图3-4 新建坐标系统 然后在“设置”->“地图投影”，直接修改中央子午线，这里以81°为例，点击确定后，返回“COORD GM”对话框。 图3-5 投影设置 将输入源坐标和输入目标坐标的椭球，均改为WGS84。在“文件”->“保存”，输入名称和国家（中国），退出操作。
实用标准文档 如何设置手持 GPS 相关参数及全国各地坐标转换参数 一、如何设置手持GPS 相关参数 （一）手持 GPS的主要功能 手持 GPS，指全球移动定位系统，是以移动互联网为支撑、以GPS智能手机为终端的GIS系统，是继桌面 Gis、WebGis 之后又一新的技术热点。目前功能最强的手持GPS，其集成 GPRS通讯、蓝牙技术、数码相机、麦克风、海量数据存储、 USB/RS232 端口于一身，能全面满足您的使用需求。 主要功能：移动 GIS数据采集、野外制图、航点存储坐标、计算长度、面积角度（测 量经纬度，海拔高度）等各种野外数据测量；有些具有双坐标系一键转换功能；有些内置 全国交通详图，配各地区地理详图，详细至乡镇村落，可升级细化。 （二）手持 GPS的技术参数 因为 GPS卫星星历是以 WGS84 大地坐标系为根据建立的，手持 GPS单点定位 的坐标属于 WGS84 大地坐标系。 WGS84 坐标系所采用的椭球基本常数为：地球长半轴a=6378137m ；扁率 F=1 ／298.257223563 。 常用的北京 54 、西安 80 及国家 2000 公里网坐标系，属于平面高斯投影坐标系统。北京 54 坐标系，采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：地球长半 轴a=6378245m；扁率F=1／298.2。西安80坐标系，其椭球的参数为：地球长半 轴a=6378140m；扁率F=1／298.257。国家2000坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴 a=6378137m；扁率F=1／298. 257222101。 （三）手持 GPS的参数设置
要想测量点位的北京 54 、西安 80 及国家 2000 公里网高精度坐标数据，必须学 习坐标转换的基础知识，并分别科学设置手持 GPS的各项参数。 首先，在手持式 GPS接收机应用的区域内 (该区域不宜过大 )，从当地测绘部门收 集 1至两个已知点的北京 54 、西安 80 或国家 2000 坐标系统的坐标值；然后在对应的 点位上读取WGS84 坐标系的坐标值；之后采用《万能坐标转换》软件，可计算出DX 、DY、 DZ 的值。 将计算出的 DX 、 DY、 DZ 三个参数与 DA 、DF、中央经线、投影比例、东西偏差、南北偏差等六个常数值输入GPS接收机。将 GPS接收机的网格转换为 “UserGrid ”格式，实际测量已知点的公里网纵、横坐标值，并与对应的公里网纵、横坐标已知值进行比较，二者相差较大时要重新计算或查找出现问题的原因。详细 过程可查看《万能坐标转换》软件的【手持GPS参数设置】界面。 （四）自定义坐标系统（User ）投影参数的确定 1、自己观测计算 新机拿到手之后，供应商都给提供一个投影参数，这对于要求不高的一般用户 来说基本可以满足工作需要，而对于一些专业用户来说，就要自己来测算参数。一 般型号的导航型手持GPS自定义坐标系统（ User ）投影参数设置界面都提供了五个 变量（△X、△Y、△Z、△A 、△F）需要设置，而实际工作中，后两个参数（△A 、△F）针对某一坐标系统来说为固定参数（北京 54 坐标系△A=-108 、△F=0.0000005 ），无需改动，需要自己测算的参数主要为前三个（△ X、△Y、△Z），一般称为三参数。 2、经验坐标
