坐标转换对测量很重要。
首先,弄清楚几种坐标表示方法:经度纬度和高度,空间直角坐标,平面坐标和高程。我们通常所说的WGS84坐标是经纬度高程这一种,北京54是平面坐标和高程这一种。
其次,转换的严密性问题,在同一个椭球中的转换都是严密的,不存在精度损失,都是严格的计算公式。而在不同的椭球之间的转换时不严密的,也就是说在不同椭球体之间进行参数转换,不存在任何一套转换参数是全国通用的,在每个地方都会不一样,因为他们是两个不同的椭球基准。
那么,不同椭球体之间的坐标转换是怎么样的呢?一般而言,比较严密的是7参数法(包括布尔沙模型,一步法模型,海尔曼特等),即X平移、Y平移、Z平移、X旋转、Y旋转、Z旋转、尺度变换K。求7参数需要至少3个已知点,如果区域范围不大,最远点间距不大于30km(经验值)。还可以用三参数,三参数是7参数的一种特例(后四个都是0)。
在同一个椭球的不同坐标系中转换可能会用到平面转换,现阶段一般分为4参数和平面网格拟合两种方法。举个例子,在深圳既有北京54坐标,又有深圳坐标,在这两种坐标之间转换就用到4参数,计算4参数需要2个已知点。更精确的可以提供网格拟合数据,笑脸软件提供计算和应用4参数的功能,也提供网格拟合功能。
另外,还有高程拟合问题,大地水准面模型在国内用户中很少用到,但是在国际上已经是标准之一,笑脸软件提供最常用的EGM96模型和Geoid99模型。
最后,笑脸软件还提供ITRF框架转换方法,涉及到ITRF2000和ITRF96,、ITRF93之间的转换。
举个例子
在珠江有个测区,需要完成WGS84坐标到珠江坐标系(54椭球)的坐标转换,整个转换过程是:
实例一
转换要求
用户在一个佛山测区内使用RTK GPS接收机接受了一些点的WGS-84坐标。现在希望将其转换为北京54和佛山坐标下的坐标。用户有佛山测区的一些控制点,这些控制点有WGS84坐标,也有北京-54坐标,也有佛山坐标。
分析
WGS-84坐标和北京-54坐标是两个椭球的坐标转换,得求7参数或3参数,而北京-54和佛山坐标都是同一个椭球,所以他们质检的转换是地方坐标转换,需要求地方转换4参数,因为要求得到北京54坐标是平面坐标,所以需要设置投影参数。
步骤
1. 新建坐标转换文件,便于下次使用转换而不用重新输入,直接打开即可。
新建坐标转换文件过程如下:打开笑脸,设置源坐标类型,坐标转换方式和目标坐标类型,还有椭球基准,单击文件,选择保存。弹出保存窗口,命名坐标转换文件,设置国家,单击保存,新建坐标转换文件成功。单击文件,选择打开,选择刚才新建的坐标转换文件,就可以看到笑脸界面的标题栏显示了新建坐标转换文件的名称。
2.设置投影参数。单击设置,选择投影设置,选择投影方式,设置中央子午线,单击确定。
3.用一个已知点(WGS-84坐标和北京-54坐标),计算不同椭球转换的7/3参数。单击设置,选择计算3参数。
4.确认转换参数。计算3参数完成后,接着弹出椭球转换参数,单击确定即可。
5.打开7参数转换,完成WGS84到北京54的转换。
6.利用多个已知点(北京54和佛山坐标),计算同一个椭球的地方坐标转换(四参数)。
7.确定转换参数。
8.同时打开7参数和平面转换,完成WGS84-佛山的转换。
实例二
转换要求
用户在一个测区内有一些北京54的点坐标,现在希望将其转换为国家80坐标,用户有测区内的一些控制点,这些控制点既有北京54坐标 又有国家80坐标。
文件转换
用户如果需要转换的是一个文件里的所有点,可以用文件转换来完成。
1.确定转换关系。按实例一1-8的步骤,这样就确立了转换关系,也就是说文件里所有的点都按照上面确定的转换关系来完成转换。注意转换文件坐标点都是建立在确定转换坐标关系的基础上,也就是说,没有前面的这些计算,就没有确定的公式来转换文件坐标。
2.确定转换格式。在主界面选择文件转换,单击格式按钮。
自定义新格式:在名称、扩展名后输入相应的内容,然后自己选择数据列表中的内容并添加到新格式中,如果列表中没有合适的字段,就用其他来表示,完成后单击完成新建。
选择格式:新建完成后,在格式列表中选择新建格式文件。
文件转换方式:转换后的文件有三种命名方式,可以根据自己的需求设置。
3.设置完格式后,浏览按钮就可用了,单击浏览,选择需要转换的文件,然后单击转换箭头,文件即可转换为目标坐标系统文件,双击文件列表中的文件,可以打开查看文件内容。
实例三
转换要求
用户在番禹工作,要求完成从WGS84到国家80的转换,由于测区范围较大,需要进行7参数转换。注意,这个例子同样适合与直接从WGS84转换到地方坐标。
分析
首先分析坐标,7参数转换模型的特点,要求转换的坐标不能相差太大。
WGS-84的坐标为:023:09:33.6274 112:55:41.2119 62.536
国家80的坐标为:562589.8110 290115.8140 70.3590
用WGS84不加任何参数转换为平面坐标为:2562588.851341 390232.479605
可以看到X的大数差-2000000,Y的大数差-100000
所以改变投影参数里的X,Y常数改正为:X常数:0-2000000=-2000000 Y常数:500000-100000=400000
步骤
1.设置投影参数。
2.计算7参数。
选择坐标转换菜单下的计算7参数,打开对话框。
设置好源坐标和目标坐标的数据类型,椭球基准,输入源坐标和目标坐标,单击增加,就会将输入的坐标增加到计算列表中去,同样的方法,至少添加3个已知同名点坐标,单击计算,就可以在计算结果中看到结果。同时在RMS中会显示使用这套参数计算每个点的坐标中误差,如果发现误差太大,可能坐标中存在输入是错误,这时可以在列表中选择不同的站点计算,知道满意为止,完成后单击确定。
3.设置7参数。设置完成后,单击确定。
4.完成转换。
选择7参数转换,打上√,就可以完成了,完成后单击保存,下一次就可以使用同样的参数。
注意:上述方法同样适用于WGS84直接转换为地方坐标,关键是确定好投影参数的X,Y常数。
实例四
转换要求
将WGS84坐标一步转换为天津港坐标,适用上述的第三种方法,发现不能够实现。误差较大,在笑脸的4.5版后,增加了一步转换的方法。
步骤
1.设置投影参数,只设置中央子午线即可。
2.计算7参数,直接输入WGS84坐标和当地坐标,方法如上。
如果PRMS(平面误差)和HRMS(高程误差)都在允许范围之内,就可以单击确定。如果有误差,注意检查投影参数是否是当地坐标的参数。
3.设置一步参数,界面和原有的7参数是一样的,就是左下角多了一个一步转换参数,打上√,(原有的WGS84到北京54的7参数不用打钩),单击确定。
4.选择7参数,检查计算结果。
坐标反算,只要交换一下目标坐标和椭球基准选择就可以了,参数不用修改。