小区域矿区测绘中七参数坐标转换模型研究及实现

第9章GPS测量数据处理9.1概述GPS数据处理过程大致分为GPS测量数据的基线向量解算、GPS基线向量网平差以及GPS网平差或与地面网联合平差等几个阶段。

各阶段数据处理软件可采用随机软件或经正式鉴定的软件，对于高精度的GPS网成果处理也可选用国际著名的GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、GFZ等软件。

数据处理的基本流程如图9-1所示。

9.1.1数据传输大多数的GPS接收机（如ASHTECH，TRIMBLE等型号），采集的数据记录在接收机的内存模块上。

数据传输是用专用电缆将接收机与计算机连接，并在后处理软件的菜单中选择传输数据选项后，便将观测数据传输至计算机。

数据传输的同时进行数据分流，生成四个数据文件：载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件。

经数据分流后生成的四个数据文件中，除测站文件外，其余均为二进制数据文件。

为下一步预处理的方便，必须将它们解译成直接识别的文件，将数据文件标准化。

9.1.2预处理GPS 数据预处理的目的是：① 对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；② 统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件（如GPS 卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观测值文件标准化等）； ③ 找出整周跳变点并修复观测值(整周跳变的修复见5.3.3)； ④ 对观测值进行各种模型改正。

GPS 卫星轨道方程的标准化数据处理中要多次进行卫星位置的计算，而GPS 广播星历每小时有一组独立的星历参数，使得计算工作十分繁杂，需要将卫星轨道方程标准化，以便计算简便，节省内存空间。

GPS 卫星轨道方程标准化一般采用以时间为变量的多项式进行拟合处理。

将已知的多组不同历元的星历参数所对应的卫星位置Pi(t)表达为时间t 的多项式形式：)19()(2210-++++=nin i i i i t a t a t a a t P利用拟合法求解多项式系数。

解出的系数ain 记入标准化星历文件，用它们来计算任一时刻的卫星位置。

用七参数法实现WGS84到北京54的坐标转换用七参数法实现WGS84到北京54的坐标转换摘要：GPS技术在提供精确定位等方面具有重要价值, 通过GPS采集的坐标数据也日趋广泛,所以实现WGS - 84和BJ - 54坐标的转换有着重要意义。

通过简述了WGS84坐标系、北京54 坐标系的基本情况与空间转换的思想原理，最后详细介绍了利用七参数法在ARCGIS软件中实现WGS84到北京54的坐标转换的过程及方法，证明利用ARCGIS可以得到较高精度的坐标转换。

关键字：WGS84坐标系,北京54 坐标系,七参数,坐标转换1 坐标系概述坐标系是定义坐标如何实现的一套理论方法，包括定义原点、基本平面和坐标轴的指向，同时还包括基本的数学和物理模型，简单来说就是是描述空间位置的一种表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。

目前国际上采用的是1984世界大地坐标系，我国通常采用的是1954北京坐标系、1980西安坐标系或地方局部坐标系等参心坐标系。

1.1 1984世界大地坐标系（WGS84）WGS84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是为GPS 全球定位系统使用而建立的坐标系统，也是国际上采用的地心坐标系。

其原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP 赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。

1.2 1954北京坐标系（Beijing54）1954北京坐标系是一个参心大地坐标系，原点是前苏联的普尔科沃，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体[1]。

1954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸，但也还不能说它们完全相同。

2 坐标转换2.1 坐标转换的必要性首先我们先弄清楚三种常用的坐标系统及其表示方法：大地坐标系，即常说的经纬度坐标系，其表示方法为经纬度和高程（B，L，H）；空间直角坐标系统，表示为空间直角坐标（X，Y，Z）；平面直角坐标系统，表示方法为平面坐标和高程（X，Y，H）。

科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT＆ECONOMY2010年第20卷第19期随着现代测绘科学与技术的快速发展，GPS技术在测绘领域得到了广泛应用，静态GPS逐渐成为了建立基础控制网的首选手段。

但测量工作者并不满足只将GPS用于控制测量，特别是随着高精度GPS实时动态定位技术RTK的快速发展，由于其能实时提供测点在任意坐标系中的三维坐标，因此利用GPS RTK进行各种坐标放样工作已很普遍。

