地方獨立坐標轉換WGS84大地坐標方法及程序設計

王靠省 郭 平

(中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031)

地方獨立坐標轉換WGS84大地坐標方法及程序設計

王靠省 郭 平

(中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031)

介紹了一種地方獨立坐標轉換為WGS84大地坐標的方法，并利用C#語言進行了程序設計開發，解決了地方獨立坐標使用手持GPS或奧維互動地圖瀏覽器進行導航尋找測量點位的問題。

地方獨立坐標,大地坐標,坐標轉換

在工程建設初期，由于點之記描述不準確，或在山區，即使點之記描述準確也很難準確找到去往測量樁點位置的道路。目前科技的飛速發展，手持GPS、手機均可以實時定位當前位置，并據經緯度進行導航至目的地，被應用于尋找測量樁點位置。某些手持GPS可輸入平面坐標在測量點上進行校正，使用很不方便。將WGS84大地坐標導入手持GPS或奧維互動地圖瀏覽器中進行導航快捷、方便。由此，則需將平面坐標轉換為WGS84大地坐標。目前，大多工程建設采用國家統一坐標系，國家統一坐標系轉換WGS84大地坐標，目前有很多軟件工具都能實現，本文開發的導航坐標轉換軟件也能實現此功能。但在有些工程中，如鐵路既有線改造、某些地方公路等工程中，仍沿用地方獨立坐標系。本文提出一種將地方坐標轉換WGS84大地坐標的方法，并利用C#語言進行程序設計，進行轉換并導出谷歌KML格式和奧維互動地圖瀏覽器格式，可導入手持GPS和奧維互動地圖瀏覽器中進行導航。

1 坐標轉換方法

1.1 公共點轉換至WGS84高斯坐標

采集多個公共點(不少于2個)的WGS84大地坐標，手持GPS、手機版奧維互動地圖瀏覽器均可采集。 將采集的公共點經高斯投影坐標正算轉換至WGS84高斯坐標，高斯投影坐標正算公式見式(1)～式(3)。此步目的是獲取WGS84國家坐標系下的平面坐標，為將原地方獨立坐標系與國家坐標系統一提供轉換基準。

(1)

(2)

(3)

式中：B——點的緯度；L——點的經度；L0——中央子午線經度；N——卯酉圈曲率半徑。

1.2 坐標相似變換

基于重心的坐標相似變換的方法進行坐標相似變換計算，將地方獨立坐標系轉換至采集的公共點的WGS84高斯坐標系，使其與公共點的WGS84坐標統一在同一個坐標系統下，此步的目的，是將原地方獨立坐標轉換為WGS84的國家統一坐標，可按相關參數進行高斯投影坐標反算WGS84大地坐標。假設采集了n個公共點，其在地方獨立坐標系和WGS84坐標系中的坐標分別為(Xi，Yi)和(xi，yi)，其中i=1，2，3,…，n，對應的兩個坐標系的重心坐標計算公式見式(4)。

(4)

轉換參數計算公式見式(5)：

(5)

坐標轉換關系式見式(6)：

(6)

1.3 高斯坐標反算轉換WGS84大地坐標

將經過相似變換的高斯坐標，經高斯投影坐標反算轉換至WGS84大地坐標，進而導入手持GPS、奧維互動地圖瀏覽器進行導航。

高斯投影坐標反算公式見式(7)，式(8)。

(7)

(8)

其中，L0為中央子午線經度；Bf為底點緯度，當x=X時的子午線弧長所對應的緯度。

2 程序設計

坐標轉換計算過程復雜，計算量大，很難通過人工計算實現。利用程序能快速準確的進行數據處理計算，本文采用C#語言進行程序設計開發，并具有輸出谷歌KML格式、奧維互動地圖瀏覽器格式，能方便的導入到手持GPS、奧維互動地圖中，進行導航。

2.1 流程設計

根據以上坐標轉換方法，進行地方獨立坐標轉換為大地坐標，數據處理流程設計見圖1。

2.2 類模塊設計

主要分為以下四個類模塊：1)角度轉換類(AngleCoversion)，為了讀取、輸入方便，程序中經緯度均采用“度.分秒”格式顯示角度。此類則主要實現從“度.分秒”到度、弧度的互轉。2)坐標轉換類(CoordinatesCoversion)，此類主要實現高斯正反算、空間直角坐標系到大地坐標系的互轉。3)數據輸出類(DataOut)，主要實現Excel格式、谷歌Kml格式、奧維互動地圖瀏覽器格式文件的輸出。

