手持GPS坐标系统转换参数求解方法
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摘要：GPS测量成果为WGS- 84坐标系下的成果, 实用中需将其转换到地方实用坐标系, 即转换到我国广泛采用的1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，本文结合实例，简要阐述手持gps坐标系统转换参数的求解方法。
关键词：手持GPS，坐标系统转换，参数求解
中图分类号：P228.4文献标识码：A
手持GPS主要利用的卫星星历是以WGS-84坐标系为根据建立的，使用的坐标系统是WGS-84坐标系统，而我们日常使用的地图资料大部分都属于1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系。由于不同的坐标系统地球椭球参数都不一样，它们之间存在着平移和旋转的关系，因此，我们在工作中必须将WGS-84坐标系转换成1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系，求解出坐标系之间的转换参数。手持GPS一般内部设置五个转换参数，只要计算出五个参数（DX，DY，DZ，DA，DF），并在仪器中输入这五个参数即可完成了坐标转换工作。
1 参数求解方法
1.1 收集测区高等级控制点资料并测定其WGS-84坐标
在测区内寻找三个以上的高等级控制点，精度越高越好，要求视野开阔，卫星信号强，周围无电磁波干扰，无多路径效应或者较弱。在当场测定其在WGS-84坐标系统下大地坐标（B，L）和大地高H，并收集控制点的坐标信息，包括1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系下的平面直角坐标（x ，y），大地坐标（B，L），高程h，和高程异常值ξ。
1.2 计算三维直角坐标
对于对于同一空间点,大地坐标系与空间直角坐标系有下列转换关系：
式（1）中：N = A/ (1 E2sinB2) 1/ 2 ,1954年北京坐标系与1980年国家大地坐标系的大地高H= h +ξ，X、Y、Z为大地坐标系中的三维直角坐标，A为大地坐标系对应椭球之长半轴，为大地坐标系对应第一偏心率，F为大地坐标系对应之扁率，N 为该点的圆曲率半径。根据实地测量得到的WGS-84坐标系下的（B，L，H）和收集到的1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系下的大地坐标（B，L，H）代入（1）式分别计算出两个坐标系统下的三维直角坐标X1，Y1，Z1和X2，Y2，Z2。三个坐标系的地球椭球参数见表1。
表1不同坐标系对应的地球椭球参数
1.3 计算5个转换参数DX、DY、DZ、DA、DF
将在上一步计算中所得到的成果X1、Y1、Z1和X2、Y2、Z2代入到以下函数模型中计算，式中：A1、F1、代表的是WGS-84的长半轴和扁率，A2、F2代表的是1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系的长半轴和扁率。上述函数模型把WGS - 84 坐标系的空间直角坐标原点平移到1954 北京坐标系与1980年国家大地坐标系的原点，计算出5个转换参数。五参数中，DA、DF是常值，而DX、DY、DZ在不同的地区参数值都不一样。其中，相对于1954年北京坐标系而言，DA=-108m，DF=-0.0000005；而对于1980年国家大地坐标系而言，DA=-3m，DF=0。
1.4 检验参数
参数计算结果出来必须进行验证。在手持GPS中按提示输入五参数，并输入测区中央子午线经度。E代表东经，投影比例参数为1. 00000 ，东西偏差为500000m，南北偏差为0 ，并设单位为米。在测区内选择3个或以上的水准点或者埋石控制点进行实测，并与其理论值进行比较，如果误差没有超过仪器的标称精度，则可以使用，反之，则需要重新测算转换参数。
2 实例计算设置转换参数
先收集三个高等级控制点坐标，实测三个控制点的WGS-84坐标系统下大地坐标（B，L）和大地高H，见下表2：
2.1计算三维直角坐标
将1954年北京坐标系平面直角坐标（x ，y，h）通过高斯反算成大地坐标（B，L，H），并与实地测算的WGS-84坐标系下的（B,L,H）换算成空间直角坐标。
2.2 计算转换参数
将在上一步计算中所得到的成果X1、Y1、Z1和X2、Y2、Z2代入到式（2）中计算。因DA与DF是固定的，只需要求出DX、DY、DZ即可。
至此，手持GPS坐标转换参数求解过程结束。
3 参数检验
在矿区中，分别利用校正后的手持GPS与电子全站仪测量一级导线点的平面位置与高程坐标，精度统计见表3。
表3两种测量方法精度比较
由表4可以看出，经过与导线测量进行对比，手持GPS定位精度平面位置误差在6m以内，高程误差在10m以内，小于手持GPS的标称精度，精度较为理想，转换参数可以应用于实际工作中。
参考文献
[1] 徐绍铨，张华海，杨志强. GPS测量原理与应用[M]. 武汉：武汉大学出版社，2003
[2] 孔祥元，郭际明.控制测量学[M]. 武汉：武汉大学出版社，2006