CN104123695A - 一种实现坐标转换方法 - Google Patents

Abstract

一种实现坐标转换方法涉及一种地理测绘中不同坐标间的转换方法，坐标类型选择装置(1)：用于选择需要转换的坐标类型；参数类型选择装置(2)：用于参数类型的选择；控制点坐标获取装置(3)：用于获取控制点坐标数据；卫星定位控制点坐标获取装置(4)：从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标；转换参数计算装置(5)：根据坐标转换的参数类型和控制点坐标数据计算坐标转换参数；保存装置(6)：保存坐标转换参数；转换坐标装置(7)：根据坐标转换参数转换坐标；显示装置(8)：显示转换后的坐标点。本发明的积极效果是：利用电子地图上的任意点的坐标信息，点击屏幕地形图上具有明显地形、地物的点以获取控制点坐标数据与从卫星定位系统中获取的卫星定位控制点坐标组成控制点坐标，自动完成参数的计算和坐标的转换。

Description

一种实现坐标转换方法

技术领域

本发明涉及一种地理测绘中不同坐标间的转换方法。

背景技术

常用卫星定位系统使用特定的坐标系统，比如GPS使用的是WGS-84坐标系，为了充分利用原有的地形图、工程图、地下管道施工图等资料，必须进行坐标转换，如WGS-84坐标系转换为我国的80坐标系或54坐标系，很多情况下我们还必须把WGS-84坐标向地方独立坐标转换。

坐标转换的方法有很多，其运算非常复杂，语言也很难理解，经常需要运用软件转换而且很多软件需要一个一个进行转换，通常的做法是：获取已知测量控制点数据；将GPS设置在WGS-84坐标下，读取控制点的坐标(经纬度)读数，每隔一段时间读数一次；将控制点数据输入专门的软件中计算出转换参数；再将转换参数导入GPS用户终端。

已知测量控制点数据的获取通常由国家级测量控制点、工作区内已有的测量控制点获得。

采取上述方法进行的坐标转换存在下述问题：

1、实时性不强，当在某一区域发现误差较大时，不能及时获取控制点。

2、已知控制点的寻找费时、费力。

3、需要有专门的软件转换，转换结果要重新导入GPS用户终端，转换过程复杂、使用不方便。

发明内容

本发明的目的：利用电子地图上的任意点的坐标信息，点击屏幕地形图上具有明显地形、地物的点以获取控制点坐标数据与从卫星定位系统中获取的卫星定位控制点坐标组成控制点坐标，自动完成参数的计算和坐标的转换，系统嵌入用户终端中一旦转换后，结果立即可见。

本发明采取下列技术方案实现发明目的：

步骤：选择需要转换的坐标类型；选择坐标转换的参数类型；实时点击屏幕地形图上具有明显地形、地物的点以获取控制点坐标数据；从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标；根据坐标转换的参数类型和控制点坐标数据计算坐标转换参数；保存坐标转换参数；转换坐标；显示转换后的坐标点；

系统，包括：坐标类型选择装置(1)：用于选择需要转换的坐标类型；参数类型选择装置(2)：用于参数类型的选择；控制点坐标获取装置(3)：用于获取控制点坐标数据；卫星定位控制点坐标获取装置(4)：从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标；转换参数计算装置(5)：根据坐标转换的参数类型和控制点坐标数据计算坐标转换参数；保存装置(6)：保存坐标转换参数；转换坐标装置(7)：根据坐标转换参数转换坐标；显示装置(8)：显示转换后的坐标点。

附图说明

图1为本发明的流程图

坐标类型选择装置(1)、参数类型选择装置(2)、控制点坐标获取装置(3)、卫星定位控制点坐标获取装置(4)、转换参数计算装置(5)、保存装置(6)、转换坐标装置(7)、显示装置(8)。

具体实施方式

坐标类型选择装置(1)、用于选择需要转换的坐标类型：目前我们使用的坐标系统为1954北京坐标系或1980西安坐标系即北京54和西安80，GPS卫星定位的坐标系统为WGS-84坐标系，其椭球参数为：

长半轴a，短半轴b，椭圆的扁率α，椭圆的第一偏心率e，第二偏心率e′

利用坐标类型选择装置(1)可以确定椭球参数。

参数类型选择装置(2)、用于参数类型的选择：坐标转换的模型有很多种，可采用七参数布尔莎方法进行坐标转换，如果忽略旋转参数或尺度参数等，可以推出五参数，四参数，三参数转换公式，如果只需要进行二维平面上的坐标变换，可采用二参数和四参数转换公式，二参数转换公式为：四参数转换公式：

dx为坐标x的平移分量；dy为坐标y的平移分量；m为尺度因子；θ为旋转量。为了求解坐标变换的参数，需要知道三个以上WGS284坐标系在坐标类型坐标系下对应点的坐标，设一组公共点P1，P2，…Pn(n≥3)在两个坐标系下的坐标分别为(X84，Y84)i和(X，Y)i，则对于点Pi，有

$\left[\begin{array}{c}X-X_{84}\\ Y-Y_{84}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& X_{84}& Y_{84}\\ 0& 1& Y_{84}& X_{84}\end{array}\right]i\left[\begin{array}{c}\mathrm{dx}\\ \mathrm{dy}\\ m\\ \mathrm{\θ}\end{array}\right];$

