公路勘察GPSRTK测量中坐标系定义方法Word文件下载.docx
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18,
1997.
收稿日期:
2005-12-28
李峰伟
（河南省交通规划勘察设计院,河南
郑州
450052
摘要:
公路勘察
GPS
RTK
测量是公路工程的基础,其中正确定义坐标系求解不同坐标系间的转化参数是
测量的关
键,因此就公路勘察
测量中点在不同坐标系下的坐标转换方法及坐标转换中的注意事项进行探讨,具有
一定的实用
价值。
关键词:
公路
RTK
测量;
坐标系统;
坐标系定义方法;
一步法
中图分类号:
U412.2
文献标识码:
A
文章编号:
1002-4786（2006
08-0019-03
Method
Coordinate
Definition
in
Measuring
LI
Feng-wei
（Henan
Provincial
Communications
Planning
&
Survey
Institute
Zhengzhou
450052,
China
Abstract
measure
is
basis
highway
engineering
which
key
problem
right
definition
parameters
different
coordinate.
Therefore
it
has
practical
significance
to
discuss
on
"
测量中
坐标系定义方法
19
《
交
通
标
准
化
》
2006年
第
O
M
U
N
I
A
S
Z
.
o
8,
随着
3S
（GPS
GIS
RS
技术的发展,
测量已在公路勘察中得以广泛应用。
测量中主要是确定公路中桩地面点的空间位置,也
就是确定地面点的空间位置的坐标和高程。
通常,
观测得到的是地面点的
WGS
84大地坐标系经纬
度坐标,而测量作业人员则使用地面点在地方格网
坐标系中的平面直角坐标,故在利用
测量时如
何正确确定这两个参考框架间的坐标转换即坐标系
定义是
测量的关键。
1点的坐标系统简介
地面点的坐标可根据不同的用途,在地理坐
标、高斯平面直角坐标、平面直角坐标中选用。
在
大区域内地面点的位置,常以球面坐标系统来表
示。
用经度、纬度表示的地面点在球面上的位置,
称为地理坐标。
地理坐标又因所用基准面、基准线
及测量计算坐标方法的不同而不同。
地理坐标是球
面坐标,但测量中的计算和绘图最好在平面上进
行。
测量上将旋转椭球面上的点换算到平面上,称
为地图投影。
我国一般采用高斯投影的方法,在公
路测量中我们常用的是点的
84大地坐标和投
影到某中央子午线上的
1954（或
1980
平面直角坐标。
1.1WGS
84和地方坐标系统
WGS
1984基准面采用
84椭球体,它是一
个地心坐标系,即以地心作为椭球体中心。
目前
测量数据多以
1984为基准。
1984世界大地
坐标系
（WGS
84
是采用与地球平均表面符合得最
好的椭球体
（长半轴
a=6378,
137.000m
扁率
f=1/298.253
基于
84椭球的大地水准
面。
同一个物理点
可以有
不同
84坐标类型的坐标
（见图
1
84直角坐标:
X
Y
Z
=4264650.810X
724089.202Y
4672014.4546Z
b
84大地坐标:
纬度、经度和大地高
=47°
23′
45.84283″
N
9°
38′
10.58730″
E
449.6911m
也可以有地方坐标系统中的坐
标:
地方直角坐标
=4264750.810X
724189.202Y
4672114.4546Z
b
地方大地坐标:
纬度、经度和椭球高
43.14014″
10.49009″
1305.241m
同一个点在不同坐标类型间的转换,即转换参
数的求得就是坐标系定义。
2坐标系定义方法
测量中,已知一些控制点的
84坐标
（这些坐标已经用
GPS
静态测量得到
及其地
方坐标
TPS
或其他测量方法得
到
由于同一个物理点
在
84系统和地方坐
标系统中有不同的直角坐标,故如何正确确定两
个参考框架间的坐标转换即坐标系定义即为
常用的坐标系定义方法有三种:
经
典
3D
转换、一步法转换和两步转换。
2.1经典
3D
转换
2
如图
2所示,用以下参数来连接这两个参考框
架间的坐标转换称为经典
坐标转换:
三个平移参数:
dx
dy
dz
;
三个旋转参数:
Rx
Ry
Rz
c
一个尺度参数:
λ。
例如
dx=200,
dy=200,
dz=200经典
转换需满足下列要求:
图
2经典
1
items
needing
attention
coordinate
RTK.
Key
words
methods
one
-step
method
20
5
4两步法转换
3一步法转换
必需至少已知
3个点
（可以用少于
3个的已知
点进行转换,但这样的结果不可信,故不推荐这
种做法
在两个坐标系统中的平面位置和高程;
需要已知地方椭球和地图投影
（或大地水
准面
点位的水平位置和高程不能分别处理,故
用来求转换参数的点的平面位置和高程都必需已
知。
测量时经典
转换可以用于任何大小的
区域,但实际上,这种方法受到地方坐标系统完整
性的限制。
2.2一步法转换
一步法坐标转换
3
可以直接在
84和
地方格网坐标系间进行转换,不需要已知地方椭球
和投影,因为它不进行尺度和旋转转换计算,可以
混合使用不同类型的已知点、只知平面位置的点、
只知高程的点以及平面位置和高程均为已知的点。
一步法转换由于会发生变形而只能用于有限的
区域。
测量中用投影到某中央子午线上的
平面来替代地球曲面,这导致路线走向为东西向时
变形较大,建议不要用于间隔大于
15km
的区域,
即每隔
我们应重新选择控制点,再在
上
采用一步法定义新的坐标系,从而确保
测量时
得到较精准的测量成果,为设计提供准确的基础资
料。
2.3两步法转换
两步法转换
4
就是物理点的
经经典
转换成为地方预备格网坐标,再经过
2D
转换变为需要的
“真实的”
格网。
两步法转换有如下特点:
具有经典
转换和一步法转换的优点;
点位和高程分开处理
（与一步法类似
但是要使用地方坐标系的椭球和地图投影;
d
经典
预转换覆盖区域的大小没有限制
转换和两步法转换都需要知道地方坐
标系的椭球和地图投影,相比之下,公路
测量
中一步法转换在
上操作方便,故常用一步法转
换来定义坐标系,求得点在两个坐标系中的转换参
数。
3
坐标转换计算时应注意的问题
测量中每隔
5km
布一对控制点,
进行坐标转换时控制点的分布应满足下列要求
（见
5:
控制点必须覆盖整个转换区域;
需要已知
控制点的平面位置和高程。
在定义坐标系时,在控制点之外区域的点的转
换误差是无法预测的,它随离控制点区域的距离而
增加。
测量中为了控制转换的质量,当一些
控制点转化后参差较大时可以从计算参数的控制点
中删除这些控制点,再进行转换参数计算,在
上进行多次计算,直到转换误差达到期望值,就可
以用此时定义的坐标系来进行
测量。
4结论
测量是公路工程的基础。
正
确定义坐标系求解不同坐标系间的转化参数是
因不需要知道地方椭球和地图投影,
一步法定义坐标系在公路勘察
测量中使用
方便且满足精度要求,是常用的坐标系定义方法。
[1]钟孝顺,聂让
测量学
[M].
北京:
人民交通出版
社,
作者简介:
李峰伟
（1978-
男,工学学士,助理工程师,从
事公路设计及研究工作。
2006-01-09
21
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