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各大坐标系转换计算


各大坐标系转换计算-西安 80 坐标系与北京 54 坐标系转换: 字串 1 西安 80 坐标系与北京 54 坐标系 GIS 其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭 球里的转换都是严密的, 而在不同的椭球之间的转换是不严密, 因此不存在一套转换参数可 以全国 GIS 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,一般而言比较严密的是

用七参数布尔莎模型, 即 X 平移, Y 平移, Z 平移, X 旋转(WX), Y 旋转(WY), Z 旋转(WZ), 尺度变化(DM )。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,尺度变化面 DM 视为 0 。 字串 5 方法如下(MAPGIS 平台中): 第一步:向地方测绘局(或其它地方)找本区域三个公共点坐标对(即 54 坐标 x,y,z 和 80 坐标 x,y,z); 第二步:将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。(菜单:投影转换/输入单 点投影转换,计算出这三个点的弧度值并记录下来) 第三步:求公共点求操作系数(菜单:投影转换/坐标系转换)。如果求出转换 系数后,记录下来。 第四步:编辑坐标转换系数。(菜单:投影转换/编辑坐标转换系数。)最后进 行投影变换,“当前投影”输入 80 坐标系参数,“目的投影”输入 54 坐 GPS 标系参数。进行 转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。 字串 9

迁安市国土资源局 摘要 本文介绍了 1954 年北京坐标系、1980 西安坐标系及其相互关系、转换原理及利用 软件进行数据转换的两种方法。 关键词:坐标系 坐标 转换 方法 近几年来,在测绘行政主管部门的推动下,我国西安 80 坐标系正在逐步得到使用,第二次 全国土地调查已明确要求平面控制使用 80 西安坐标系统,省级基础测绘成果 1:10000 地形图 也采用了 1980 西安坐标系, 现有 1954 年北京坐标系将逐渐向 1980 西安坐标系过渡, 但是, 五十年来,我国在 1954 年北京坐标系下完成的大地控制及基本系列地形图数量巨大,价值巨 大, 必须充分利用。 在当前测绘生产中既存在将 54 系转成 80 系的问题, 也有相反的情况 。 一、北京 54 坐标系、西安 80 坐标系及其相互关系 1954 年北京坐标系是我国五十年代由原苏联 1942 年普尔科沃坐标系传算而来,采用克拉索 夫斯基椭球体,其参数为:长半轴为 6378245 米,扁率为 1/298.3。这个坐标系的建立在 我国国民经济和社会发展中发挥了巨大的作用, 但该坐标系存在着定位后的参考椭球面与我 国大地水准面不能达到最佳拟合,在中国东部地区大地水准面差距自西向东增加最大达+68 米;其椭球的长半轴与现代测定的精确值相比 109 米的缺陷;定向不明确,椭球短轴未指向 国际协议原点 CIO,也不是中国地极原点 JYD1968.0;起始大地子午面也不是国际时间局 BIH 所定义的格林尼治平均天文台子午面。同时,该系统提供的大地点坐标是通过局部平差 逐级控制求得的,由于施测年代不同、承担单位不同,不同锁段算出的成果相矛盾,给用户 使用带来困难。 1978 年 4 月,中国在西安召开了全国天文大地网平差会议,在会议上决定建立中国新的国家大 地坐标系, 有关部门根据会议纪要,开展并进行了多方面的工作,建成了 1980 西安国家大地坐

