CN105300373A - 一种三维坐标转换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维坐标转换方法，包括：接收用户端发送的原始三维坐标；以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。相应的，本发明还公开了一种三维坐标转换装置。采用本发明实施例，能够自动对原始三维坐标进行转换，提高转换效率和准确性。

Description

一种三维坐标转换方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种三维坐标转换方法及装置。

背景技术

据统计，当今信息化社会中人类活动所涉及的信息总量中有近80％与空间位置信息相关联。随着社会的发展，各行各业对于空间位置信息的需求越来越广泛。由于各种坐标系统和高程系统的存在，坐标转换已成为空间位置信息确定中的一个关键环节。

目前，坐标转换已经涉及到各行各业的应用，如导航定位、资源调查、遥感图像分析、城市建设与管理等等。现有技术中，坐标转换只能在本地进行，作业效率低下。而且，用户应用时必须于本地安装转换程序和参数，其程序和参数用户直接可见，不利于成果的保密，也导致数据安全性和用户广泛性较差。另外，现有技术中一般只能进行平面转换，如需确定正常高等高程值，还要再以高程拟合等方法近似地求解，难以满足三维坐标实时精密转换的需求。而且，转换参数一般是根据原始平面坐标所在区域人工进行选取，浪费人力物力且容易出错。

发明内容

本发明实施例提出一种三维坐标转换方法及装置，能够自动对原始三维坐标进行转换，提高转换效率和准确性。

本发明实施例提供一种三维坐标转换方法，包括：

接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；

将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

进一步地，所述以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数，具体包括：

以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

逐一选取每个坐标转换区域；

逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；

若是，则分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线具有交点，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线没有交点；

若否，则所述射线与所述边界线没有交点；

逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

进一步地，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\α}& sin\mathrm{\α}\\ -sin\mathrm{\α}& cos\mathrm{\α}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x\\ \mathrm{\Δ}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x\\ \mathrm{\Δ}y\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

进一步地，所述根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程，具体包括：

读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；

根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

进一步地，在所述接收用户端发送的原始三维坐标之前，还包括：

接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接；

在所述将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端之后，还包括：

向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。

相应的，本发明实施例还提供一种三维坐标转换装置，包括：

接收模块，用于接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

转换参数获取模块，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

平面坐标转换模块，用于根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

高程转换模块，用于根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；以及，

反馈模块，用于将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

进一步地，所述转换参数获取模块具体包括：

射线获取单元，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

选取单元，用于逐一选取每个坐标转换区域；

判断单元，用于逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；

交点判断单元，用于若是，则分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线具有交点，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线没有交点；

交点识别单元，用于若否，则所述射线与所述边界线没有交点；以及，

统计单元，用于逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

进一步地，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\α}& sin\mathrm{\α}\\ -sin\mathrm{\α}& cos\mathrm{\α}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x\\ \mathrm{\Δ}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x\\ \mathrm{\Δ}y\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

进一步地，所述高程转换模块具体包括：

读取单元，用于读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

计算单元，用于采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；以及，

获取单元，用于根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

进一步地，所述三维坐标转换装置还包括：

连接模块，用于接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接；以及，

断开模块，用于向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的三维坐标转换方法及装置，能够通过获取交点个数来确定原始平面坐标所在的坐标转换区域，进而获取原始平面坐标的转换参数，实现对原始平面坐标的自动转换，根据预先建立的似大地水准面模型对原始高程进行转换，提高三维坐标的转换效率和准确性；与用户端建立连接，对用户端的原始平面坐标进行统一转换，提高转换效率和数据安全性；广泛应用于空间位置确定、移动位置服务、CORS测量、RTK测量、交通导航、测绘、公共安全、水利、农林业等领域，具有极高的科研、国防和商业价值。

附图说明

图1是本发明提供的三维坐标转换方法的一个实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的三维坐标转换方法中步骤S2的一个实施例的流程示意图；

图3是本发明提供的三维坐标转换方法中步骤S2的另一个实施例的示意图；

图4是本发明提供的三维坐标转换方法中步骤S4的一个实施例的流程示意图；

图5是本发明提供的三维坐标转换装置的一个实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的三维坐标转换装置中转换参数获取模块的一个实施例的结构示意图；