但GPS RTK测量是在WGS－84坐标系中进行的，而各种工程测量和定位则是在北京54、西安80或独立坐标系统下进行，这就必然需要进行两种不同坐标系的坐标转换。

GPS静态测量中，坐标转换是在事后处理时进行的，而GPS RTK是实时测量，这就要求现场提供测点在指定坐标系统下的坐标，因此，坐标转换工作就显得尤为重要。

目前，各GPS供应商均提供了GPS解算软件，可解决上述坐标系统转换的问题。

但在生产中，各厂商所提供的GPS解算软件计算精度不一致，且当使用者只需解算测区坐标系统转换参数时，都显得很不方便。

为此，本文以Visaul C＋＋.NET为开发平台，设计了空间坐标转换七参数求解软件，经实例验证了其准确性和可靠性。

它既可作为测量工作者对七参数求解的专业软件使用，也可为各GPS解算软件的七参数求解提供精度检核。

1数学模型七参数是两空间直角坐标系之间的转换参数，包括3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。

常用的七参数求解方法主要有3种：三点法、多点法和严密平差法。

当对转换坐标的精度要求不高，或只有3个公共点时，可以采用三点法。

当对转换坐标的精度要求较高，且能提供3个以上公共点时，可以采用多点法。

当对转换坐标的精度要求非常高时，则需采用严密平差法。

由参考文献［1］可知，三点法是一种近似的七参数求解方法，对于3个公共点，按某种转换模型可列出9个方程，取其中7个方程就可以求得转换参数。

矿区坐标七参数转换的C语言程序实现作者：李海艳李超来源：《科学与财富》2011年第09期[摘要] GPS测量得到的是WGS-84坐标，而在矿区施工中通常使用地方独立坐标，因此只有将其转换到地方坐标系下的高斯平面坐标,才能便于实际的应用。

为了寻求适合于矿区坐标转换的可靠方法，本文介绍了WGS-84坐标与地方独立坐标之间的七参数转换的C语言程序实现与方法。

[关键词] WGS-84 地方坐标七参数 C语言1、平面坐标转换1.1WGS—84坐标WGS—84坐标的几何定义是:原点位于地球质心,Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和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年世界大地坐标系。

1.2地方独立坐标系在城市测量和工程测量中，若直接在国家坐标系中建立控制网，有时会使地面长度的投影变形较大，难以满足实际或工程上的需要。

为此，往往需要建立地方独立坐标系,尤其在大部分矿区，控制网采用的是地方坐标系,它的中央子午线一般选在该矿区的中心，有的选在矿区的平均高程面，坐标定向在当地的正北方向。

这样形成的当地坐标系使测量和绘制在地形图上的结果和实际地形相一致,使投影形变为最小。

所以利用GPS做矿山控制测量或工程测量时,为了适应测量的要求,必须将获得的WGS—84坐标转换为当地的独立坐标，这就需求定变换参数和进行相应的坐标转换。

2、七参数转换模型2.1WGS—84空间直角坐标转换到地方独立坐标的基本思路是：3、七参数转换C语言程序编写定义坐标系结构体，用矩阵zq实现数据的储存和读取,进行转换4、实例分析利用淮南某矿的实测坐标数据对程序进行分析：从七个控制点中选取三个同名点进行坐标参数的计算，相应的数据如下表1。

相应的地方独立坐标及误差见表2。

5、结论1)计算得到WGS—84坐标系与地方独立坐标系转换七参数,转换精度高,已经运用到淮南矿区测量的工程中,具有良好的可靠性。

1 引言目前国土系统、工程测图、规划部门的所用的坐标大部分是西安80坐标系、北京54坐标系，这些坐标系存在局部[1]性系统误差，已无法满足现代技术发展的要求。

2008年7月1日起，我国启用了2000国家大地坐标系，需要将这些成果转换成2000国家坐标系。

围绕坐标转换已经开发了商[2]业软件，如Coord、Proj ，但它们操作界面复杂、交互性差，并且还需要付费。

为此，设计并实现测量坐标转换系统，该系统操作简单，兼顾了灵活性和批量计算的特点，在工程中具有很强的应用价值。

2 坐标系转换模型每一种坐标系有3种不同表达形式，即地理坐标、空间直角坐标和平面坐标，根据需要使用不同的表达形式，要使坐标之间产生联系，必须进行坐标转换。

坐标转换包含同一坐标系下不同表达形式的坐标转换（地理坐标、空间直角坐标和平面坐标之间的相互转换）和不同坐标系之间的坐标转换。

同一坐标系下不同形式坐标转换严格遵循数学关系，不需要转换参数，不同坐标系之间的转换需要参数，根据转换的范围和精度要求分平面转换模型和空间直角转换模型。

2.1 平面转换模型平面转换模型为二维坐标转换，可以将一个坐标系下的平面坐标直接转换到另一个坐标系下的平面坐标。

转换时首先需要将地理坐标（经纬度坐标）经高斯投影正算换算为平面坐标，再根据两坐标系下重合点的己知平面坐标（至少需要2个重合点），求出平面转换参数，最后根据转换参数将测定点的平面坐标转换为特定坐标系下的平面坐标。