标系(GDZ80), 该坐标系全面描述了椭球的 4 个基本参数,同时反映了椭球的几何特性和物理 特性, 4 个参数的数值采用的是 1975 年国际大地测量与地球物理联合会第 16 届大会的推 这 荐值(简称 IGA-1975 椭球 ) 。其主要参数为:长半轴为 6378140 米, 扁率为 1/298.257。 IAG-1975 椭球参数精度较高,能更好地代表和描述地球的几何形状和物理特征。在其椭体 定位方面,以我国范围内高程异常平方和最小为原则,做到了与我国大地水准面较好的吻 合 。 此外,1982 年我国已完成了全国天文大地网的整体平差,消除了以前局部平差和逐级控制产 生的不合理影响, 提高了大地网的精度, 在上述基础上建立的 1980 西安坐标系比 1954 年北 京坐标系更科学、更严密、更能满足科研和经济建设的需要。 由于北京 54 坐标系和西安 80 坐标系是两种不同的大地基准面, 这两个椭球参数不同, 参心 所在位置不同, 指向不同, 在高斯平面上其纵横坐标轴不重合, 因而同一点的坐标是不同的, 无论是三度带六度带还是经纬度坐标都是不同的,其平面位置最大相差 80 米。 二、转换原理 北京 54 坐标与西安坐标之间的转换其实是一种椭球参数的转换,作为这种转换在同一个椭 球里的转换都是严密的, 而在不同的椭球之间的转换是不严密的, 因此不存在一套转换参数 可以全国通用, 也没有现成的公式来完成转换因此必须利用具有两套坐标值的公共点实现转 换。 以下作者结合工作实际分别给出利用南方测绘公司的地形地籍软件 CASS2008 和工具软件 Coord4.1 把 1954 年北京坐标转换为 1980 西安坐标的方法。 三、转换方法 ㈠、利用南方 CASS2008 进行坐标转换 1、输入公共点坐标数据 首先准备好 2 至 3 个公共点, 即同时拥有 54 和 80 两套坐标, 这些点要覆盖要转换数据所在 在地区。然后打开 CASS2008,选择 “地物编辑”菜单下的“坐标转换”进入坐标转换界 面,在 “公共点” 下面 “转换前” 后面的三个输入框中输入第一个公共点的 54 坐标, 再在 “转 换后” 的三个输入框中输入该点的 80 西安坐标, 输完点击右侧 “添加” 按钮, 依次输入第二、 第三个点的“54、80 坐标并添加;如果经常在此区域进行坐标转换,可点击“存到公共点文 件”,输入文件存储路径及文件名称,保存,下次使用时直接读入公共点文件即可。 2、输入转换前、后的数据文件名 在 “转换前”右侧的输入框中输入转换前即 54 坐标数据的文件路径及文件名,也可以直接 点击最右侧的查找按钮直接查找,然后在“转换后”右侧的输入框中输入转换后的文件名。 3、计算转换参数 如果用仅有两个已知点,可以计算四参数,三个或三个以上已知点则可以计算七参数。利用 四参数转换就点击“计算转换四参数”按钮,如果用七参数转换还需选择转换前、后的坐标 系统及转换点所在的中央子午线,点击“计算转换七参数” ,软件就自动计算出了七参数。 4、进行数据转换 如果转换的是数据就把“转换数据”前面的对勾选上,点击“使用七参数” ,即完成了数据 的转换,当然也可点击“使用四参数” ,完成转换。 ㈡、利用 COORD4.1 进行坐标转换 COORD 4.1 是一个免费的坐标转换软件,也是测绘工作者常备的工具之一, 其操作步骤如下: 图1:软件界面 1、 投影参数设置 点击主界面上的“坐标转换,进入“投影设置”界面,选择好投影方式,输入中央子午线, 系统默认是 114 度,可根据实际进行进行修改,其它不用变,点击左下角的“确定”按扭,

结束设置。 2 求北京 54 坐标系--> 国家 80 坐标系的七参数 先选择坐标数据所在的坐标系统, 然后输入三个或三个以上相对应的坐标, 每输完一组数据, 点击“增加” ,输入完成后点击“计算” ,可以看到其中的点位精度,当点击“确定”时,软 件将自动将七参数设置好。 图3:公共点坐标数据的输入 注意:请注意椭球的选择顺序,如果我们要计算北京 54->国家 80,在这里源坐标应该是国家 80 坐标系,反之亦反。 点击 “确定” 后显示如下界面, 再次 “确定” 后进入转换界面。 下来就是选中 “七参数转换” , 设定转换坐标系。在这里,如果要把 54 坐标转换为 80 坐标,源坐标系椭球基准为“北京坐 标系” ,目标坐标系椭球基准为“国家-80 坐标系” ,在“输入源坐标“下面输入需转换的 54 坐标,点击下部中间的“坐标转换”按钮,在“输出目标坐标”下面就得到了我们所需的西 安 80 坐标。 图 4:单点转换 检查数据,发现正确无误,可以使用;在计算过程中,我们可以随时保存我们的设置信息, 下次使用这个转换时不用再输入七参数;也可以先记下七参数,用时再输入设置。 这里我们只用到了单点转换,当数据比较多时,我们可以使用“文件转换”功能先将我们需 转换的数据输入到记事本中,并给出点号,确认 X、Y、Z 的位置,在这一项里,我们可以 按刚才输入记事本的的格式,在此定义好。 西安 80 坐标转换为北京 54 坐标的操作步骤和北京 54 至西安 80 差不多一致, 只是在计算 “七 参数时”顺序相反,当我们要将国家 80 为北京 54 时,输入的源坐标应该是 54 坐标系,这 一点一定要注意。 CASS2008 和 COORD4.1 都能利用公共点完成对单个或批量数据的转换, CASS2008 还能 但 完成对图形的整体转换,其转换过程和对数据的转换基本一致。

GPS 测量系统坐标转换
摘要:在 GPS 测量中通常采用两类坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与 地球体相固联的坐标系统,也称固定坐标系统。如:WGS-84 世界大地坐标系和 1980 年西 安大地坐标系。 在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换, 来求出 所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理 GPS 观测成果,因 此在 GPS 测量中得到了广泛的应用。 关键词:GPS;测量 1 坐标系统的介绍 1.1 WGS-84 坐标系统 WGS-84 坐标系是目前 GPS 所采用的坐标系统,是由美国国防部制图局建立,于 1987 年 取代了当时 GPS 所采用的坐标系统(WGS-72 坐标系统)而成为 GPS 目前所使用的坐标系统。 WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心, 轴指向 BIHl984.0 定义的协议地球极方向, Z

