CN1595067A - 导航系统中的一种快速地理坐标投影转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于导航系统中的快速地理坐标投影转换方法，包括GPS信号接收模块、导航软硬件系统、电子地图、位置信息处理和误差校正模块，通过专门位置信息处理和误差校正模块可以将移动目标的位置信息快速的匹配到导航系统的显示设备中，和以前的转换方法相比，本发明步骤简化、操作简单、降低了导航数据采集成本，本发明还具有很好的兼容性，能够将移动目标位置信息转换到各种不同格式的电子地图中。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)领域，具体涉及一种高效快速的从GPS经纬度坐标转换到GIS图形坐标的方法，能够使GPS移动目标快速准确的显示在图形屏幕上面。
背景技术
在信息社会中，80％的信息与位置信息有关，所以专门用来处理位置信息的系统(比如GIS系统、GPS系统)的应用现在十分广泛。导航系统就是位置信息系统的一种应用，在导航系统中首要解决的问题就是要将移动目标在现实世界具体位置和系统中的电子地图内容对应起来。移动目标的实时具体位置是由GPS信号接受模块确定，它是一种地心坐标(WGS经纬度坐标)，如果要和导航系统中的电子地图内容对应起来一般需要经过下面的步骤：
1.通过空间大地坐标和空间直角坐标之间的转换将WGS经纬度坐标转换为WGS空间直角坐标，有专门地理坐标转换公式完成该转换；
2.通过不同基准面的空间直角坐标系间的转换，将WGS空间直角坐标转换为北京54或者西安80空间直角坐标，实现这种坐标转换的主要方法有布尔沙模型及七参数法；
3.将空间直角坐标转换为空间大地坐标，就是前面步骤1的逆向过程这里就是将北京54或者西安80空间直角坐标转换为相应的空间大地坐标；
4.将北京54或者西安80空间大地坐标通过高斯投影正算转换为相应的平面坐标；
5.通过平面坐标之间的转换将北京54或者西安80平面坐标转换为地方坐标系统；
6.将地方坐标系统转换为导航系统中的屏幕设备坐标。
从上面的过程中可以看出要将GPS模块采集到的地理坐标转换为导航系统中的屏幕坐标需要用到大量的复杂公式计算，不仅如此，在步骤3中的七参数转换方法，需要知道X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K七个参数，但是这七个参数是不公开的，并且不同的区域这七个参数值是不相同的，一般情况下是通过采集三个校准点(同时具有WGS空间直角坐标和北京54空间直角坐标)根据公式推导出这七个参数；同样步骤5中的平面坐标之间转换可能有标准北京、西安坐标和地方坐标(实际图形坐标可以看作一种地方坐标)之间的转换，这里也需要采集控制点计算转换参数。
如果采用上面的地理坐标投影转换方法将是一个十分繁琐和缓慢的过程，并且会导致导航数据采集成本相对较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述存在的问题和不足，针对导航应用提供一种快速简单的地理坐标的转换方法，将GPS信号采集模块得到的位置信息方便的转换到导航系统中并在屏幕上将信息用图形的方式显示出来。
本发明涉及到GPS信号处理、GIS地理坐标转换和地图投影、计算机图形二维坐标转换等内容，包含GPS接收模块、导航软硬件系统、位置信息处理和误差校正模块、电子地图四个组成部分，通过位置信息处理和误差校正模块，将GPS接收模块中的位置信息通过快速简单的地理坐标投影转换，导入到导航系统中并且在电子地图上显示出来。具体方法如下：
1.通过GPS接收模块得到移动目标位置信息，将位置信息通过处理转换为标准格式的WGS经纬度坐标，将WGS经纬度坐标直接当作西安80经纬度坐标，由于这两个坐标系统近似平行，不会导致图形扭曲，但还是会导致一些误差，在后面会进行一些误差处理；
2.通过高斯投影将西安80经纬度坐标转换为西安80平面坐标，这里需要知道地球椭球参数和该位置的中央经度；
3.将西安80平面坐标转换为导航系统中的电子地图的图形坐标，这里进行的就是误差校正工作，由步骤1导致的误差将在这里进行处理，采用的四参数坐标转换方法，公式如下：
