一個衛星導航定位系統。它具有全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，現已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。相對于常規測量來說，GPS測量具有測量精度高、測站間無需通視、觀測時間短、儀器操作簡便、全天候作業、可提供三維坐标等特點。大大地提高了測量效率和精度。但是由于坐标系統的不同，面臨着大量的坐标轉換問題。對GPS技術的推廣使用造成了一定的障礙。本文就GPS測量常用坐标系統及坐标轉換的原理和方法，根據作者的理解介紹如下。

一、GPS測量常用坐标系統及投影

一個完整的坐标系統是由坐标系和基準兩方面要素所構成的。坐标系指的是描述空間位置的表達形式，而基準指的是為描述空間位置而定義的一系列點、線、面。在大地測量中的基準一般是指為确定點在空間中的位置，而采用的地球橢球或參考橢球的幾何參數和物理參數，及其在空間的定位、定向方式，以及在描述空間位置時所采用的單位長度的定義。大地基準面是利用特定橢球體對特定地區地球表面的逼近，每個國家或地區均有各自的大地基準面，因此相對同一地理位置，不同的大地基準面，它們的經緯度坐标是有差異的。基準面是在橢球體基礎上建立的，但橢球體不能代表基準面，同樣的橢球體能定義不同的基準面。

3.2、1954年北京坐标系

1954年北京坐标系是我國目前廣泛采用的大地測量坐标系。該坐标系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數為：

由于當時條件的限制，1954年北京坐标系存在着很多缺點，主要表現在以下幾個方面：

克拉索夫斯基橢球參數同現代精确的橢球參數的差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數，因而給理論和實際工作帶來了許多不便。

橢球定向不十分明确，橢球的短半軸既不指向國際通用的CIO極，也不指向目前我國使用的JYD極。參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統性傾斜，東部高程異常達60餘米，最大達67米。

該坐标系統的大地點坐标是經過局部分區平差得到的，因此，全國的天文大地控制點實際上不能形成一個整體，區與區之間有較大的隙距，如在有的接合部中，同一點在不同區的坐标值相差1-2米，不同分區的尺度差異也很大，而且坐标傳遞是從東北到西北和西南，後一區是以前一區的最弱部作為坐标起算點，因而一等鎖具有明顯的坐标積累誤差。

3.3、1980年西安大地坐标系

1978年，我國決定重新對全國天文大地網施行整體平差，并且建立新的國家大地坐标系統，整體平差在新大地坐标系統中進行，這個坐标系統就是1980年西安大地坐标系統。1980年西安大地坐标系統所采用的地球橢球參數的四個幾何和物理參數采用了IAG 1975年的推薦

值，它們是

根據上面所給的參數，可算出1980年西安大地坐标系所采用的參考橢球的扁率為：

f=1/298.257

橢球的短軸平行于地球的自轉軸（由地球質心指向1968.0 JYD地極原點方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準面在我國境内符合最好，高程系統以1956年黃海平均海水面為高程起算基準。

二、坐标系統的轉換方法

GPS定位結果屬于協議地球地心坐标系，即WGS-84坐标系，而我們使用的測量成果是國家參心坐标系，需要進行坐标系轉換。

在相同的基準下，空間直角坐标系與空間大地坐标系間的轉換，在GPS實際測量中意義不大。空間坐标系與平面直角坐标系間的轉換（高斯正反算），隻要正确設置參考橢球的長半軸和扁率、中央子午線的度數及變形系數（高斯投影中央子午線變形系數為1）、北（0）東（500000）偏移值，一般GPS測量儀器自帶軟件都可自行完成。這裡不再贅述，現僅就GPS測量中常見坐标轉換問題介紹如下。

1、靜态測量中的坐标轉換

常規方法是GPS待測點與已知地方坐标控制網基線聯測（基線越短越精确），通過網平差求解GPS待測點的地方坐标。确定轉換方程的關鍵是根據三個以上已知參考點（兩類坐标系的坐标值都精确确定）用最小二乘法求解轉換參數，常用布爾莎（Bursa）7參數法進行。即三個平移參數ΔX、ΔY、ΔZ，三個旋轉參數、、，比例因子m。

布爾莎模型公式可表示為：

2、 動态測量中的坐标轉換

2.1、已知點有地方坐标但無WGS84坐标

已知控制點隻有地方坐标（北京54或西安80），可采用的唯一方法是聯測控制點， 取得已知點WGS84坐标，求解轉換參數。這種方法至少需要二個控制點（例如點O和 點A），設基準站于點O，，點A作為方位點。

已知控制點既有地方坐标又有WGS84坐标，可用2.1所述方法任取兩點求轉換參數，然後用轉換參數求出任一測量點在地方坐标系中的坐标。

2.3 隻有一個已知點或無已知點

隻有一個已知點,用已知點的地方坐标與WGS84平面坐标之差作為平移參數(即三參數)，然後用平移參數求出任一測量點在地方坐标系中的坐标。當工作區範圍不大時(≤30Km)精度也能夠滿足要求。

沒有已知點的時候，可采取直接投影的方式，采用WGS84平面坐标，也可用北京54或西安80的橢球參數，通過高斯正算得出該點平面坐标，這種坐标其實是假定坐标。此時和隻有一個已知點的情況一樣。

如果需要，此方法測得的準備可提供坐标平移、旋轉，轉換成統一北京54或西安80地方坐标。

3、GPS高程轉換

GPS高程是以WGS84橢球為基準的大地高，實際應用的地面高程是以似大地水準面起算的正常高，兩者存在高程異常ξ。用水準測量的方法聯測若幹GPS點的正常高，求出高程異常ξ。采用數值拟合的方法，拟合出測區似大地水準面，進而求出測量點高程異常ξ，得出各GPS點的正常高。

高程拟合分為加權平均、平面拟合和曲面拟合三種。加權平均兩個已知點以下即可；三個已知點以上六個已知點以下可以使用平面拟合；六個已知點以上可以使用曲面拟合。

三、小結

GPS不僅能達到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，随着軟硬件的不斷升級，GPS将逐漸取代傳統測量儀器。現在GPS測量儀器自帶處理軟件基本都能滿足坐标轉換需要。隻要理解了坐标系之間的轉換原理，使用GPS測量就能得心應手。

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