图7是本发明提供的三维坐标转换装置中高程转换模块的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的三维坐标转换方法的一个实施例的流程示意图，包括：

S1、接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

S2、以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

S3、根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

S4、根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；

S5、将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

需要说明的是，在平面区域中，两个平面坐标系统之间的转换参数是随不同区域的变化而变化的，如不同省界或不同市界的转换参数不相同，一般以一个市界或一个省界作为一个坐标转换区域。在接收到待转换的原始平面坐标后，需先对该原始平面坐标的位置进行判断，以该原始平面坐标的位置点为起点作一条射线，通过该射线与各个坐标转换区域的边界线的交点个数来确定该原始平面坐标所处的坐标转换区域。进而，将该坐标转换区域的转换参数作为原始平面坐标的转换参数进行转换即可，从而实现对平面坐标的自动转换。在高程转换中，利用预先建立的似大地水准面模型，并根据已转换的目的平面坐标，即可实现对原始高程的转换，从而提高三维坐标的转换效率和准确性。

其中，用户端中的原始三维坐标可采用卫星定位接收机、手簿、PDA、手机、全站仪、经纬仪、路标、电子地图等软硬件定位设备进行测量，其操作系统可采用WinCE、Linux或其它嵌入式系统等，亦可以直接导入其它定位设备的坐标数据。

需要说明的是，本实施例的三维坐标转换方法由服务器实现，用户端通过与服务器的通信实现对原始三维坐标的转换。

进一步地，如图2所示，所述以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数，具体包括：

S21、以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

S22、逐一选取每个坐标转换区域；

S23、逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；若是，则执行步骤S24，若否，则执行步骤S26；

S24、分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则执行步骤S25，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则执行步骤S26；

S25、判定所述射线与所述边界线具有交点；

S26、判定所述射线与所述边界线没有交点；

S27、逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

需要说明的是，预先在原始平面区域的坐标系中划分出M个坐标转换区域T₁、T₂、……、T_m，如广州市界、东莞市界、湖南省界等。其中，M个坐标转换区域相应的转换参数为Tran₁、Tran₂、……、Tran_m。

在进行坐标转换时，接收用户端发送的原始平面坐标，其中，原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为P₀(x₀,y₀)。过P₀点沿坐标系的y轴平行的方向作一条射线R，再按顺序逐个选择坐标转换区域T_i，其中，坐标转换区域T_i为一个封闭的多边形，可以是凸多边形或凹多边形等多种形态，坐标转换区域T_i的边界线由一系列的坐标点P₁、……、P_n构成。在选择一个坐标转换区域T_i后，按顺序逐个选取该坐标转换区域T_i的每条边界线以判断其是否与射线R相交，并设置相交计数器Cr的初始值为0，其中，每条边界线的两个端点分别为P_i(x_i,y_i)和P_i+1(x_i+1,y_i+1)，x_i≤x_i+1。若位置点P₀的横坐标位于端点P_i和P_i+1的横坐标之间，即x_i≤x₀<x_i+1，则分别计算P_iP_i+1的斜率Slope₁和P_iP₀的斜率Slope₂，其中， 当Slope₁大于且等于Slope₂时，说明射线R与该条边界线P_iP_i+1具有有效交点，使相交计数器Cr赋值加1，并继续选择该坐标转换区域T_i的下一条边进行判断；若位置点P₀的横坐标不位于端点P_i和P_i+1的横坐标之间，则说明射线R与该条边界线P_iP_i+1没有交点，继续选择该坐标转换区域T_i的下一条边进行判断。在该坐标转换区域T_i的所有边界线均判断完毕后，若相交计数器Cr的值为奇数，则说明位置点P₀位于该坐标转换区域T_i中，选择该坐标转换区域T_i的转换参数Tran_i作为原始平面坐标的转换参数实现对原始平面坐标的转换；若相交计数器Cr的值为偶数，则说明位置点P₀不在该坐标转换区域T_i中，继续选择下一个坐标转换区域进行判断，直到确定位置点P₀所在的坐标转换区域。

