手持GPS三参数计算及各地坐标转换经验参数课案.docx
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手持GPS三参数计算及各地坐标转换经验参数课案
如何设置手持GPS相关参数及全国各地坐标转换参数
一、如何设置手持GPS相关参数
(一)手持GPS的主要功能
手持GPS,指全球移动定位系统,是以移动互联网为支撑、以GPS智能手机为终端的GIS系统,是继桌面Gis、WebGis之后又一新的技术热点。
目前功能最强的手持GPS,其集成GPRS通讯、蓝牙技术、数码相机、麦克风、海量数据存储、USB/RS232端口于一身,能全面满足您的使用需求。
主要功能:
移动GIS数据采集、野外制图、航点存储坐标、计算长度、面积角度(测量经纬度,海拔高度)等各种野外数据测量;有些具有双坐标系一键转换功能;有些内置全国交通详图,配各地区地理详图,详细至乡镇村落,可升级细化。
(二)手持GPS的技术参数
因为GPS卫星星历是以WGS84大地坐标系为根据建立的,手持GPS单点定位的坐标属于WGS84大地坐标系。
WGS84坐标系所采用的椭球基本常数为:
地球长半轴a=6378137m;扁率F=1/298.257223563。
常用的北京54、西安80及国家2000公里网坐标系,属于平面高斯投影坐标系统。
北京54坐标系,采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为:
地球长半轴a=6378245m;扁率F=1/298.2。
西安80坐标系,其椭球的参数为:
地球长半轴a=6378140m;扁率F=1/298.257。
国家2000坐标系,其椭球的参数为:
地球长半轴a=6378137m;扁率F=1/298.298.257222101。
(三)手持GPS的参数设置
要想测量点位的北京54、西安80及国家2000公里网高精度坐标数据,必须学习坐标转换的基础知识,并分别科学设置手持GPS的各项参数。
首先,在手持式GPS接收机应用的区域内(该区域不宜过大),从当地测绘部门收集1至两个已知点的北京54、西安80或国家2000坐标系统的坐标值;然后在对应的点位上读取WGS84坐标系的坐标值;之后采用《万能坐标转换》软件,可计算出DX、DY、DZ的值。
将计算出的DX、DY、DZ三个参数与DA、DF、中央经线、投影比例、东西偏差、南北偏差等六个常数值输入GPS接收机。
将GPS接收机的网格转换为“UserGrid”格式,实际测量已知点的公里网纵、横坐标值,并与对应的公里网纵、横坐标已知值进行比较,二者相差较大时要重新计算或查找出现问题的原因。
详细过程可查看《万能坐标转换》软件的【手持GPS参数设置】界面。
(四)自定义坐标系统(User)投影参数的确定
1、自己观测计算
新机拿到手之后,供应商都给提供一个投影参数,这对于要求不高的一般用户来说基本可以满足工作需要,而对于一些专业用户来说,就要自己来测算参数。
一般型号的导航型手持GPS自定义坐标系统(User)投影参数设置界面都提供了五个变量(△X、△Y、△Z、△A、△F)需要设置,而实际工作中,后两个参数(△A、△F)针对某一坐标系统来说为固定参数(北京54坐标系△A=-108、△F=0.0000005),无需改动,需要自己测算的参数主要为前三个(△X、△Y、△Z),一般称为三参数。
手持GPS三参数计算
目前,手持GPS的定位精度较之以前已经有了很大的提高,多数已达到10米以内,有的甚至达到5米以内,其在地质勘查中的应用也已经十分普遍。
手持GPS所使用的坐标系统基本都是WGS-84坐标系统,而我们使用的地图资源大部分都属于1954年北京坐标系(北京54)或1980年西安国家大地坐标系(西安80),如不对手持GPS进行相应参数设置,就会使其的定位数据产生较大误差,在我国,其误差范围为50-100米,此误差范围无法满足当前地勘工作的需要。
所谓参数,就是运用于转换同一地点不同椭球坐标系的坐标值的一组数据。
严密的坐标转换,一般是用七参数布尔莎模型(即X平移,Y平移,Z平移,X旋转(WX),Y旋转(WY),Z旋转(WZ)及尺度变化(DM)),但手持GPS一般用五参数转换,即dx、dy、dz、da、df。
不同地点dx、dy、dz是不同的,da和df却相对固定,与要进行相互转换的两个椭球的长半轴及扁率有关。
DA,DF是两个参考椭球长半轴长度的偏导数,简单的理解就是数值之差。
WGS-84转换为北京54坐标系时:
da=aWGS84-a北京54=-108,df=fWGS84-f北京54=0.00000048(通常都取0.0000005);
