GPS测量常用坐标系统及相互转换

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1、GPS测量常用坐标系统及坐标转换摘要：本文GPS测量常用坐标系统，以及GPS静态、动态测量屮坐标变换的参数和方法。关键词：GPS；坐标系统；坐标转换GPS(GlobalPositioningSystem)即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。它具有全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，现已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方而。相对于常规测量来说，GPS测量具有测量精度高、测站间无需通视、观测时间短、仪器操作简便、全天候作业、可提供三维坐标等特点。大人地提高了测量效率和精度。但是由于坐标系统的不同，而临着大

2、量的坐标转换问题。对GPS技术的推广使用造成了一定的障碍。木文就GPS测量常用坐标系统及坐标转换的原理和方法，根据作者的理解介绍如下。一、GPS测量常用坐标系统及投影一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量屮的基准一般是指为确定点在空间屮的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的儿何参数和物理参数,及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置吋所采用的单位长度的定义。大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，每个国家或地区均有各自的大地基准面,因

3、此相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。1、坐标系统的分类1.1、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90。夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。1.2、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经度(L)、大地纬度(B)和大地高(H)来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间

4、屮的点与参考椭球的口转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。1.3、平而直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标(空间直角坐标或空间大地坐标)通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如UTM投影，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。2、高斯-克吕格投影高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名〃等角横切椭圆柱投影”,设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影

5、于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平,即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，屮央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大Z处在投影带内赤道的两端。为了限制高斯投影中长度变形，按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带。通常按经差6度或3度分为六度带或三度带。六度带自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，带号依次编为第1、2-60带。三度带是在六度带的基础上分成的，它的屮央子午线与六度带的屮央子午线和分

6、带子午线重合，即自1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第1、2-120带。高斯-克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以屮央经线投影为纵轴(x),赤道投彫为横轴(y),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负,横坐标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加500公里。rtr于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同

7、，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号,如(4231898m,21655933m),其中21即为带号。3、GPS测量常用坐标系3.1、WGS-84WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向B1H1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向B1H1984.0的启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=6378137加/=1/298.257223563C2()=-484.16685x10'60=7.292115x10—5GM=398600.5W-5-

8、23.2、1954年北京