平面直角坐标转换模型：公式中，ｘ，ｙ为目标坐标系下的平面坐标，ｘ，ｙ为2211原坐标系下平面坐标，ｘ、ｙ、α、ｍ为转换四参数，分00别代表x、y 方向上的两平移参数、旋转参数和尺度参数，坐标单位为m。

2.2 空间转换模型空间直角转换模型首先将经纬度转换转为空间直角坐标，然后根据两坐标系下重合点的己知空间直角坐标（至少需要3个重合点）求出转换参数，最后根据求出的参数将测定点的空间直角坐标转换为特定坐标系下的空间直角坐标。

坐标转换的应用浙江省地质调查院 浙江 萧山 王雪春 fidream@王解先1,2，施一民31 同济大学测量系，上海（200092）2 现代工程测量国家测绘局重点实验室，上海（200092）摘要：GPS定位技术已经被广泛应用,但由于GPS观测量是基于以地球质心为原点的空间直角坐标系,而对于采用 5 4北京坐标或者其他地方坐标而言,就需要解决如何将WGS84坐标转换为 5 4北京坐标或者其他地方坐标的转换问题。

关键词：换带计算，坐标转换，七参数，四参数，Coord前言我们在测绘，地质工作中，常常会遇到不同坐标系统间，坐标转换的问题。

目前国内常见的转换有以下3种：1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）的转换；2，北京54对西安80及WGS84坐标系的相互转换；3，北京54对地方坐标的转换。

常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。

本文结合坐标转换软件COORD对上述三种情况和转换方法做详细的描述！1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）的转换该类型的转换常用于坐标换带计算！对于这种转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准（3度，6度）和中央子午线的经度。

椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。

对于中央子午线的确定有两种方法，一是根据带号与中央子午线经度的公式（3度带 L=3n, 6度带L=6n-3）计算。

在3度带中是取平面直角坐标系中Y坐标的前两位乘以3，即可得到对应的中央子午线的经度。

如x=3321006m ，y=40425785m，则中央子午线的经度L=40*3=120度。

同样在6度带中有坐标x=3312029 y= 20689300则计算中央子午线的经度L=20*6-3 =117度。

另一种方法是根据大地坐标经度，如已知该点的经度为119.1254因其处于3度带的40带（118.5~121.5度）则中央子午线为120度。

高斯-克吕格投影分带各中央子午线与带号的对应关系如图：确定参数之后，可以用软件进行转换，以下以坐标转换软件COORD GM说明如何将一组6度带的XYZ坐标转化为当前坐标系统下的（BLH）及3度带的（XYZ）坐标。

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。

施工测量坐标转换中的七参数详谈施工测量中的坐标转换是一种用于将不同坐标系下的坐标相互转换的方法，七参数法是其中一种常用的转换方法。

七参数法是一种通过引入七个参数来描述两个坐标系之间的相对位置和方向关系的转换方法。

在本文中，将详细介绍七参数法的原理和应用。

七参数法的原理主要基于以下几个假设：1.两个坐标系之间的转换关系可以用平移、旋转和尺度变换来描述。

2.被转换的坐标系是刚性的，即在转换过程中保持形状不变。

根据上述假设，七参数法可以通过引入七个参数来描述两个坐标系之间的转换关系，这七个参数分别是：1.平移参数：分别表示在x、y、z方向上的平移量。

2.旋转参数：分别表示沿x、y、z轴方向的旋转角度。

3.尺度参数：表示坐标系之间的尺度变换。

七参数法的转换计算过程主要分为两步：1.参数估计：通过选择一部分已知的控制点，利用最小二乘法估计出七个参数的值。

2.坐标转换：通过估计的参数值，将待转换的坐标点从一个坐标系转换到另一个坐标系。

在实际应用中，七参数法常常用于大地坐标系和工程坐标系之间的转换。

在施工测量中，经常需要在不同坐标系下进行测量，并将测量结果进行转换和比较，以确保测量的精度和一致性。

例如，在两个不同测量网络之间进行坐标转换时，可以使用七参数法来完成。

七参数法在施工测量中具有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1.建筑物变形监测：在建筑物变形监测中，往往需要将监测数据转换到同一参考坐标系下进行分析。