WGS-84转换为西安80坐标系时: da=aWGS84-a西安80=-3,df=fWGS84-f西安80=-0.000000003(通常都取0)。 WGS-84、北京54和西安80坐标系的长半轴和扁率主要参数见表1。 表1WGS-84、北京54和西安80坐标系主要参数 坐标系 椭球体 长半轴a 短半轴b 扁率f 北京54 Krassovsky 6378245 6356863.018773 1/298.3 西安80 IAG1975 6378140 6356755.2881575 1/298.257 WGS-84 WGS-84 6378137 6356752.3142451 1/298.257223563 因此,手持GPS实际需要计算的只有dx、dy和dz。 这三个参数可以到测绘部门收集,若收集不到,则需要在已知坐标点(如三角点、四等点等)上进行调试测算。 下面介绍在两个不同坐标系的已知点上进行的三参数计算,两个已知点坐标见表2。 表2A点标准坐标 已知点 坐标系 X(m) Y(m) h(m) 中央经线 A 西安80 2557540.317 36361247.46 838.885 108 首先把手持GPS坐标格式调整为度分秒格式,坐标系统调到WGS-84,如图1。 若GPS长期不开机使用,应先进行初始化。 第二步将GPS放在已知点上,待精度显示或接近机器本身能达到的最优水平时,记录下该点的经纬度坐标和高程。 第三步则根据已知点的已知坐标和该点上GPS记录的经纬度来计算该点处GPS的三参数。 图1调整GPS坐标系统为WGS84 目前已有许多网友编制了有关软件来计算这三参数,并提供免费分享。 如 软件。 我们使用COORD4.1(在此,感谢软件的作者: Jerry,注意网上有其它版本的软件,某些功能可能有错误,如4.2版本)软件来自己求三参数。 打开软件如图 1.设置投影参数 坐标转换->投影参数 输入当地的中央子午线,不确定或不知如何判断时可咨询南方测绘当地技术人员,其它可根据忽略。 2.计算转换参数 坐标转换->计算三参数 在软件下方选择好椭球基准,左为WGS84坐标系,右为我们实际使用的坐标系。 3.查看转换参数 坐标转换->七参数设置 上一次的计算结果就保存在此界面中的,前三项即为所求出△X、△Y、△Z。 4.设置手持机GPS 最后把手持GPS坐标格式调整为UserUTMGrid,坐标系统调到User,并设置好GPS参数,显示格式: 坐标格式(xyz),如图4。 图中②一般只需修改中央经线,投影比例、东西偏移和南北偏移保持跟图中一致就行了。 图4设置GPS参数(A点) 三、总结 一般新购买的手持机或到新测区使用时,都需要重新求取转换参数,需要注意的是,GPS的三参数并不是固定不变的,不同计算方法和不同地点计算出来的三参数都不一样。 当需要尽可能高的精度的时候,就必需求取此转换参数。 在此只介绍了本人一直以来在使用的计算方法,实践证明也比较可行。 而在某已知点计算好的参数,在离该已知点越远处使用该参数,GPS定位的精度越差。 此种方法只适用于简宜型手持机或低精度手持机使用,在某此手持机中要求输入七参数,利用这个软件也是可以求取的,只不过求取七参数需要用到三个以上的已知点而也。 当然影响GPS定位精度的因素还有很多,比如槽糕的天气、林立的高楼大厦和浓密的森林等,都会使GPS搜到的卫星数太少而定位精度变差,但这些都是人力无法改变的外部因素。 2、经验坐标 三参数对于非专业人员大多采用经验坐标,可别人的成果。 用户自定义的格网属性(水城) 手持GPS参数设置 中央经 E105.0000 度数 比例系 1 东西偏差假定 500000 米 南北偏差假定 0 米 用户自定义的地图基准属性(水城) DeltaX -14.1 米 DeltaY -103.8 米 DeltaZ -49.2 米 Delta半长 -108 米 Delta扁 0.0000005 米 二、全国各地坐标转换参数 (一)云南 各地州GPS6度带转换参数 地州 DX DY DZ DA DF 说明 怒江州 0.60 -97.20 -40.30 -108 0.0000005 17带E=99° 临昌地区 -2.80 -93.90 -53.00 -108 0.0000005 17带E=99° 曲靖地区 -7.10 -100.40 -46.70 -108 0.0000005 18带E=105° 玉溪(17带) -5.00 -100.60 -53.30 -108 0.0000005 17带E=99° 玉溪(18带) -8.40 -95.70 -42.20 -108 0.0000005 18带E=105° 丽江地区 -5.80 -98.70 -40.80 -108 0.0000005 17带E=99° 大理州 -3.00 -89.80 -47.40 -108 0.0000005 17带E=99° 昭通市 -6.10 -102.10 -37.70 -108 0.0000005 18带E=105° 西双版纳 -4.40 -94.40 -54.10 -108 0.0000005 17带E=99° 保山 -4.70 -90.00 -44.00 -108 0.0000005 17带E=99° 楚雄(17带) -2.20 -91.40 -41.00 -108 0.0000005 17带E=99° 楚雄(18带) 8.70 -107.50 -23.90 -108 0.0000005 18带E=105° 思茅地区(17带) -5.00 -100.60 -53.30 -108 0.0000005 17带E=99° 思茅地区(18带) -7.90 -100.90 -51.40 -108 0.0000005 18带E=105° 昆明市 -8.70 -107.50 -23.90 -108 0.0000005 18带E=105° 德宏州 -1.50 -95.80 -46.10 -108 0.0000005 17带E=99° 