例如，如图3所示，平面区域划分了三个坐标转换区域，即第一坐标转换区域31、第二坐标转换区域32和第三坐标转换区域33，其转换参数分别为Tran₁、Tran₂和Tran₃。以原始平面坐标在原始平面区域上的位置点P₀为起点作一条射线R，分别计算射线R与第一坐标转换区域31、第二坐标转换区域32和第三坐标转换区域33的交点个数，统计出射线R与第一坐标转换区域31的交点个数为1个，射线R与第二坐标转换区域32的交点个数为2个，射线R与第三坐标转换区域33的交点个数为0个，则位置点P₀位于第一坐标转换区域31内，第一坐标转换区域31的转换参数Tran₁即为转换原始平面坐标的转换参数。

进一步地，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\&alpha;}& sin\mathrm{\&alpha;}\\ -sin\mathrm{\&alpha;}& cos\mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

需要说明的是，坐标系之间的差异主要取决于坐标系的定位与定向，椭球参数以及坐标系的尺度定义。因此，实现平面坐标转换的首要前提是必须建立起平面坐标系统之间符合精度和管理要求的严密转换关系。对于较小的平面区域，两坐标系统之间的平面转换参数是固定的。对于较大范围的平面区域，其转换参数则是随不同的区域的变化而变化的，可按区域确定多个平面转换参数。

另外，采用大地坐标形式的空间坐标系，还可以采用如下方法实现向平面坐标系的转换：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_0\\ Y_0\\ Z_0\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{X}^{\&prime;}\\ Y^{\&prime;}\\ Z^{\&prime;}\end{array}\right]*\mathrm{\&delta;}\mathrm{\&mu;}+\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\&epsiv;}}_Z& -{\mathrm{\&epsiv;}}_Y\\ -{\mathrm{\&epsiv;}}_Z& 1& {\mathrm{\&epsiv;}}_X\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_Y& -{\mathrm{\&epsiv;}}_X& 1\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X}^{\&prime;}\\ Y^{\&prime;}\\ Z^{\&prime;}\end{array}\right];$

其中， $\left[\begin{array}{c}{X}_0\\ Y_0\\ Z_0\end{array}\right]$ 为两个不同空间直角坐标系原点的平移参数，δμ为尺度参数，(ε_x,ε_y,ε_z)为旋转角参数， $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 为目的坐标， $\left[\begin{array}{c}{X}^{\&prime;}\\ Y^{\&prime;}\\ Z^{\&prime;}\end{array}\right]$ 为原始坐标。

进一步地，如图4所示，所述根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程，具体包括：

S31、读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

S32、采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；

S33、根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

其中，利用目的平面坐标读取似大地水准面模型上格网点，并采用双线性内插算法计算出格网点相应的高程异常，双线性内插算法的计算公式如下：

ξ＝a₀₀+a₁₀X+a₀₁Y+a₁₁XY；

其中，ξ为高程异常，(X，Y)为目的平面坐标，a_ij为二维系数。

根据高程异常即可对原始高程进行转换，获得目的高程，其转换公式如下：

h_γ＝h-ξ；

其中，h_γ为目的高程，h为原始高程。

另外，似大地水准面模型的建立方法具体包括：

(1)地面重力观测值的归算

利用通过重力值的归算获得地面(或大地水准面)上的空间重力异常，

(2)推估内插形成格网地形均衡异常

为了形成平均重力异常基础格网数据，用离散点的“观测”均衡重力异常值作为已知(采样)值，按拟合方法确定每个格网结点上的均衡异常。

(3)利用DTM恢复格网平均空间重力异常

将每个格网均衡异常按地面重力归算的逆过程，即在格网均衡异常中分别减去布格改正、局部地形改正和均衡改正，分别恢复为大地水准面上和地面空间重力异常。

(4)移去位模型重力异常生成残差空间异常和残差法耶异常

将地面空间异常减去模型重力异常得到格网残差空间异常，在残差空间异常中加上局部地形改正得到残差法耶异常。

(5)计算格网残差重力大地水准面高与残差高程异常

应用Stokes公式由格网平均残差空间异常，利用FFT技术计算每个格网中点的残差重力大地水准面高；将Molodensky级数的零阶项与一阶项合并，取近似等于局部地形改正，与残差空间异常相加形成残差法耶异常，应用Stokes公式由格网平均残差法耶异常并考虑地形的间接影响计算残差高程异常。

