不同坐标系与WGS84坐标系间的转换应用研究

　　摘要：本文首先阐述了坐标系的分类，介绍了不同坐标系转换的意义，并以我国常用国家80坐标与WGS84坐标的转换过程及其方法为例进行了分析，得出了有益的结论。
　　关键词：坐标分类；80坐标；GPS；坐标转换；
　　随着我国经济发展基础通道的快速建设和GPS定位技术在我国的应用，GPS技术在测量中的应用越来越广泛，由于GPS具有全天候、高精度、自动化、效益高等显著优点，其在大地测量、工程测量、车辆导航、航海导航等领域得到广泛应用。但在GPS测量与应用中，GPS系统采用的是通常采用的是WGS84地心坐标系，而我国测绘系统由早期广泛采用是北京54坐标系到现今的国家80坐标系，以及各地区建设又采用的是地方坐标系，几类坐标不但坐标原点不一致，而且各坐标轴之间相互不平行。所以，在实际应用中，通常需要将WGS一84坐标转换至我国国家坐标系统或地方坐标系统。
　　一、坐标系统分类
　　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。因此人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：空间直角坐标系、空间大地坐标系、平面直角坐标系
　　而我们常用的GPS定位使用的是地心大地坐标系，而我国经典的大地定位又采用的是地球参心坐标系。地心大地坐标系与地球参心坐标系的主要区别在于：地心大地坐标系的椭球中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。而对于地球参心坐标系，在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常需选取一参考椭球面为基准参考面，选一参考点为大地测量的起算点（或称为大地原点），并且利用大地原点的天文观测量，来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。不过由此所选定的参考椭球的位置，其中心一般不会与地球质心相重合。
　　二、坐标系变换与基准变换
　　所谓坐标系变换就是在不同的坐标表示形式间进行变换。基准变换是指在不同的参考基准间进行变换。
　　1、空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换
　　在相同的基准下，空间大地坐标系向空间直角坐标系的转换方法为：
　　其中：
　　，为卯酉圈的半径；
　　
　　为地球椭球长半轴；
　　为地球椭球的短半轴。
　　在相同的基准下，空间直角坐标系向空间大地坐标系的转换方法为：
　　
　　在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法，先将B求出，最后在确定H。
　　2、空间坐标系与平面直角坐标系间的转换
　　空间坐标系与平面直角坐标系间的转换采用的是投影变换的方法。在我国一般采用的是高斯投影。因为高斯投影和UTM投影都是横轴墨卡托的特例，因此，高斯投影和UTM投影都可以套用横轴墨卡托投影的投影公式。
　　三、坐标转换方法
　　两个坐标是如何转换的呢，比较严密的是布尔沙模型，又称为七参数转换法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。即在WGS一84坐标与国家坐标或地方坐标的转换过程中，主要先求出坐标转换参数。无论使用哪一种方法，只有知道了转换参数，才能进行坐标转换。其步骤为：
　　
　　上述的方法同样适合于从WGS-84直接转换为地方坐标。此外，由于采用GPS观测所得到的是大地高，为了精确确定出正高或正常高，需要有大地水准面差距或高程异常数据。
　　三、WGS84与国家80坐标转换的实现
　　下表就是福建龙岩两个不同坐标系以上述步骤转换后的数据，且用户要求完成从WGS-84到国家80坐标系的转换，该数据为利用三个已知点求出转换参数，从而求出该区域所有点的国家80坐标系。
　　
　　四、结论
　　不同坐标系的转换是我们经常遇到的事情，尤其随着2009年为应对经济危机而采取加大我国基础投资来保障我国经济的可持续发展，不同坐标系与GPS84坐标系的转换将是我们时常面对的问题。当然，随着GPS技术的不断发展应用，坐标转换的求解方法会更多，更先进，也更准确。
　　参考文献：
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　　[3]徐绍全，张华海等GPS测量原理及应用[M]．武汉：武汉大学出版社。2003．
　　
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