x＝(x′*cos(a)+y′*sin(a)+xd)*k；
y＝(y′*cos(a)-x′*sin(a)+yd)*k；
参数说明：
xd：x平移，yd：y平移，a：旋转角度，k：缩放比例尺要计算出上面的四个参数需要找两个已知控制点，这两个已知控制点的西安80平面坐标和电子地图图形坐标都需要知道，然后根据上面的公式反向推导出四参数
4.将电子地图的图形坐标转换为导航系统中的屏幕设备坐标，简单的二维坐标转换，不涉及到图形旋转。
附图说明
图1导航系统中位置信息总体流程图。
图2地理坐标投影转换流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
由图1可见，导航所需的位置信息首先通过GPS接收模块得到，然后将位置信息通过独立的位置信息处理和误差校正模块进行处理得到标准格式的WGS经纬度坐标，导航系统接收的是WGS经纬度坐标，导航软件系统再调用位置信息处理和误差校正模块，这里的WGS经纬度坐标被直接当作西安80经纬度坐标，通过高斯投影将西安80经纬度坐标转换为西安80平面坐标，再将西安80平面坐标转换为电子地图的图形数据，电子地图图形数据要显示在导航系统的屏幕上面，还要通过一个内部的三参数坐标转换，这一步骤是由导航软件系统完成的。
图2说明了本发明的具体处理流程，图中共有三个坐标转换过程：高斯投影、四参数转换和三参数转换，高斯投影和四参数转换是位置信息处理和误差校正模块处理的内容，首先在高斯投影中，位置信息处理和误差校正模块中有固定的地球椭球参数，中央经度根据移动目标位置信息动态确定，比如：移动目标处于武汉市中央经度就为114度或者117度(分别是采用三度分带和六度分带)，模块确定了上面的参数之后就可以将位置信息从西安80经纬度坐标转换为西安80平面坐标。四参数转换是将西安80平面坐标转换为电子地图的图形坐标(这里的图形坐标是平面坐标)，首先要计算四参数，通过在位置信息处理和误差校正模块处理中分别输入两个控制点的西安80经纬度坐标(或者西安80平面坐标)和电子地图图形坐标(不同格式电子地图坐标系统是不相同的)，模块根据公式得到四个方程组从而可以计算出四参数(x平移、y平移、旋转、缩放)。通过计算处理四个参数就可以将西安80平面坐标转换为电子地图的图形坐标，这样通过GPS接收模块得到的位置信息就可以和电子地图的内容永久的对应起来了。通过导航软件的三参数坐标转换就可以将电子地图的内容按照自己的需要在显示设备上面显示出来。
Claims (3)
1、导航系统中的一种快速地理坐标投影转换方法，包括GPS信号接收模块、导航软硬件系统、电子地图、位置信息处理和误差校正模块，其特征在于本方法按照以下步骤进行：a.通过GPS接收模块得到移动目标位置信息，将位置信息通过位置信息处理和误差校正模块处理转换为标准格式的WGS经纬度坐标，并将WGS经纬度坐标直接当作西安80经纬度坐标；b.通过高斯投影将西安80经纬度坐标转换为西安80平面坐标；c.将西安80平面坐标转换为导航系统中的电子地图的图形坐标，并进行误差校正工作；d.将电子地图的图形坐标转换为导航系统中的屏幕设备坐标。
2、根据权利要求1所述的导航系统中一种快速地理坐标投影转换方法，其特征在于：通过专门的位置信息处理和误差校正模块使移动目标通过GPS信号接收模块得到的位置信息经过处理准确的匹配到各种导航系统和各种电子地图中。
3、根据权利要求1所述的导航系统中一种快速地理坐标投影转换方法，其特征在于：将西安80平面坐标转换为导航系统中的电子地图的图形坐标中的误差处理方法为四参数坐标转换法，公式如下：
x＝(x′*cos(a)+y′*sin(a)+xd)*k；
y＝(y′*cos(a)-x′*sin(a)+yd)*k；其中xd：x平移，yd：y平移，a：旋转角度，k：缩放比例尺，计算出上面的四个参数只需要找两个已知控制点，根据两个已知控制点的西安80
平面坐标和电子地图图形坐标从上面的公式推导出四参数。
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