迪庆州 4.41 -96.19 -43.19 -108 0.0000005 17带E=99° 文山州 -6.50 -101.80 -54.60 -108 0.0000005 18带E=105° 红河州(17带) -5.00 -100.60 -53.30 -108 0.0000005 17带E=99° 红河州(18带) -7.90 -100.90 -51.40 -108 0.0000005 18带E=105° 中央经度=当地经度除6,取商的整数+1,结果*6再-3 部分地州GPS3度带转换参数 昆明 28.00 -123.00 -61.00 -108 0.0000005 102° 个旧 26.00 -117.00 -50.00 -108 0.0000005 105° 楚雄 29.00 -112.00 -56.00 -108 0.0000005 102° 文山 33.00 -122.00 -57.00 -108 0.0000005 105° 玉溪 17.00 -78.00 -38.00 -108 0.0000005 102° 曲靖 18.00 -72.00 -39.00 -108 0.0000005 105° 德宏 12.00 -79.00 -38.00 -108 0.0000005 99° 景洪 21.00 -97.00 -42.00 -108 0.0000005 102° 景洪大勐龙 22.00 -117.00 -48.00 -108 0.0000005 99° 思茅 15.00 -79.00 -36.00 -108 0.0000005 99° 其它工作点参考 兰坪营盘 -88.60 -150.2 0 -108 0.0000005 99° 景谷半坡 -35.00 80 0 -108 0.0000005 99° 巧家茂租 -26.00 -9 -1 -108 0.0000005 102° 龙陵勐兴 -4.00 -90 -44 -108 0.0000005 99° 东川铁架山 -27.00 -12 0 -108 0.0000005 102° (二)贵州 贵州省GPS三参数提供表: 地名 ΔX ΔY ΔZ ΔA ΔF 水城 -14.1 -103.8 -49.2 -108.0 0.0000005 安顺 -13.5 -105.2 -52.3 仁怀 -10.3 -103.8 -47.6 凯里 -8.9 -103.2 -46.4 纳雍 -9.8 -103.1 -46.2 黔西 -12.8 -104.2 -50.3 遵义 -10.5 -108.2 -51.1 兴义 -13.8 -106.1 -50.2 盘县 -13.8 -106.4 -48.8 都匀 -9.0 -97.0 -49.0 (三)黑龙江 黑龙江省 黑龙江省 中央经线129度 DX: 21 DY: -155 DZ: -78 齐齐哈尔市 大兴安岭 中央经线129度 中央经线123度 DX: -98 DX: 9 DY: -154 DY: -133 DZ: -78 DX: -39 赤峰林西 嫩江市 中央经线117度 中央经线126度 DX: 16 DX: -16 DY: -147 DY: -64 DZ: -77 DZ: -5 北京54系统 1组《中央经线》变量;《投影比例1;东西偏差500000;南北偏差0》常量;2组《DX;DY;DZ》变量;《DA: -108;DF: 0.0000005》常量 西安80系统 其他同上;另: DA: -3;DF: 0 (四)吉林 吉林省 吉林市/长春市 延吉市 中央经线129度 中央经线129度 DX: 1 DX: 1 DY: -129 DY: -129.4 DZ: -48 DZ: -48.2 松源市 通化市 中央经线123度 中央经线126度 DX: -151 DX: 1 DY: -80 DY: -129.4 DZ: -52 DZ: -48.2 盘石市 中央经线: 126度 DX: -1 DY: -128.4 DZ: -50 北京54系统 1组《中央经线》变量;《投影比例1;东西偏差500000;南北偏差0》常量;2组《DX;DY;DZ》变量;《DA: -108;DF: 0.0000005》常量 西安80系统 其他同上;另: DA: -3;DF: 0 (五)辽宁 辽宁省 盘锦市 鞍山市 沈阳市 中央经123度 中央经120度 中央经线123度 DX: -16.3 DX: -21 DX: -3 DY: -109.4 DY: -157 DY: -126 DZ: -27.8 DZ: -73 DZ: -45 本溪市 锦州市 葫芦岛市 中央经线123度 中央经120度 中央经线120度 DX: -11.2 DX: -41 DX: -2.7 DY: -116.7 DY: -69 DY: -126.5 DZ: -29.6 DZ: -74 DZ: -46.3 大石桥市 丹东市 营口市 中央经线123度 中央经线123度 中央经线123度 DX: -28.8 DX: -24.4 DX: 44 DY: -99.9 DY: -99.9 DY: 414 DZ: -16.5 DZ: -15.5 DZ: -60 北京54系统 1组《中央经线》变量;《投影比例1;东西偏差500000;南北偏差0》常量;2组《DX;DY;DZ》变量;《DA: -108;DF: 