坐标转换三参数计算器使用说明 4.0升级及使用说明： 1、增加了批量处理数据功能。 2、经纬度数据与直角坐标数据可混合输入（经纬度格式:DDD.MMSS,109度04分08.94343秒表示为109.040894343,直角坐标格式单位为米，如X为1234567.89,Y为123456.78,Y坐标无带号）。 3、批量处理数据文件为文本文件，格式为严格每行4个数据，以逗号或空格分开。 点号1，X坐标（或为纬度），Y坐标（或为经度），高程 4、输出文件为文本文件，格式为： 点号1，转换前的X坐标（或为纬度），Y坐标（或为经度），高程 > 转换后的X坐标（或为纬度），Y坐标（或为经度），高程 5、未注册软件无批量处理功能，部分参数隐形显示，但内部坐标转换仍可正常进行。 工作界面：
=========================================== 3.0使用说明 本软件分成上下二部分，上半部为在两个不同椭球体间求坐标转换的三参数，下半部为在两个不同椭球体间的坐标转换。在两个不同椭球体间进行坐标转换首先必需知道坐标转换参数，通常有三参数和七参数转换二种方式，本程序提供三参数转换方式。 例1：我要求手持GPS的北京54（或西安80）坐标转换参数。 向有关部门收集所在工作区内已知点（只要一个控制点）的WGS84坐标系中的经度、纬度、高程，以及同点的北京54（或西安80）坐标系中的直角坐标，即可进行本软件操作了。如某一个控制点的WGS84经度、纬度、高程为： 109度34分28.94343秒, 31度02分25.65526秒, 104.967米该控制点北京54坐标为：
GPS四参数设置 。 南方RTK使用中参数的求取及分类 一、控制点坐标库的应用 GPS 接收机输出的数据是WGS-84经纬度坐标，需要转化到施工测量坐标，这就需要软件进行坐标转换参数的计算和设置，控制点坐标库就是完成这一工作的主要工具。 控制点坐标库是计算四参数和高程拟合参数的工具，可以方便直观的编辑、查看、调用参与计算四参数和高程拟合参数的校正控制点。在进行四参数的计算时，至少需要两个控制点的两套坐标系坐标参与计算才能最低限度的满足控制要求。高程拟合时，使用三个点的高程进行计算时，控制点坐标库进行加权平均的高程拟合；使用4到6个点的高程时，控制点坐标库进行平面高程拟合；使用7个以上的点的高程时，控制点坐标库进行曲面拟合。控制点的选用和平面、高程拟合都有着密切而直接的关系，这些内容涉及到大量的布设经典测量控制网的知识，在这里没有办法多做介绍，建议用户查阅相关测量资料。 利用控制点坐标库的做法大致是这样的:假设我们利用A、B 这两个已知点来求取参数，那么首先要有A、B 两点的GPS 原始记录坐标和测量施工坐标。 A、B 两点的GPS原始记录坐标的获取有两种方式：一种是布设静态控制网，采用静态控制网布设时后处理软件的GPS 原始记录坐标；另一种是GPS 移动站在没有任何校正参数起作用的Fixed（固定解）状态下记录的GPS 原始坐标。其次在操作时，先在控制点坐标库中输入A 点的已知坐标，之后软件会提示输入A 点的原始坐标,然后再输入B 点的已知坐标和B 点的原始坐标,录入完毕并保存后（保存文件为*.cot文件）控制点坐标库会自动计算出四参数和高程拟合参数。 1.1、校正参数
坐标转换问题 坐标转换问题的详细了解对于测量很重要，那么请和我一起来讨论这个问题。 首先，我们要弄清楚几种坐标表示方法。大致有三种坐标表示方法：经纬度和高程，空间直角坐标，平面坐标和高程。我们通常说的WGS-84坐标是经纬度和高程这一种，北京54坐标是平面坐标和高程着一种。 现在，再搞清楚转换的严密性问题，在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。 那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K 视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。在本软件中提供了计算三参数、七参数的功能。 在一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换，举个例子，在深圳既有北京54坐标又有深圳坐标，在这两种坐标之间转换就用到四参数，计算四参数需要两个已知点。本软件提供计算四参数的功能。 现在举个例子说明：在珠江有一个测区，需要完成WGS-84坐标到珠江坐标系（54椭球）的坐标转换，整个转换过程是这样的：