(6)由位模型值恢复重力大地水准面高和高程异常

利用位模型系数由FFT技术分别计算位模型的大地水准面高和高程异常，并将其分别加上残差重力大地水准面高和残差高程异常，得到重力大地水准面和重力似大地水准面。

(7)重力似大地水准面与GNSS水准似大地水准面的符合

将离散的GNSS水准与对应的重力似大地水准面不符值序列通过利用某种数学或物理方法消除或减弱，如最小二乘法等。

(9)建立似大地水准面模型。

进一步地，在所述接收用户端发送的原始平面坐标之前，还包括：

接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接。

需要说明的是，大量用户端可同时通过GPRS、CDMA、WIFI、Internet等无线网络与远程服务器系统相连接，服务器对所连接的每个用户端分配一个唯一的IP地址。在连接后，用户端获取点位的点名、属性、原始平面坐标，确定点位的原坐标系统和待转换的目的坐标系统，并将获取的信息加入数据引导字段，形成点位转换预处理成果发送给服务器，其数据段格式如下：

IP

点名

点属性

原坐标系统

原始平面坐标

目的坐标系统

在服务器接收到该数据段后，解析出IP、点位的点名、属性、原始平面坐标、原坐标系统和待转换的目的坐标系统，并利用待转换的目的坐标系统对原始平面坐标的转换参数进行选择，从而实现坐标转换。若用户端需发送多个原始平面坐标进行转换，则将多个原始平面坐标转换为数据段后进行排列，并向服务器传输该数据段序列。

进一步地，在所述将所述目的平面坐标反馈给所述用户端之后，还包括：

向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。

需要说明的是，服务器将转换后的目的平面坐标根据IP地址发送给用户端后，用户端接收数据可向用户及用户设备展示或使用转换后的坐标，而且，传送完成后即释放该IP地址。

本发明实施例提供的三维坐标转换方法，能够通过获取交点个数来确定原始平面坐标所在的坐标转换区域，进而获取原始平面坐标的转换参数，实现对原始平面坐标的自动转换，根据预先建立的似大地水准面模型对原始高程进行转换，提高三维坐标的转换效率和准确性；与用户端建立连接，对用户端的原始平面坐标进行统一转换，提高转换效率和数据安全性；广泛应用于空间位置确定、移动位置服务、CORS测量、RTK测量、交通导航、测绘、公共安全、水利、农林业等领域，具有极高的科研、国防和商业价值。

相应的，本发明还提供一种三维坐标转换装置，能够实现上述实施例中的三维坐标转换方法的所有流程。

参见图5，是本发明提供的三维坐标转换装置的一个实施例的结构示意图，包括：

接收模块1，用于接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

转换参数获取模块2，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

转换模块3，用于根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

高程转换模块4，用于根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；以及，

反馈模块5，用于将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

进一步地，如图6所示，所述转换参数获取模块2具体包括：

射线获取单元51，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

选取单元52，用于逐一选取每个坐标转换区域；

判断单元53，用于逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；

交点判断单元54，用于若是，则分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线具有交点，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线没有交点；

交点识别单元55，用于若否，则所述射线与所述边界线没有交点；以及，

统计单元56，用于逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

进一步地，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\&alpha;}& sin\mathrm{\&alpha;}\\ -\sin \mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

进一步地，如图7所示，所述高程转换模块4具体包括：

读取单元61，用于读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

计算单元62，用于采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；以及，

获取单元63，用于根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

进一步地，所述三维坐标转换装置还包括：

连接模块，用于接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接；以及，

断开模块，用于向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。

本发明实施例提供的三维坐标转换装置，能够通过获取交点个数来确定原始平面坐标所在的坐标转换区域，进而获取原始平面坐标的转换参数，实现对原始平面坐标的自动转换，根据预先建立的似大地水准面模型对原始高程进行转换，提高三维坐标的转换效率和准确性；与用户端建立连接，对用户端的原始平面坐标进行统一转换，提高转换效率和数据安全性；广泛应用于空间位置确定、移动位置服务、CORS测量、RTK测量、交通导航、测绘、公共安全、水利、农林业等领域，具有极高的科研、国防和商业价值。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维坐标转换方法，其特征在于，包括：

