坐標轉換對測量很重要。
首先,弄清楚幾種坐標表示方法:經度緯度和高度,空間直角坐標,平面坐標和高程。我們通常所說的WGS84坐標是經緯度高程這一種,北京54是平面坐標和高程這一種。
其次,轉換的嚴密性問題,在同一個橢球中的轉換都是嚴密的,不存在精度損失,都是嚴格的計算公式。而在不同的橢球之間的轉換時不嚴密的,也就是說在不同橢球體之間進行參數轉換,不存在任何一套轉換參數是全國通用的,在每個地方都會不一樣,因為他們是兩個不同的橢球基准。
那么,不同橢球體之間的坐標轉換是怎么樣的呢?一般而言,比較嚴密的是7參數法(包括布爾沙模型,一步法模型,海爾曼特等),即X平移、Y平移、Z平移、X旋轉、Y旋轉、Z旋轉、尺度變換K。求7參數需要至少3個已知點,如果區域范圍不大,最遠點間距不大於30km(經驗值)。還可以用三參數,三參數是7參數的一種特例(后四個都是0)。
在同一個橢球的不同坐標系中轉換可能會用到平面轉換,現階段一般分為4參數和平面網格擬合兩種方法。舉個例子,在深圳既有北京54坐標,又有深圳坐標,在這兩種坐標之間轉換就用到4參數,計算4參數需要2個已知點。更精確的可以提供網格擬合數據,笑臉軟件提供計算和應用4參數的功能,也提供網格擬合功能。
另外,還有高程擬合問題,大地水准面模型在國內用戶中很少用到,但是在國際上已經是標准之一,笑臉軟件提供最常用的EGM96模型和Geoid99模型。
最后,笑臉軟件還提供ITRF框架轉換方法,涉及到ITRF2000和ITRF96,、ITRF93之間的轉換。
舉個例子
在珠江有個測區,需要完成WGS84坐標到珠江坐標系(54橢球)的坐標轉換,整個轉換過程是:
實例一
轉換要求
用戶在一個佛山測區內使用RTK GPS接收機接受了一些點的WGS-84坐標。現在希望將其轉換為北京54和佛山坐標下的坐標。用戶有佛山測區的一些控制點,這些控制點有WGS84坐標,也有北京-54坐標,也有佛山坐標。
分析
WGS-84坐標和北京-54坐標是兩個橢球的坐標轉換,得求7參數或3參數,而北京-54和佛山坐標都是同一個橢球,所以他們質檢的轉換是地方坐標轉換,需要求地方轉換4參數,因為要求得到北京54坐標是平面坐標,所以需要設置投影參數。
步驟
1. 新建坐標轉換文件,便於下次使用轉換而不用重新輸入,直接打開即可。
新建坐標轉換文件過程如下:打開笑臉,設置源坐標類型,坐標轉換方式和目標坐標類型,還有橢球基准,單擊文件,選擇保存。彈出保存窗口,命名坐標轉換文件,設置國家,單擊保存,新建坐標轉換文件成功。單擊文件,選擇打開,選擇剛才新建的坐標轉換文件,就可以看到笑臉界面的標題欄顯示了新建坐標轉換文件的名稱。
2.設置投影參數。單擊設置,選擇投影設置,選擇投影方式,設置中央子午線,單擊確定。
3.用一個已知點(WGS-84坐標和北京-54坐標),計算不同橢球轉換的7/3參數。單擊設置,選擇計算3參數。
4.確認轉換參數。計算3參數完成后,接着彈出橢球轉換參數,單擊確定即可。
5.打開7參數轉換,完成WGS84到北京54的轉換。
6.利用多個已知點(北京54和佛山坐標),計算同一個橢球的地方坐標轉換(四參數)。
7.確定轉換參數。
8.同時打開7參數和平面轉換,完成WGS84-佛山的轉換。
實例二
轉換要求
用戶在一個測區內有一些北京54的點坐標,現在希望將其轉換為國家80坐標,用戶有測區內的一些控制點,這些控制點既有北京54坐標 又有國家80坐標。
