GPS坐标和国家大地坐标之间的转换

GPS测量中的坐标系转换第一章绪论1.1概述坐标转化并不是一个新的课题,随着测绘事业的发展,全球一体化的形成,越来越要求全球测绘资料的统一。

尤其是在坐标系统的统一方面.原始的大地测量工作主要是依靠光学仪器进行,这样不免受到近地面大气的影响,同时受地球曲率的影响很大,在通视条件上受到很大的限制,从而对全球测绘资料的一体化产生巨大的约束性。

另外由于每一个国家的大地坐标系的建立和发展具有一定的历史特性,仅常用的大地坐标系就有150余个。

在同一个国家,在不同的历史时期由于习惯的改变或经济的发展变化也会采用不同的坐标系统。

例如:在我国建国之后,为了尽快搞好基础建设,我国采用了应用克氏椭球与我国实际相结合的北京54坐标系;随着经济的发展北京54坐标系的缺陷也随之被表露的越来越明显,特别是对我国经济较发达的东南沿海地区的影响表现得更为明显,进而我国开始研究并使用国家80坐标系。

在实际生活中,在一些地区由于国家建设的急需,来不及布设国家统一的大地控制网,而建立局部的独立坐标系。

而后,再将其转换到国家统一的大地控制网中,这些坐标系的变换都离不开坐标值的转化.在国际上,随着1964年美国海军武器实验室对第一代卫星导航系统─NNSS的研制成功,为测绘资料的全球一体化提供了可能。

到1972年,经过美国国防部的批准,开始了第二代卫星导航系统的开发研究工作,即为现在所说的GPS。

此套卫星导航系统满足了全球范围、全天候、连续实时以及三维导航和定位的要求.正是由于GPS卫星的这些特性,这种技术就很快被广大测绘工作者接受。

是由于坐标系统的不同,对GPS技术的推广使用造成了一定的障碍。

这样坐标转换的问题再一次被提到了重要的位置。

为了描述卫星运动,处理观测数据和表示测站位置,需要建立与之相应的坐标系统。

在GPS测量中,通常采用两种坐标系统,即协议天球坐标系和协议地球坐标系。

其中协议地球坐标系采用的是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984─WGS-84)其主要参数为:长半轴 a=6378137; 扁率 f=1:298.257223563.而我国采用的坐标系并不是WGS-84坐标系而是BJ-54坐标系,这个坐标系是与前苏联的1942年普耳科沃坐标系有关的,其主要参数为: 长半轴 a=6378245; 扁率 f=1:298.3.这就使得同一点在不同的坐标系下有不同的坐标值,这样使测绘资料的使用范围受到很大的限制,并且对GPS系统在我国的广泛使用造成了一定的约束性,对我国的测绘事业的发展不利。

WGS 一84坐标系与BJ 一54坐标系转换方法摘要 GPS 测量得到的是WGS-84中的地心空间直角坐标，而工程施工中通常使用地方独立坐标系，要求得到地方平面坐标。

如何实现两者的转换，一直是工程施工中关心的热点问题。

介绍了从GPS 定位结果至平面坐标的两种转换模型。

平面转换模型原理简单，数值稳定可靠，但只适用于小范围的GPS 测量；空间转换模型可用于大范围GPS 测量，按实际情况又分为7参数转换和3参数转换两种。

鉴于54坐标点的大地高通常不能精确得知，对这两种转换方法得到的平面坐标的精度进行了比较，得出大地高精度主要表现为对高程的影响，对平面坐标影响较小的结论。

此外，还讨论了7参数与3参数模型对转换结果的影响。

关键词 坐标系 GPS 平面转换 空间转换前言随着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GPS 卫星星历表示于WGS-84坐标系中，算得的GPS 定位结果也直接表示在WGS-84全球坐标系中。

而我国测绘成果普遍表示在北京54坐标系中，它以克拉索夫斯基椭球为参考椭球，投影方式为Gauss 投影，以3。

或6。

带划分整个中国所在区域。

由于我国北京54坐标系是20世纪50年代建立的，受当时观测和计算手段的限制，精度不是很高，我国大部分城市为了避免Gauss 投影变形带来的不便，而采用地方独立坐标系。