COORD软件使用说明： COORD软件采用文件化管理，用户可以将一种转换作为一个文件保存下来，下次使用时从文件菜单中选择打开这个文件来调用所有已有的转换参数。 实例一： 转换要求： 用户在一个佛山测区内使用RTK GPS接收机接受了一些点的WGS-84的坐标,现在希望将其转换为北京54和佛山坐标系下的坐标。用户有佛山测区的一些控制点，这些控制点有WGS-84坐标，也有北京-54坐标也有佛山坐标。 分析： WGS-84坐标和北京54坐标是不同两个椭球的坐标转换，所以要求得三参数或七参数，而北京54和佛山坐标都是同一个椭球，所以他们之间的转换是地方坐标转换，需要求得地
施工测量坐标转换中的七参数详谈 坐标转换永远是测绘工作离不开的一个话题。坐标转换的方法很多，有的方法可以用相应的参数来描述，其中使用较广的一个是七参数。七参数大多用于不同坐标系统间的基准变换。 七参数的由来 对于非测绘的专业人士可能不太能理解“基准”这个词语。简单的理解就是坐标数值的零点，比如空间坐标的原点，再比如大地坐标的起算面。定义一个坐标系的三个基本要素是原点、指向、尺度。原点即坐标系的原点，指向即坐标轴的指向，尺度即长度单位和椭球。由于各个坐标系，或者说定义坐标系的组织所确定的这三个要素都有所区别，这就产生基准的变换，并且使用七参数在空间坐标中进行基准变换。
什么是七参数，又有哪七个参数呢? 七参数主要分为3类参数，旋转、缩放和平移。缩放，表示为k，主要是由于测量误差产生的；平移为3个坐标轴方向上的平移，表示为dX、dY、dZ，这是由于原点不一样产生的；旋转为3个坐标轴的旋转，表示为rX、rY、rZ，这是坐标轴指向不一致产生的。 值得注意的是，旋转存在方向的问题；不同的软件，或者说不同地域的人的习惯差异，致使旋转方向不一致，比如南方集团与天宝七参数旋转方向一致，但与ArcGIS的就相反。因此同一个七参数在不同软件中使用时需要考虑旋转方向的问题，适当的时候做相应的变换才能完成正确的坐标转换，即旋转方向定义相反时，旋转角取其相反数。 平移的单位为对应的长度单位，我们常用米；旋转的单位为秒，原因是各个坐标系间指向的差异都很小；缩放的单位是PPM（part(s)
per million，百万分之一），也就是说缩放是一个特别小的数值，这是因为坐标转换前我们都会率先统一单位，所以缩放数值也就体现了测量误差等因素的影响。 七参数的应用 参数的应用过程细分为旋转、缩放、平移三个过程。这三个过程的顺序是如何的，我们来看一下公式： 简化为： 上式中，X1为原始空间坐标，X2为目标空间坐标，K为缩放，R为旋转，dX为平移。 可以看出，该顺序是先旋转，再缩放，最后平移。当然与之相反的是先平移，再缩放，最后旋转，这是一个可逆的过程，方便了两个空间坐标来回的转换。这里为了方便说明，我们将旋转、缩放、
如何设置手持GPS相关参数及全国各地坐标转换参数、如何设置手持GPS相关参数 （一）手持GPS的主要功能 手持GPS,指全球移动定位系统，是以移动互联网为支撑、以GPS 智能手机为终端的GIS系统，是继桌面Gis、WebGis之后又一新的技术热点。目前功能最强的手持GPS,其集成GPRS通讯、蓝牙技术、数码相机、麦克风、海量数据存储、USB/RS232端口于一身，能全面满足您的使用需求。 主要功能：移动GIS数据采集、野外制图、航点存储坐标、计算长度、面积角度（测量经纬度，海拔高度）等各种野外数据测量；有些具有双坐标系一键转换功能；有些内置全国交通详图，配各地区地理详图，详细至乡镇村落，可升级细化。 （二）手持GPS的技术参数因为GPS卫星星历是以WGS84大地坐标系为根据建立的，手 持GPS单点定位的坐标属于WGS84大地坐标系。WGS84坐标系 所采用的椭球基本常数为：地球长半轴a=6378137m；扁率F=1 / 298.257223563。 常用的北京54、西安80及国家2000公里网坐标系，属于平面 高斯投影坐标系统。北京54坐标系，采用的参考椭球是克拉索夫 斯基椭球，该椭球的参数为：地球长半轴a=6378245m；扁率F=1
／298.2。西安 80坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴 a=6378140m ；扁率F=1 /298.257。国家2000坐标系，其椭球的参 数为：地球长半轴 a=6378137m ；扁率 F=1 /298.298.257222101。 （三）手持GPS 的参数设置 要想测量点位的北京 54、西安80及国家2000公里网高精度坐 标数据，必须学习坐标转换的基础知识，并分别科学设置手持 GPS 的各项参数。 首先，在手持式GPS 接收机应用的区域内（该区域不宜过大）， 从当地测绘部门收集 1至两个已知点的北京 54、西安80或国家 2000坐标系统的坐标值；然后在对应的点位上读取 WGS84坐标 系的坐标值；之后采用《万能坐标转换》软件，可计算出 DY 、DZ 的值。 将计算出的DX 、DY 、DZ 三个参数与DA 、DF 、中 投影比例、东西偏差、南北偏差等六个常数值输入 GPS 接收机。 将GPS 接收机的网格转换为“ UserGrid ”格式，实际测量已知点 的公里网纵、横坐标值，并与对应的公里网纵、横坐标已知值进 行比较， 二者相差较大时要重新计算或查找出现问题的原因。 细过程可查看《万能坐标转换》软件的【手持 GPS 参数设置】界 面。 （四）自定义坐标系统（User ）投影参数的确定 DX 、 央经线、
如何设置手持GPS相关参数及全国各地坐标转换参数 一、如何设置手持GPS相关参数 （一）手持GPS的主要功能 手持GPS，指全球移动定位系统，是以移动互联网为支撑、以GPS智能手机为终端的GIS 系统，是继桌面Gis、WebGis之后又一新的技术热点。目前功能最强的手持GPS，其集成GPRS通讯、蓝牙技术、数码相机、麦克风、海量数据存储、USB/RS232端口于一身，能全面满足您的使用需求。 主要功能：移动GIS数据采集、野外制图、航点存储坐标、计算长度、面积角度（测量经纬度，海拔高度）等各种野外数据测量；有些具有双坐标系一键转换功能；有些置全国交通详图，配各地区地理详图，详细至乡镇村落，可升级细化。 （二）手持GPS的技术参数 因为GPS卫星星历是以WGS84坐标系为根据建立的，手持GPS单点定位的坐标属于WGS84坐标系。WGS84坐标系所采用的椭球基本常数为：地球长半轴a=6378137m；扁率F=1／298.257223563。 常用的54、80及国家2000公里网坐标系，属于平面高斯投影坐标系统。54坐标系，采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：地球长半轴 a=6378245m；扁率F=1／298.2。80坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴a=6378140m；扁率F=1／298.257。国家2000坐标系，其椭球的参数为：地球长半轴a=6378137m；扁率F=1／298. 257222101。 （三）手持GPS的参数设置