文件轉換
用戶如果需要轉換的是一個文件里的所有點,可以用文件轉換來完成。
1.確定轉換關系。按實例一1-8的步驟,這樣就確立了轉換關系,也就是說文件里所有的點都按照上面確定的轉換關系來完成轉換。注意轉換文件坐標點都是建立在確定轉換坐標關系的基礎上,也就是說,沒有前面的這些計算,就沒有確定的公式來轉換文件坐標。
2.確定轉換格式。在主界面選擇文件轉換,單擊格式按鈕。
自定義新格式:在名稱、擴展名后輸入相應的內容,然后自己選擇數據列表中的內容並添加到新格式中,如果列表中沒有合適的字段,就用其他來表示,完成后單擊完成新建。
選擇格式:新建完成后,在格式列表中選擇新建格式文件。
文件轉換方式:轉換后的文件有三種命名方式,可以根據自己的需求設置。
3.設置完格式后,瀏覽按鈕就可用了,單擊瀏覽,選擇需要轉換的文件,然后單擊轉換箭頭,文件即可轉換為目標坐標系統文件,雙擊文件列表中的文件,可以打開查看文件內容。
實例三
轉換要求
用戶在番禹工作,要求完成從WGS84到國家80的轉換,由於測區范圍較大,需要進行7參數轉換。注意,這個例子同樣適合與直接從WGS84轉換到地方坐標。
分析
首先分析坐標,7參數轉換模型的特點,要求轉換的坐標不能相差太大。
WGS-84的坐標為:023:09:33.6274 112:55:41.2119 62.536
國家80的坐標為:562589.8110 290115.8140 70.3590
用WGS84不加任何參數轉換為平面坐標為:2562588.851341 390232.479605
可以看到X的大數差-2000000,Y的大數差-100000
所以改變投影參數里的X,Y常數改正為:X常數:0-2000000=-2000000 Y常數:500000-100000=400000
步驟
1.設置投影參數。
2.計算7參數。
選擇坐標轉換菜單下的計算7參數,打開對話框。
設置好源坐標和目標坐標的數據類型,橢球基准,輸入源坐標和目標坐標,單擊增加,就會將輸入的坐標增加到計算列表中去,同樣的方法,至少添加3個已知同名點坐標,單擊計算,就可以在計算結果中看到結果。同時在RMS中會顯示使用這套參數計算每個點的坐標中誤差,如果發現誤差太大,可能坐標中存在輸入是錯誤,這時可以在列表中選擇不同的站點計算,知道滿意為止,完成后單擊確定。
3.設置7參數。設置完成后,單擊確定。
4.完成轉換。
選擇7參數轉換,打上√,就可以完成了,完成后單擊保存,下一次就可以使用同樣的參數。
注意:上述方法同樣適用於WGS84直接轉換為地方坐標,關鍵是確定好投影參數的X,Y常數。
實例四
轉換要求
將WGS84坐標一步轉換為天津港坐標,適用上述的第三種方法,發現不能夠實現。誤差較大,在笑臉的4.5版后,增加了一步轉換的方法。
步驟
1.設置投影參數,只設置中央子午線即可。
2.計算7參數,直接輸入WGS84坐標和當地坐標,方法如上。
如果PRMS(平面誤差)和HRMS(高程誤差)都在允許范圍之內,就可以單擊確定。如果有誤差,注意檢查投影參數是否是當地坐標的參數。
3.設置一步參數,界面和原有的7參數是一樣的,就是左下角多了一個一步轉換參數,打上√,(原有的WGS84到北京54的7參數不用打鈎),單擊確定。
4.選擇7參數,檢查計算結果。
坐標反算,只要交換一下目標坐標和橢球基准選擇就可以了,參數不用修改。