地方独立坐标系的建立仍采用克拉索夫斯基椭球，中央子午线定在城市中央，投影面定为城市平均高度。

这些原因使得我国的平面坐标较为复杂。

本文针对这些问题，详细介绍将GPS 定位结果转换为平面坐标的算法，并进行精度对比，得出了一些有利于工程施工应用的结论和建议。

平面转换模型假设北京54椭球的中心和坐标轴方向与WGS-84椭球相一致，可通过平面转换模型，将GPS 定位得到的大地经纬度和大地高，通过以下过程转换成平面坐标()848484,,TB L h ,通过以下过程转换成平面坐标(),Tg g x y :（1） 由WGS-84的椭球参数，即椭球长半径和扁率，将()848484,,TB L h 换算至空间直角坐标(),,TX Y Z 的公式为:2()cos cos ()cos sin [(1)]sin X N h B L Y N h B L Z N e h B ⎧⎫=+⎪⎪=+⎨⎬⎪⎪=-+⎩⎭-----------------------(1)其中a N =（2） 由北京’&椭球的椭球参数，将(),,TX Y Z 换算至大地坐标形式()545454,,TB L h 的公式为：2arctan(/)arctan[(sin )/L Y X B Z N e B H B N=⎧⎫⎪⎪⎪⎪=+⎨⎬⎪⎪=-⎪⎪⎩⎭--------------------------(2)（3） 根据工程需要，确定中央子午线、投影面高程及北向、东向平移量，将5454(,)T B L 投影为Gauss 坐标''(,)Tg g x y 的高斯投影公式为: '2322445242226'3223242225sin cos sin cos 224(594)sin cos 74(6158270330)cos cos (1)cos 6120(5181458)g g N N x X B Bl B B N t l B B t t t l N N y N Bl B t l Bt t t l ηηηηηηηη⎧⎫=++∙⎪⎪⎪⎪⎪⎪-+++∙⎪⎪⎪⎪-++-+⎨⎬⎪⎪⎪⎪=+-++∙⎪⎪⎪⎪-++-+⎪⎪⎩⎭------------------------(3)以上步骤是在假定54椭球与WGS-84椭球的中心与坐标轴相同的前提下进行的，但实际应用中还应考虑旋转平移缩放的问题。

想要认识GPS中的经纬度，就必须先了解GPS，知道经纬度的来源：1. GPS系统组成GPS是Gloabal Positioning System 的简称，意为全球定位系统，主要由地面的控制站、天上飞的卫星、咱们手里拿的接收机三大块组成，我们所使用的GPS包括手持机和车载导航机本质上都是GPS接受机。

2. GPS接收机接收机大大小小，千姿百态，有袖珍式、背负式、车载、船载、机载什么的。

一般常见的手持机接收L1信号，还有双频的接收机，做精密定位用的。

3. 坐标系地形图坐标系：我国的地形图采用高斯－克吕格平面直角坐标系。

在该坐标系中，横轴：赤道，用Ｙ表示；纵轴：中央经线，用Ｘ表示；坐标原点：中央经线与赤道的交点，用Ｏ表示。

赤道以南为负，以北为正；中央经线以东为正，以西为负。

我国位于北半球，故纵坐标均为正值，但为避免中央经度线以西为负值的情况，将坐标纵轴西移５００公里。

北京５４坐标系：１９５４年我国在北京设立了大地坐标原点，采用克拉索夫斯基椭球体，依此计算出来的各大地控制点的坐标，称为北京５４坐标系。

ＧＳ８４坐标系：即世界通用的经纬度坐标系。

６度带、３度带、中央经线。

我国采用６度分带和３度分带：１∶２．５万及１∶５万的地形图采用６度分带投影，即经差为６度，从零度子午线开始，自西向东每个经差６度为一投影带，全球共分６０个带，用１，２，３，４，５，……表示。