要想测量点位的54、80及国家2000公里网高精度坐标数据，必须学习坐标转换的基础知识，并分别科学设置手持GPS的各项参数。 首先，在手持式GPS接收机应用的区域(该区域不宜过大)，从当地测绘部门收集1至两个已知点的54、80或国家2000坐标系统的坐标值；然后在对应的点位上读取WGS84坐标系的坐标值；之后采用《万能坐标转换》软件，可计算出DX、DY、DZ 的值。 将计算出的DX、DY、DZ三个参数与DA、DF、中央经线、投影比例、东西偏差、南北偏差等六个常数值输入GPS接收机。将GPS接收机的网格转换为“UserGrid”格式，实际测量已知点的公里网纵、横坐标值，并与对应的公里网纵、横坐标已知值进行比较，二者相差较大时要重新计算或查找出现问题的原因。详细过程可查看《万能坐标转换》软件的【手持GPS参数设置】界面。 （四）自定义坐标系统（User）投影参数的确定 1、自己观测计算 新机拿到手之后，供应商都给提供一个投影参数，这对于要求不高的一般用户来说基本可以满足工作需要，而对于一些专业用户来说，就要自己来测算参数。一般型号的导航型手持GPS自定义坐标系统（User）投影参数设置界面都提供了五个变量（△X、△Y、△Z、△A、△F）需要设置，而实际工作中，后两个参数（△A、△F）针对某一坐标系统来说为固定参数（54坐标系△A=-108、△F=0.0000005），无需改动，需要自己测算的参数主要为前三个（△X、△Y、△Z），一般称为三参数。
２００６年第５期（第２４卷２６２期）东北水利水电６７［文章编号］１００２－－０６２４（２００６）０５一００６７一０２ ＲＴＫ坐标转换中四参数法与七参数法精度比较 茹树青ｔ，吉长东ｚ，王宏宇， （１．阜新市水利勘测设计研究院，辽宁阜新１２３０００；２．辽宁工程技术大学，辽宁阜新１２３０００； ３．阜新蒙古族自治县河道站，辽宁阜新１２３１００；） ［摘要］文章探讨了Ｐ．ＴＫ坐标转换中的参数法和七参数法的原理，并对观测的平面坐标进行了精度 的分析和比较。 ［关键词］四参数；七参数；ＩｋＴＫ；坐标转换 ［中图分类号］Ｐ２０４ 随着ＧＰＳｒＺＴＫ技术的出现，其以精度高、速度快和不存在误差累积等优点在各行各业中被广泛应用。坐标转换是Ｒ．ＴＫ技术里不可缺少的重要部分。不同的空间直角坐标系之间的转换一般采用布尔萨（Ｂｕｒｓａ）七参数模型，本文在研究布尔萨模型的基础上导出四参数模型。ＧＰＳ接收机一般是利用三个以上的重合点的两套坐标值通过七参数（或三参数）和四参数来实现坐标转换。在常用的ＧＰＳ接收机中Ａｓｈｔｅｃｈｚ—ｘ采用的是四参数模型。而Ｔｒｉｍｂｌｅ５７００采用的则是七参数模型。 本文利用Ａｓｈｔｅｃｈｚ—ｘ和Ｔｒｉｍｂｌｅ５７００双频ＧＰＳ接收机（均是４台套（１＋３），水平方向标称精度均是１０ｍｍ＋ｌｐｐｍ），采用实时载波相位差分技术（Ｒ．ＴＫ）完成了某工程ＧＰＳ测量工作。用两种型号的ＧＰＳＩｋＴＫ．对１３５个图根点分别独立观测２次，并用ＧＴＳ一６全站仪（标称精度为２”，３ｍｍ＋２ｐｐｍ），采用全站仪导线的方法，按Ｉ级导线要求，对上述点中的５０个点进行检测（抽检比例为３７％），总结出在该地区，只有２个已知点的情况下，四参数法要优于七参数法。 １七参数模型 设ｘ压和ｘａ分别为地面网点和ＧＰＳ网点的 ［文献标识码］Ｂ 参心和地心坐标向量。由布尔萨（Ｂｕｒｓａ）模型可知： Ｘ压＝ＡＸ＋（１＋南）Ｒ（８：）尺（ｓ，）Ｒ（８；）ｘ伍（１）式中ｘ口＝（ｘ赝，Ｙ口，磊），Ｘａ．＝（Ｘａ，Ｙ盘，玩），△ｘ＝（ＡＸ，ＡＹ，△ｚ）为平移参数矩阵；ｋ为尺度变化参数：旋转参数矩阵为 ＦＣＯＳｓ．ｓｉｎｅ，０］ Ｒ（乞）。Ｊ－ｓｉｎｅ，ｃｏ嗡０Ｉ， 【－００１ｊ ～Ｐ０００。５ｉ１吩］， Ｒ（岛）２ｌＩ， ［ｓｉｎｅ，０ＣＯＳＳｙｊ ｒ１００］ Ｒ（＆）＝１０ＣＯＳ，ｆｉｘ—ｓｉｒｌｅ，ｌ Ｌｏ—ｓｉｎｅ，ｃｏ沾，ｊ 通常将ＡＸ，ＡＹ，△ｚ，ｋ，８：，岛，吼称为坐标系问的转换参数。为了简化计算，当ｋ，￡，占，，８，为微小量时，忽略其间的互乘项，且ＣＯＳ８—１，ｓｉｒｌｓ—ｓ。则上述模型变为： 【收稿日期】２００５—１２—１２ 【作者简介】茹树青（１９６５一），男，辽宁阜新市人。工程师，从事工程测量工作。 卦、，七＋‘ｌ，ｋ＋ＸｙＺ△△△