X 轴指向 BIHl984.0 的起始子午面和赤道的交点,Y 轴与 X 轴和 Z 轴构成右手系。WGS-84 系所采用椭球参数为:a=6378138m;f=1/298.257223563。 1.2 1954 年北京坐标系 1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用 过的 1942 年普尔科夫坐标系。建国前,我国没有统一的大地坐标系统,建国初期,在苏联 专家的建议下,我国根据当时的具体情况,建立起了全国统一的 1954 年北京坐标系。该坐 标采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为:a=6378245m;f=1/298.3。 该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位。 而是由前苏联西伯利亚地区的一 等锁,经我国的东北地区传算过来的,该坐标的高程异常是以前苏联 1955 年大地水准面重 新平差的结果为起算值,按我国天文水准路线推算出来的,而高程又是以 1956 年青岛验潮 站的黄海平均海水面为基准。 1.3 1980 年西安坐标系 1980 年西安坐标系的原点位于我国的中部,陕西西安市的附近。椭球的短轴平行于由地 球质心指向我国地极原点 JYD1968。 的方向, 0 起始大地子午面平行与我国起始天文子午面。 大地点的高程是 1956 年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。 2 坐标系统的转换 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,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,用它的公式编辑功能,进行 GPS 坐标转换,会非常轻松自如。 要进行坐标系转换,离不开高斯投影换算,下面介绍 GPS 坐标转换方法。 GPS 所采用的坐标系是美国国防部 1984 世界坐标系,简称 WGS-84,它是一个协议地球 参考系,坐标系原点在地球质心。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。由此可见,必须将 WGS-84 坐标进行坐标系转换 才能供标图使用。坐标系之间的转换一般采用七参数法或三参数法,其中七参数为 X 平移、 Y 平移、Z 平移、X 旋转、Y 旋转、Z 旋转以及尺度比参数,若忽略旋转参数和尺度比参数 则为三参数方法,三参数法为七参数法的特例。这里的 X、Y、Z 是空间大地直角坐标系坐 标,原理是:不把 GPS 所测定的 WGS-84 坐标当作 WGS-84 坐标,而是当作具有一定系统 性误差的 54 系坐标值,然后通过国家已知点纠正,消除该系统误差。下面以 WGS-84 坐标 转换成 54 系坐标为例,介绍数据处理方法: 首先, 在测区附近选择一国家已知点,在该已知点上用 GPS 测定 WGPS-84 坐标系经纬度 B 和 L,把此坐标视为有误差的 54 系坐标,利用 54 系 EXCEL 将经纬度 BL 转换成平面直 角坐标 X'Y',然后与已知坐标比较则可计算出偏移量: △X=X-X' △Y=Y-Y' 式中的 X、Y 为国家控制点的已知坐标,X'、Y'为测定坐标,△X 和△Y 为偏移量。 求得偏移量后,就可以用此偏移量纠正测区内的其他测量点了。把其他 GPS 测量点的经 纬度测量值,转换成平面坐标 X'Y',在此 XY 坐标值上直接加上偏移值就得到了转换后的 54 系坐标: X=X'+△X Y=Y'+△Y 在上述 EXCEL 计算表的最后两列, 附加上求得的改正数并分别与计算出来的 XY 相加后,

即得到转换结果。 1: 万比例尺成图而言, 就 1 在一般的县行政区范围内 (如 40Km×40Km) , 用此简单的坐标改正法进行转换与较复杂的七参数法没有多大差别。能否满足 1:1 万比例 尺变更调查的要求,主要取决于 GPS 接收机本身的精度,与转换方法的选择关系不大。当 面积较大时,使用该方法可能会使误差增大,这时可考虑分区域转换。 西安 80 坐标系与北京 54 坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里 的转换都是严密的, 而在不同的椭球之间的转换是不严密, 因此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, 一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型, X 平移, 即 Y 平移, Z 平移, X 旋转(WX) Y 旋转(WY) Z 旋转(WZ) , , ,尺度变化(DM ) 。 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,尺度变化面 DM 视为 0 。 方法如下(MAPGIS 平台中) : 第一步:向地方测绘局(或其它地方)找本区域三个公共点坐标对(即 54 坐标 x,y,z 和 80 坐标 x,y,z) ; 第二步: 将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。 (菜单: 投影转换/输入单点投影转换, 计算出这三个点的弧度值并记录下来) 第三步:求公共点求操作系数(菜单:投影转换/坐标系转换) 。如果求出转换系数后,记 录下来。 第四步:编辑坐标转换系数。 (菜单:投影转换/编辑坐标转换系数。 )最后进行投影变换, "当前投影"输入 80 坐标系参数,"目的投影"输入 54 坐标系参数。进行转换时系统会自动调 用曾编辑过的坐标转换系数。 3 结论 在使用 GPS 测量中,外业的观测简单、快捷,内业数据的计算可以通过相应的软件直接 得到 WGS-84 的坐标。为了将其转换为常用的 BJ-54 或 XA-80 坐标,常常使测量人员比较 棘手。本文论述了用 EXCEL 进行坐标转换的方法,在小测区面积范围内可以直接使用,在 大测区面积范围内分区使用,给测量的计算带来了很大的方便。


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