１∶１万的地形图采用３度分带，从东经１．５度的经线开始，每隔３度为一带，用１，２，３，……表示，全球共划分１２０个投影带4. 经纬度的来源为了精确地表明各地在地球上的位置，人们给地球表面假设了一个坐标系，这就是经纬度线。

那么，最初的经纬度线是怎么产生又是如何测定的呢公元344年，亚历山大渡海南侵，继而东征，随军地理学家尼尔库斯沿途搜索资料，准备绘一幅“世界地图”。

他发现沿着亚历山大东征的路线，由西向东，无论季节变换与日照长短都很相仿。

于是做出了一个重要贡献——第一次在地球上划出了一条纬线，这条线从直布罗陀海峡起，沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉一直到太平洋。

GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程【摘要】GPS测量中的坐标系统和坐标系转换是利用全球定位系统（GPS）进行地理测量和定位的关键。

本文从引言开始，概述了GPS测量中坐标系统和坐标系的转换过程。

接着介绍了GPS坐标系统的概念和作用，以及常用的坐标系及其特点。

随后详细讨论了GPS坐标系统的转换方法和转换工具，帮助读者更好地理解和应用这些技术。

通过实际案例分析展示了GPS测量中坐标系统和坐标系转换的实际应用。

在总结了本文探讨的内容，并展望了未来GPS测量技术的发展方向。

通过本文的阐述，读者可以更深入地了解GPS测量中坐标系统和坐标系的转换过程，为相关领域的研究和应用提供了参考和指导。

【关键词】GPS测量、坐标系统、坐标系、转换过程、引言、GPS坐标系统、常用坐标系、特点、转换方法、转换工具、实际案例、分析、总结、未来发展、展望1. 引言1.1 GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程概述GPS测量中的坐标系统和坐标系转换是一项关键技术，广泛应用于各种领域。

在现代GPS测量中，我们常常需要将不同坐标系统之间的数据进行转换，以确保数据的准确性和一致性。

在这个过程中，我们需要了解GPS坐标系统的基本原理和常用的坐标系，掌握不同坐标系之间的转换方法，并使用相应的工具进行数据处理和分析。

GPS坐标系统是一种地理坐标系统，由经度、纬度和高度三个参数组成。

常用的坐标系包括WGS84、GCJ-02和BD-09等，它们各有自己的特点和适用范围。

在GPS测量中，我们需要根据具体的需求选择合适的坐标系，并进行必要的转换。

GPS坐标系转换方法包括基本的数学转换和大地测量学方法。

我们可以通过公式计算或使用专业软件来进行坐标系转换，确保数据的准确性和一致性。

一些专门的GPS坐标系转换工具也可以帮助我们快速、准确地实现坐标系转换。

通过实际案例分析，我们可以更好地理解GPS测量中坐标系统和坐标系转换的重要性和实际应用。

结合实际情况，总结经验教训，提出今后改进的方向，并展望未来发展的方向和前景。

浅析⼏种常⽤坐标系和坐标转换⼀般来讲，GPS直接提供的坐标（B,L,H）是1984年世界⼤地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐标，其中B为纬度，L为经度，H为⼤地⾼即是到WGS-84椭球⾯的⾼度。

⽽在实际应⽤中，我国地图采⽤的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的⾼斯投影坐标（x,y,），不过也有⼀些电⼦地图采⽤1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（B,L），⾼程⼀般为海拔⾼度h。

GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差⼏⼗⽶⾄⼀百多⽶，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70⽶左右，东北部140⽶左右，南部75⽶左右，中部45⽶左右。

现就上述⼏种坐标系进⾏简单介绍，供⼤家参阅，并提供各坐标系的基本参数，以便⼤家在使⽤过程中⾃定义坐标系。

1、1984世界⼤地坐标系WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的⼤地坐标系，是⼀种协议地球坐标系。

WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质⼼，空间直⾓坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）⽅向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。