关于四参数和七参数的认识 一、参数的概念： 1、不同的二维平面直角坐标系之间转换时，通常使用四个参数。 （1）两个坐标平移量（△X，△Y），即两个平面坐标系的坐标原点之间的坐标差值； （2）平面坐标轴的旋转角度A，通过旋转一个角度，可以使两个坐标系的X和Y轴重合在一起。 （3）尺度因子K，即两个坐标系内的同一段直线的长度比值，实现尺度的比例转换。通常K值几乎等于1. 通常至少需要两个公共已知点，在两个不同平面直角坐标系中的四对XY坐标值，才能推算出这四个未知参数，计算出了这四个参数，就可以通过四参数方程组，将一个平面直角坐标系下一个点的XY坐标值转换为另一个平面直角坐标系下的XY坐标值。 2、两个不同的三维空间直角坐标系之间转换时，，在该模型中有七个未知参数。 （1）三个坐标平移量（△X，△Y，△Z），即两个空间坐标系的坐标原点之间坐标差值； （2）三个坐标轴的旋转角度（△α，△β，△γ）），通过按顺序旋转三个坐标轴指定角度，可以使两个空间直角坐标系的XYZ轴重合在一起。
（3）尺度因子K，即两个空间坐标系内的同一段直线的长度比值，实现尺度的比例转换。通常K值几乎等于1. 通常至少需要三个公共已知点，在两个不同空间直角坐标系中的六对XYZ坐标值，才能推算出这七个未知参数，计算出了这七个参数，就可以通过七参数方程组，将一个空间直角坐标系下一个点的XYZ坐标值转换为另一个空间直角坐标系下的XYZ坐标值。 二、参数的实际使用。 1.四参数是指相同点在不同平面坐标系中坐标的转换的参数。在测绘工程中，高斯投影平面直角坐标系就是平面直角坐标系，而在一个平面直角坐标系下由于工程建设的需要而建立的建筑坐标系，这就涉及到从测量坐标系到建筑坐标系的转化。在数字化测图中，坐标转化也有许多的应用，比如； 一、测站改正（一个测站上架设一起算观测的坐标数据因为测站点及后视点设置问题，比如测站点设置错误，或者后视点错误导致整个测站数据的错误）可用四参数转换，将坐标数据转换成正确的数据 二、自由设站法中的运用。当使用全站仪进行数字化测图时，由于通视条件的限制，可采用只自由设站法：根据所测地形任一点架设仪器，后视坐标由所测距离假设方位角计算得出。在此测站上测两个或以上的以往测量的点的坐标，作为坐标转换点。根据这些公共点的坐标即可计算自由测站数据与正确数据之间的转换四参数。 2.目前我们外业测量采用RTK仪器比较居多，而RTK获取的
MAPGIS 中坐标转换中七参数法 京54坐标系和西安80坐标系之间的转换其实是两种不同的椭球参数之间的转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即X 平移，丫平移，Z平移，X旋转（WX，丫旋转（WY，Z旋转（WY，尺度变化（DM。若得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z），可以向地方测绘局获取。 下面具体的步骤： 启动“投影变换模块”，单击“文件”菜单下“打开文件”命 令，将演示数据“演示数据_北京54.WT、“演示数据_北京 54.WL、“演示数据—北京54.WP打开。1、单击“投影转换” 菜单下“S坐标系转换”命令，系统弹出“转换坐标值” “话框⑴、在“输入”一栏中，坐标系设置为“北京54坐标系”，单位设置为“线类单位—米”；⑵、在“输出”一栏中，坐标系设置为“西 安80坐标系”，单位设置为“线类单位—米”；⑶、在“转换方法”一栏中，单击“公共点操作求系数”项；⑷、在“输入”一栏中， 输入北京54坐标系下一个公共点的（x、y、z）,如图2所示；⑸、在“输出”一栏中，输入西安80坐标系下对应的公共点的（x、y、z）, 如图2所示；⑹、在窗口右下角，单击“输入公共点”按钮，右边的数字变为1,表示输入了一个公共点对，如图2所示；⑺、依照相同的方法，再输入另外的2个公共点对；⑻、在“转换方法”一