七参数法可以用于将不同测量网络之间的测量数据进行坐标转换，并进行变形分析和监测。

2.地质灾害监测：地质灾害监测中，常常需要将不同测量数据进行对比和分析。

七参数法可以用于将不同时期或不同位置的测量数据进行坐标转换，以实现数据的一致性分析和比较。

3.工程测量：在工程测量中，往往需要将不同测量网络之间的测量数据进行叠加和分析。

七参数法可以用于将不同测量网络之间的坐标数据进行转换，以实现数据的一致性和可比性。

综上所述，七参数法是一种常用的施工测量坐标转换方法，通过引入七个参数来描述两个坐标系之间的相对位置和方向关系。

矿业权实地核查中坐标转换方法摘要：全国矿业权实地核查中矿业权拐点坐标转换，主要是1954年北京坐标系到1980西安坐标系的转换，通过矿业权实地核查工作，找到最实用的坐标转换方法，为以后坐标转换提供一个参考。

关键词：实地核查坐标转换0 引言全国矿业权实地核查，是我国实行矿业权管理以来，进行的第一次系统实地核查工作，是加强矿业权科学管理、维护矿业权人合法权益、推进矿政管理政务公开、规范矿产资源勘查与开发秩序的一项重要举措。

对于摸清我国矿产资源家底，夯实矿政管理的基础、履行监管职责、实施《矿产资源法》等，都有着非常重要的意义。

它要求矿业权中坐标系统统一使用1980西安坐标系，1985国家高程基准。

而以往在矿业权许可证的颁发过程中使用的坐标系统为1954年北京坐标系，这就涉及到1954年北京坐标系到1980西安坐标系的转换问题。

1 54坐标系与80坐标系1.1 1954年北京坐标系新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。

由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。

因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。

它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

椭球坐标参数：长半轴a=6378245m；短半轴=6354950m；扁率α=1/273.8。

自P54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。

但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在如下缺点：1、椭球参数有较大误差。

克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。

2、参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+60m。

七参数四参数的坐标转换与应用坐标转换是指将一个坐标系下的坐标转换为另一个坐标系下的坐标。

在地理信息系统（GIS）和测绘工程中，常用的坐标转换方法有七参数和四参数。

七参数坐标转换是指将一个坐标系的三维坐标（X、Y和Z）通过七个参数转换为另一个坐标系的三维坐标。

这七个参数分别是平移参数（ΔX,ΔY,ΔZ）、三个旋转参数（α,β,γ）和刻度因子（k）。

平移参数表示两个坐标系之间的平面位移，旋转参数表示两个坐标系之间的旋转角度，刻度因子表示两个坐标系之间的尺度差异。

四参数坐标转换是指将一个二维平面坐标（X和Y）通过四个参数转换为另一个二维平面坐标。

这四个参数分别是平移参数（ΔX,ΔY）、旋转参数（θ）和刻度因子（k）。

与七参数不同，四参数只考虑了平面的平移、旋转和尺度变换，而没有考虑高程的变换。

七参数和四参数坐标转换可以应用于许多领域。

在测绘工程中，坐标转换可以将原始观测数据转换为标准坐标系下的坐标，从而实现数据的一致性和比对。

在地理信息系统中，坐标转换可以将不同坐标系下的地理数据进行叠加分析，实现数据的整合和可视化。

此外，坐标转换还可以用于导航和定位系统，将不同坐标系下的位置坐标转换为标准地理坐标，实现位置的准确定位。

七参数和四参数坐标转换的实现通常需要借助于配准控制点。

配准控制点是指在两个坐标系中都可以测量得到的地物点，其坐标可以作为转换参数的计算依据。

通过测量一组配准控制点的坐标，并在两个坐标系中确定它们的对应关系，可以计算出七个或四个参数的数值。

然而，坐标转换可能存在一定的误差。

这是由于地球的形状、椭球体模型、大地水准面等因素的复杂性所决定的。

因此，在进行坐标转换时，需要考虑误差的传递和累积，并采取相应的精度控制措施。

总之，七参数和四参数的坐标转换是地理信息系统和测绘工程中的常用技术，可以实现不同坐标系下的坐标数据的转换和使用。

通过准确的坐标转换，可以实现不同坐标系下的数据的一致性和比对，为应用提供准确的位置信息和空间分析基础。