X轴指向BIH定义的零度⼦午⾯和CTP⾚道的交点，Y轴和Z，X轴构成右⼿坐标系。

WGS-84椭球采⽤国际⼤地测量与地球物理联合会第17届⼤会测量常数推荐值，采⽤的两个常⽤基本⼏何参数：长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.2572235632、1954北京坐标系1954北京坐标系是将我国⼤地控制⽹与前苏联1942年普尔科沃⼤地坐标系相联结后建⽴的我国过渡性⼤地坐标系。

属于参⼼⼤地坐标系，采⽤了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。

其长半轴 a=6378245，扁率 f=1/298.3。

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。

3、1980西安坐标系1978年，我国决定建⽴新的国家⼤地坐标系统,并且在新的⼤地坐标系统中进⾏全国天⽂⼤地⽹的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。

2008年第4期几种常用的GPS 坐标转换方法程连柱(郑州市国土资源调查测绘院,河南郑州450052)摘要:随着GPS 技术的应用和普及,越来越多的工程需要利用GP S 卫星定位系统来进行测量。

由于存在多种坐标系,实际操作过程中也要进行GPS 坐标的转换。

本文针对具体情况,介绍了几种常见GPS 坐标转换方法。

关键词:GPS 卫星定位系统;坐标系;坐标转换中图分类号:P228文献标识码:ASeveral Commonly Used Method of GPS Coor dinate ConversionCHENG Lian-zhu(Zhengzhou Land and Resources Prospecting and M apping Institute ,Henan Zhengzho u 450052)Key wor ds:global positioning system;coordinate system;coordinate tr ansformation作者简介程连柱(),男,河南省郑州市人,大学本科,工程师,主要研究方向地籍测绘。

1引言随着GPS 技术的应用和普及,越来越多的工程需要利用GPS 卫星定位系统来进行测量。

GPS 卫星定位系统采集到的坐标(B,L ,H )是1984年世界大地坐标系(WordGeodetic Sys-tem 1984即WGS-84)的坐标。

其中,B 为纬度,L 为经度,H 为大地高即是到WG S-84椭球面的高度,属于地心坐标系。

而目前测量一般情况下使用的是1954年北京坐标系或1980西安坐标系。

在局部和个别地区,甚至使用的是地方独立坐标系。

因此,必须将WGS-84坐标转换到测区实际使用的坐标系中。

2GPS 测量常用的坐标系统2.1WGS-84坐标系WGS-84坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统,GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。

WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系,是一种协议地球坐标系。

GPS经纬坐标到直角坐标系的转换作为尖端技术GPS，能方便快捷性地测定出点位坐标，无论是操作上还是精度上，比全站仪等其他常规测量设备有明显的优越性。

随着我国各地GPS差分台站的不断建立以及美国SA政策的取消，使得单机定位的精度大大提高，有的已经达到了亚米级精度，能够满足国土资源调查、土地利用更新、遥感监测、海域使用权清查等工作的应用。

在一般情况下，我们使用的是1954年北京坐标系或1980年西安坐标系（以下分别简称54系和80系），而GPS测定的坐标是WGS-84坐标系坐标，需要进行坐标系转换。

对于非测量专业的工作人员来说，虽然GPS定位操作非常容易，但坐标转换则难以掌握，EXCEL是比较普及的电子表格软件，能够处理较复杂的数学运算，用它来进行GPS坐标转换、面积计算会非常轻松自如。

要进行坐标系转换，离不开高斯投影换算，下面分别介绍用EXCEL进行换算的方法和GPS坐标转换方法。

一、用EXCEL进行高斯投影换算从经纬度BL换算到高斯平面直角坐标XY（高斯投影正算），或从XY换算成BL（高斯投影反算），一般需要专用计算机软件完成，在目前流行的换算软件中，存在一个共同的不足之处，就是灵活性较差，大都需要一个点一个点地进行，不能成批量地完成，给实际工作带来许多不便。