接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；

将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

2.如权利要求1所述的三维坐标转换方法，其特征在于，所述以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数，具体包括：

以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

逐一选取每个坐标转换区域；

逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；

若是，则分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线具有交点，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线没有交点；

若否，则所述射线与所述边界线没有交点；

逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

3.如权利要求1或2所述的三维坐标转换方法，其特征在于，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\&alpha;}& \sin \mathrm{\&alpha;}\\ -sin\mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;x}\\ \mathrm{\&Delta;y}\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

4.如权利要求1所述的三维坐标转换方法，其特征在于，所述根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程，具体包括：

读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；

根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

5.如权利要求1所述的三维坐标转换方法，其特征在于，在所述接收用户端发送的原始三维坐标之前，还包括：

接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接；

在所述将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端之后，还包括：

向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。

6.一种三维坐标转换装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收用户端发送的原始三维坐标；所述原始三维坐标包括原始平面坐标和原始高程；

转换参数获取模块，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点作一条射线，逐一计算所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数；所述坐标转换区域是将所述原始平面区域按照转换参数进行划分后的一个子区域；

平面坐标转换模块，用于根据所述原始平面坐标的转换参数，将所述原始平面坐标转换为目的平面坐标；

高程转换模块，用于根据所述目的平面坐标和预先建立的似大地水准面模型，将所述原始高程转换为目的高程；以及，

反馈模块，用于将所述目的平面坐标和所述目的高程反馈给所述用户端。

7.如权利要求6所述的三维坐标转换装置，其特征在于，所述转换参数获取模块具体包括：

射线获取单元，用于以所述原始平面坐标在原始平面区域上的位置点为起点，以所述原始平面区域上建立的坐标系的纵轴平行方向作一条射线；

选取单元，用于逐一选取每个坐标转换区域；

判断单元，用于逐一获取所选取的坐标转换区域的每条边界线的两个端点的坐标，并判断所述位置点的横坐标是否位于所述两个端点的横坐标之间；

交点判断单元，用于若是，则分别计算所述两个端点所在边界线的第一斜率和所述位置点与所述两个端点中横坐标小的端点的连线的第二斜率，并比较所述第一斜率和所述第二斜率的大小，若所述第一斜率大于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线具有交点，若所述第一斜率小于所述第二斜率，则所述射线与所述边界线没有交点；

交点识别单元，用于若否，则所述射线与所述边界线没有交点；以及，

统计单元，用于逐一统计所述射线与每个坐标转换区域的边界线的交点个数，并将交点个数为奇数的坐标转换区域所对应的转换参数作为所述原始平面坐标的转换参数。

8.如权利要求6或7所述的三维坐标转换装置，其特征在于，所述转换参数包括平移参数、尺度参数和旋转角参数；转换的公式如下：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D=(1+m)\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\&alpha;}& sin\mathrm{\&alpha;}\\ -sin\mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]({\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\end{array}\right]);$

其中， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_D$ 为所述目的平面坐标， ${\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]}_S$ 为所述原始平面坐标， $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;x}\\ \mathrm{\&Delta;y}\end{array}\right]$ 为所述平移参数，α为所述旋转角参数，m为所述尺度参数。

9.如权利要求6所述的三维坐标转换装置，其特征在于，所述高程转换模块具体包括：

读取单元，用于读取所述目的平面坐标位于所述似大地水准面模型上格网点；

计算单元，用于采用双线性内插算法，计算所述格网点相应的高程异常；以及，

获取单元，用于根据所述高程异常和所述原始高程，计算获得目的高程。

10.如权利要求6所述的三维坐标转换装置，其特征在于，所述三维坐标转换装置还包括：

连接模块，用于接收所述用户端发送的连接请求，与所述用户端建立连接；以及，

断开模块，用于向所述用户端发送关断指令，断开与所述用户端的连接。