0.0000005》常量 西安80系统 其他同上;另: DA: -3;DF: 0 (六)广东 中央经线: (广东各地市中心经度: 佛山114度;梅州117度;汕尾114度;江门114度;湛江111度;茂名111度;肇庆111度;清远114度;潮州117度;韶关114;河源114;阳江111: 云浮111;揭阳117) 投影比例: +1.0000000 东西偏差: +500000.0 南北偏差: 0.0 WGS-84转北京54坐标参数: 序号 DX DY DZ DA DF 适宜地区 1 -14 -110 -52 -108 0.0000005 广州、佛山、江门、中山、珠海、肇庆、云浮、顺德 2 -8 -103 -61 -108 0.0000005 韶关、清远 3 -9 -98 -71 -108 0.0000005 茂名、阳江、湛江、 4 -19 -112 -55 -108 0.0000005 惠州、深圳、东莞、河源 5 -30 -119 -58 -108 0.0000005 揭阳、潮州、汕头、汕尾 6 -16 -114 -53 -108 0.0000005 梅州 WGS-84转西安80坐标参数: 序号 DX DY DZ DA DF 适宜地区 1 -96 -51 12 -3 0 广东省 (七)江西 一、张公矶(赣北地区可用) [G-50-66-(54~53),彭泽县北东的华阳镇附近] WGS-北京54 DX-14.37415178 DY-119.5187393 DZ-52.2054466 DA-108.00 DF0.000000481 二、陈家山(南昌地区可用) [H-49-5-(14~15),抚州市东南角] WGS-北京54 DX-16.4810437 DY-116.1082428 DZ-52.59549003 DA-108.00 DF0.000000481 三、瑞金基南 [H-49-77-(9~10),瑞金市东北角] WGS-北京54 DX-17.56440391 DY-114.3451811 DZ-54.9794437 DA-108.00 DF0.000000481 四、鸡公尖矿区GPS参数 中央经线117.00 DX-16 DY-126 DZ-52 DA-108 偏差-0.0000005 (八)海南 dx=-9.8 dy=-114.6 dz=-62.7 da=-108.0 df=0.0000005 中央子午线: 111 (九)新疆乌鲁木齐地区 DX=19 DY=-33 DZ=5 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 87 (十)四川盆地 Dx=-4 Dy=-104 Dz=-45 Da=-108 Df=+0.0000005 中央子午经度: 105 (十一)其它各地 以下为包头地区坐标系转换参数 Dx=-92 Dy=-49 Dz=-4 Da=-108 Df=+0.0000005 中央子午经度: 114 安徽省坐标转换区域化参数: DX=-15 DY=-120 DZ=-48 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 117 鄂尔多斯市省坐标转换区域化参数: DX=16 DY=-147 DZ=-77 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 111 新疆阿克苏地区坐标转换参数: DX=18 DY=-152 DZ=-76 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 81 西藏坐标转换区域化参数: DX=11.9 DY=-120.8 DZ=-62.4 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 93 赤峰地区坐标转换参数: DX=-18 DY=-104.5 DZ=-57.5 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 117或123(东为123,西为117) 注: 以下参数仅供参考! ! 以下为四川盆地坐标系转换参数 Dx=-4 Dy=-104 Dz=-45 Da=-108 Df=+0.0000005 中央子午经度: 105 安徽省坐标转换区域化参数: DX=-15 DY=-120 DZ=-48 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 117 鄂尔多斯市省坐标转换区域化参数: DX=16 DY=-147 DZ=-77 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 111 新疆阿克苏地区坐标转换参数: DX=18 DY=-152 DZ=-76 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 81 西藏坐标转换区域化参数: DX=11.9 DY=-120.8 DZ=-62.4 DA=-108; DF=0.0000005 中央子午经度: 93
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