GPS测量中坐标系变换模型及其适用性探讨.pdf

第41卷 第 17期 人 民 长 江 Vo1．41．No．17 2010年 9月 Yangtze River Sep．， 2010 文章编号 ：1001—4179(2010)17—0037—03 GPS测量中坐标系变换模型及其适用性探讨 吴 敬 文，盛 青，舒 国栋 (长江水利委 员会 长江 口水文水资源勘测局 ，上海200136) 摘要 ：由于在我 国存在不 同坐标 系的测绘资料 ，而在 GPS测量及应用上 ，存在坐标 系变换 问题 ，为此 ，研 究 WGS84坐标系统与国家大地坐标系间的坐标转换方法具有现实的意义。介绍并讨论 了Bulsa模型 、莫洛登斯 基 一巴德卡斯模型和相似变换模型在计算精度上的差异，提 出了针对不 同区域范围采取相应模型的方法和 原则 ，使之能较好解决坐标系之 间转换 的应用问题 ，具有较好的实用价值 。 关 键 词 ：坐标系统 ；GPS；坐标转换 ；赫尔墨特变换 ；相似变换 中图法分类号 ：P228 文献标志码 ：A 在测量工作 中，常用的坐标系有地心坐标系、参心 绘资料 的应用受到很大的限制 ，并使地形 图和 GIS系 坐标系、地方坐标系等。以参考椭球为基准的坐标系， 统等的广泛应用受到了很大制约。为 了解决这一 问 叫做参心坐标系；以总的地球椭球为基准的坐标系 ，叫 题 ，需要深入研究 GPS坐标系统的转换 问题 。 做地心坐标系 ；此外还有地方坐标系等 。 1 常用的坐标系问转换方法 GPS测量的基准为 WGS84坐标系。WGS84坐标 系是美国国防部为进行 GPS导航定位于 1984年建立 GPS作业采用的坐标系统为WGS84坐标系统 ，而 的地心坐标系。WGS84坐标系对应于 WGS一84椭 不同的测绘资料可 能采用 1954年北京坐标系、1980 球 ，其椭球参数为长半轴 =6378137m，短半轴 = 年西安坐标系、2000国家大地 系或城 市坐标系 ，所 以 6356752m，扁率为 1／298．26。 需要重点研究 WGS84坐标系统与 国家大地坐标系间 从解放初期到现在 ，我 国先后建立了各种等级 的 的坐标转换方法。 全国测量控制网。基于这些大地测量资料 ，我国分别 用得最多，同时从数学角度来说 ，也是最严密的转 建立和采用了 1954年北京坐标系 、1980年西安坐标 换方法为经典的三维赫尔墨特变换。一般采用 7个转 系(又称 1980国家 大地坐标 系)、2000国家大地坐标 换参数 ，即3个平移参数 △ 、△l，、△Z，3个旋转参数 系。这几种坐标系都属于参心坐标系。不同的参心坐 ot 、 、tO：和 1个缩放因子 m。常用 的模型为Bulsa模 标系对应于不同的参考椭球 ，其参考椭球 的椭球参数 型。为了求取7个转换参数，该方法要求至少有 3个 和椭球定 向均有所不 同。无论何种坐标系 ，其建立 的 公共点。经典的三维赫尔墨特变换的实质是三维空问 初衷是试图找出一个合适 的参考椭球 ，使其最大程度 的线型相似变换。 地与我国的似大地水准面相吻合。但 由于地球本身形 由于 Bulsa模型中旋转参数和平移参数间存在强 状的不规则性 、不同时期测量能力和对地球椭球认识 相关性 ，在大部分 的实际工程应用 中，测 区一般都很 的不同，导致这些椭球参数存在一定的差异，这就导致 小 。如果在 同一测区测定两次或者 已知点坐标有微小 不同时期 、基于不同椭球基准下的坐标系统存在差异 ， 变化，由于 7参数的相关性，求出的参数在数值上将会 从而也引起基于