栏中，单击“七参数布尔莎模型”项，将右边的转换系数项激活；⑼、 单击“求转换系数”菜单下“求转换系数”命令，系统根据输入的3个公共点对坐标自动计算出7个参数，如图3所示，将其记录下来；2、单击“投影转换”菜单下“编辑坐标转换参数”命令，系统弹出“不同地理坐标系转换参数设置”对话框，如图4所示；在“坐标系选项”一栏中，设置各项参数如下：源坐标系：北京54坐标系；目的坐标系：西安80坐标系；转换方法：七参数布尔莎模型；长度单位：米；角度单位：弧度；然后单击“添加项”按钮，则在窗口左边的“不同椭球间转换”列表中将该转换关系列出；在窗口下方的“参数设置”一栏中，将上一步得到的七个参数依次输入到相应的文本框中，如图4所示；单击“修改项”按钮，输入转换关系，并单击“确定”按钮；接下来就是文件投影的操作过程了。 3、单击“投影转换”菜单下“ MAPGI毀影转换/选转换线文件”命令，系统弹出“选择文件”对话框 选中待转换的文件“演示数据_北京54.WL',单击“确定”按 钮； 4、设置文件的Tic点，在“投影变换”模块下提供了两种方法：手工设置和文件间拷贝，这里不作详细的说明； 5、单击“投影转换”菜单下“编辑当前投影参数”命令，系统弹出 “输入投影参数”对话框，如图6所示，根据数据的实际情况来设置 其地图参数坐标系类型：大地坐标系 椭球参数：北京54投影类型：高斯-克吕格投影比例尺分母：1坐标单
关于三维坐标转换参数的讨论
关于三维坐标转换参数的讨论 摘要:首先对坐标转换的物理意义进行解释,又把传统3个旋转角参数用反对称矩阵的3个元素代替,推出用3个和4个公共点直接计算转换参数的严密公式,在此基础上推导出严密的线性化公式。由于不用进行三角函数计算,只用简单加减乘除,也不用迭代计算,所以该模型计算速度快。 关键词:三维坐标转换;转换参数;转换矩阵;反对称矩阵;罗德里格矩阵 一、引言 三维直角坐标转换中，采用7参数Bursa2Wolf 模型、Molodensky 模型和武测模型[1 ] ,当在两坐标系统下有3 个公共点,就可惟一解算出7个转换参数;多余3个公共点时,就要进行平差计算,转换参数的初值(特别是旋转角) 的大小,直接影响平差系统稳定性和计算速度,有时使得解算的参数均严重偏离其值[2 ] 。随着移动测图系统(Mobile Mapping System ,简称MMS) 技术的成熟和应用,对运动载体(飞机、轮船、汽车等) 姿态的测量( GPS + INS) 也越来越多[3～5 ] ,任意角度的3 维坐标转换计算也越来越多。在平台上安装3 台或4 台GPS 接收机,来确定运动载体的位置和空间姿态,这时的旋转角可以说是任意的,取值范围是- 180°至180°,就需要准确计算转换参数模型,适应于任意旋转角的坐标转换。 本文在解释坐标转换的物理意义的基础上,导出3 维坐标转换7
参数直接计算的模型,以旋转矩阵的确定为核心,导出了3 点法和4 点法(两坐标系统下公共点数) ,用反对称矩阵和罗德里格矩阵性质推出的公式严密,该模型计算速度快。 二、三维坐标转换的物理意义和数学模型 1. 物理意义 如图1 所示,在两坐标系统下有4个公共点,在不同坐标系统内, 看成四面的刚体, 如图1（a) , (b)坐标转换的物理意义就是通过平移、旋转和缩放,使两个刚体大小和形状完全相同。具体过程是,设公共点1 为参考点,将图1 (b) 坐标轴和刚体平移,与对应的图1 (a) 刚体的点1 重合,如图1 (c) , 平移量为[ u v w ]T;然后以点1 为顶点,绕3 轴旋转,使两坐标系统的坐标轴平行, 以参考点为顶点的边重合,其他各边平行,两刚体是相似体,只是大小不同,如图1 ( d) ; 最后进行缩放, 使两刚体大小也相同。这样两坐标系统和3 个轴重合,原点统一,从而形成坐标系统转换。