采用最小二乘原理，求出转换参数X₀＝[dx，dy，m，θ]^T ₀，即利用间接平差法可得：X₀＝(B^TPB)^IB^TPL，

$X_0=\left[\begin{array}{c}\mathrm{dx}\\ \mathrm{dy}\\ m\\ \mathrm{\θ}\end{array}\right]0;B_i=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& X_{84}& Y_{84}\\ 0& 1& Y_{84}& X_{84}\end{array}\right];L_i=\left[\begin{array}{c}X-X_{84}\\ Y-Y_{84}\end{array}\right]i$

B＝[B₁，B₂，…，B_i，…，B₁₁]^T，L＝[L₁，L₂，…，L_i，…，L₁₁]^T，P是单位矩阵。

控制点坐标获取装置(3)：用于获取控制点坐标数据，我国现在大量的北京54和西安80坐标系统的地形图，地形图上具有经纬网、平面直角坐标网、控制点、比例尺等信息，电子地图是基于纸质地图的，它具有纸质地图的所有信息，电子地图上的任意点都具有该点的坐标信息，点击屏幕地形图上具有明显地形、地物的点以获取控制点坐标数据。

卫星定位控制点坐标获取装置(4)：从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标，从卫星定位系统中获取的是经纬度坐标，利用坐标类型选择装置(1)的椭球参数和中央经线数据将经纬度转换为北京54或西安80坐标系统的平面直角坐标。转换公式为：

$\begin{array}{c}x=X_0+\frac{1}{2}N\·t\·{\cos }^{2}B\·l^2+\frac{1}{24}N\·t(5-t^2+9{\mathrm{\η}}^2+4{\mathrm{\η}}^4){\cos }^{4}B\·l^4+\\ \frac{1}{720}N\·t(61-58t^2+t^4+270{\mathrm{\η}}^2-330{\mathrm{\η}}^2{t}^2){\cos }^{6}B\·l^6\end{array}$

$\begin{array}{c}y=N\·\cos B\·l+\frac{1}{6}N(1-t^2+{\mathrm{\η}}^2){\cos }^{3}B\·l^3+\\ \frac{1}{120}N(5-18t^2+{t_4}^4+14{\mathrm{\η}}^2-58{\mathrm{\η}}^2{t}^2){\cos }^{5}B\·l^5\end{array}$

其中，B为投影点的大地纬度；l＝L-L₀，L为投影点的大地经度，L₀为中央子午线的大地经度；N为投影点的卯酉圈曲率半径，t＝tanB，η＝e′cosB；e′为椭球第二偏心率。

X₀为当l＝0时，从赤道起算的子午线弧长，其计算公式为：

X₀＝a′(1-e²)(A₀B+A₂sin2B+A₄sin4B+A₆sin6B+A₈sin8B)

$A_0=1+\frac{3}{4}{e}^2+\frac{45}{64}{e}^4+\frac{350}{512}{e}^6+\frac{11025}{16834}{e}^8$

$A_2=-\frac{1}{2}[\frac{3}{4}{e}^2+\frac{60}{64}{e}^4+\frac{525}{512}{e}^6+\frac{17640}{16834}{e}^8]$

$A_4=\frac{1}{4}[\frac{15}{64}{e}^4+\frac{210}{512}{e}^6+\frac{8820}{16834}{e}^8]$

$A_6=\frac{1}{6}[\frac{35}{512}{e}^6+\frac{2520}{16834}{e}^8]$

$A_8=\frac{1}{8}\left[\frac{315}{16834}{e}^8\right]$

如果在参数类型选择装置(2)中选择二参数，获取控制点坐标和卫星定位控制点坐标后直接进入转换参数计算装置(5)。

如果在参数类型选择装置(2)中选择四参数，每次获取的控制点坐标和卫星定位控制点坐标将被存储，获取足够的控制点后进入转换参数计算装置(5)。

转换参数计算装置(5)：利用获取的控制点坐标和卫星定位控制点坐标，根据二参数转换公式为：或四参数转换公式：X₀＝(B^TPB)^IB^TPL，求得坐标转换参数。

保存装置(6)：保存坐标转换参数。将坐标转换参数保存到文件或数据库中，当下次需要时直接获取。

转换坐标装置(7)：根据坐标转换参数转换坐标。

二参数转换坐标公式： $\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{dx}\\ \mathrm{dy}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{x}_{84}\\ y_{84}\end{array}\right]$

四参数转换坐标公式：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{dx}\\ \mathrm{dy}\end{array}\right]+(1+m)\left[\begin{array}{c}{x}_{84}\\ y_{84}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\θ}\\ \mathrm{\θ}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{84}\\ y_{84}\end{array}\right]$

显示装置(8)：显示转换后的坐标点。

Claims (2)

1.一种实现坐标转换方法，其特征包括以下步骤：选择需要转换的坐标类型；选择坐标转换的参数类型；实时点击屏幕地形图上具有明显地形、地物的点以获取控制点坐标数据；从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标；根据坐标转换的参数类型和控制点坐标数据计算坐标转换参数；保存坐标转换参数；转换坐标；显示转换后的坐标点。 

2.一种实现坐标转换系统，包括：坐标类型选择装置(1)：用于选择需要转换的坐标类型；参数类型选择装置(2)：用于参数类型的选择；控制点坐标获取装置(3)：用于获取控制点坐标数据；卫星定位控制点坐标获取装置(4)：从卫星定位系统中获取卫星定位控制点坐标；转换参数计算装置(5)：根据坐标转换的参数类型和控制点坐标数据计算坐标转换参数；保存装置(6)：保存坐标转换参数；转换坐标装置(7)：根据坐标转换参数转换坐标；显示装置(8)：显示转换后的坐标点。