笔者发现，用EXCEL可以很直观、方便地完成坐标换算工作，不需要编制任何软件，只需要在EXCEL的相应单元格中输入相应的公式即可。

下面以54系为例，介绍具体的计算方法。

完成经纬度BL到平面直角坐标XY的换算，在EXCEL中大约需要占用21列，当然读者可以通过简化计算公式或考虑直观性，适当增加或减少所占列数。

在EXCEL中，输入公式的起始单元格不同，则反映出来的公式不同，以公式从第2行第1列（A2格）为起始单元格为例，各单元格的公式如下：单元格单元格内容说明A2输入中央子午线，以度.分秒形式输入，如115度30分则输入115.30起算数据L0B2=INT(A2)+(INT(A2*100)-INT(A2)*100)/60+(A2*10000-INT(A2*100)*100)/3600把L0化成度C2以度小数形式输入纬度值，如38°14′20″则输入38.1420起算数据BD2以度小数形式输入经度值起算数据LE2=INT(C2)+(INT(C2*100)-INT(C2)*100)/60+(C2*10000-INT(C2*100)*100)/3600 把B化成度F2=INT(D2)+(INT(D2*100)-INT(D2)*100)/60+(D2*10000-INT(D2*100)*100)/3600 把L化成度G2=F2-B2L-L0H2=G2/57.2957795130823化作弧度I2=TAN(RADIANS(E2))Tan(B)J2=COS(RADIANS(E2))COS(B)K2=0.006738525415*J2*J2L2=I2*I2M2=1+K2N2=6399698.9018/SQRT(M2)O2=H2*H2*J2*J2P2=I2*J2Q2=P2*P2R2=(32005.78006+Q2*(133.92133+Q2*0.7031))S2=6367558.49686*E2/57.29577951308-P2*J2*R2+((((L2-58)*L2+61)*O2/30+(4*K2+5)*M2-L2)*O2/12+1)*N2*I2*O2/2计算结果XT2=((((L2-18)*L2-(58*L2-14)*K2+5)*O2/20+M2-L2)*O2/6+1)*N2*(H2*J2)计算结果Y表中公式的来源及EXCEL软件的操作方法，请参阅有关资料，这里不再赘述。

GPS坐标与地方独立坐标之间的转换与应用摘要：随着社会的发展与进步，重视GPS坐标与地方独立坐标之间的转换对于现实生活中具有重要的意义。

本文主要介绍GPS坐标与地方独立坐标之间的转换与应用的有关内容。

关键词GPS；坐标；独立；转换；应用；数据；控制；引言GPS定位成果属于WGS-84大地坐标系,而实用的测量成果往往是属于国家坐标系或地方独立坐标系。

参考坐标系与WGS-84坐标系之间一般存在平移和旋转的关系。

所以,实际应用中必须进行GPS成果与地面参考坐标系的转换,以便更好的支持国家和地方建设。

一、地方独立坐标系与GPS 坐标转换概述我国有许多城市控制网与工程控制网, 因其以54 坐标或80坐标所采用的参考椭球元素为基准建立, 且大都具有统一分带的坐标形式, 习惯上称之为国家统一坐标。

但该类控制网的边长归算面常常不是54或80 坐标所依据的参考椭球面,而是适合测区特点的某一高程面, 所谓采用了54或80 坐标基准, 则仅是因为该类网在高斯平面上进行平差计算时, 方向改化与距离改化值是用54 或80 坐标系统所依据的参考椭球元素计算出来的曲率半径计算的, 尽管归算面的不同对边长计算影响极小, 但当将GPS 大地坐标转换为高斯平面坐标时, 投影面对转换的影响是非常大的,因此在将这类地方坐标数据与GPS 数据混合使用时, 需视其为独立坐标, 在实现GPS 数据与其转换和相关的计算中应充分考虑其特点作相应分析与处理。

二、国家坐标系与地方坐标系各国为进行测绘和处理其成果,规定在全国范围内使用统一坐标框架的坐标系统。

中国1954至1980年采用的是1954年北京坐标系;1978年决定建立1980国家大地坐标系。

北京54坐标系前苏联1942年坐标系的延伸,它的原点不在北京而在前苏联的普尔科沃,但随着测绘新理念、新技术的不断发展,人们发现该坐标系存在着一定的缺点:椭球参数有较大误差;参考椭球面与我国大地水准面存在系统性倾斜;几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一;定向不明。