2.3 主要程序代碼設計

本文采用基于坐標重心的坐標相似變換的計算方法，此方法計算簡單，程序實現較為便捷，轉換精度完全滿足需要，以下為坐標相似變換的主要代碼：

double yX = 0, xY = 0, xX = 0, yY = 0, XX = 0, YY = 0;//定義轉換參數元素

foreach (var v in OldCorrectionPoint)

{

foreach (var ov in CorrectionPoint)

{

if (ov.id == v.id)

{

yX += (ov.Y - y0) * (v.X - X0); xY += (ov.X - x0) * (v.Y - Y0);

xX += (ov.X - x0) * (v.X - X0); yY += (ov.Y - y0) * (v.Y - Y0); XX += (v.X - X0) * (v.X - X0); YY += (v.Y - Y0) * (v.Y - Y0);

}

}

}

double Ka = (xX + yY) / (XX + YY);//計算轉換參數Ka double Kb = (yX - xY) / (XX + YY);//計算轉換參數Kb double X1 = x0 - Ka * X0 + Kb * Y0;//計算X平移量 double Y1 = y0 - Ka * Y0 - Kb * X0;//計算Y平移量 foreach (var v in OldPoint)

{

double NewX = X1 + Ka * v.X - Kb * v.Y;// X1 + Ka * v.X - Kb* v.Y; double NewY = Y1 + Ka * v.Y + Kb * v.X;//Y1 + Ka * v.Y + Kb * v.X; p.id = v.id; p.X = NewX; p.Y = NewY; NewPoint.Add(p);

}

3 實例應用

表1 轉換比較結果

以某鐵路增建二線工程為例，標段長度約為47 km。此工程由于老線采用的是地方獨立坐標系，是由國家坐標系通過旋轉、平移而得到。增建二線施工為了與老線更好的銜接，沿用原地方獨立坐標系。此工程線路起伏較大，或山高坡陡、峽谷深切、懸崖峭壁；或山嶺連綿、峰巒疊嶂、溝深壑險、道路崎嶇。山路岔路較多，找點較困難，借助手持GPS或奧維互動地圖瀏覽器進行導航能方便快速到達測量樁點點位。則需將設計單位提交的地方獨立坐標轉換為WGS84大地坐標。

采用分布在標段首尾2個公共點(CPI31，CPI48)的靜態GPS觀測的WGS84大地坐標進行轉換后，與靜態觀測的WGS84大地坐標進行比較,見表1。

由表1可見，與靜態觀測的WGS84大地坐標較差很小，說明轉換后精度很高。由于本文是為了測試轉換精度，公共點的WGS84坐標采用的也是靜態觀測數據中的WGS84大地坐標進行轉換。實際使用中使用手持GPS或手機版奧維地圖瀏覽器采集的WGS84大地坐標較低，轉換精度自然稍差，但是用于導航尋找測量點位，精度完全可以滿足需要。

4 結語

本文提出的地方獨立坐標轉換WGS84坐標轉換的方法精度高，最終轉換精度取決于公共點的WGS84大地坐標的精度。使用手持GPS、手機版奧維地圖采集公共點的WGS84大地坐標進行轉換的精度可滿足導航尋找測量點位的需要,公共點個數不應少于2個。C#程序設計能免于手工進行復雜的計算，大大提高測量計算的效率。本文設計的導航坐標轉換軟件具有國家統一坐標、地方獨立坐標轉換WGS84大地坐標，并輸出谷歌Kml格式、奧維互動地圖瀏覽器格式的功能，使用快捷、方便。

[1] 孔祥元,梅是義.控制測量學(下冊)[M].第2版.武漢:武漢大學出版社,2006.

[2] 聶國富,張金榮.基于赫爾模特模型坐標轉換的計算及精度評價方法[J].西部探礦工程,2011(1):159-164.

[3] 李青岳,陳永奇.工程測量學[M].北京:測繪出版社,1995.

[4] 蔣小軍,宋占峰,吳清華.地方獨立坐標系與WGS-84坐標系轉換方法及應用[J].鐵道勘察,2010(4):8-13.

[5] 李連偉,榮燕妮.WGS84和BJ54坐標轉換問題探討[J].測繪與空間地理信息,2004(2):43-45.

[6] 徐仕琪,張曉帆,周可法,等.關于利用七參數法進行WGS-84和BJ-54坐標轉換問題的探討[J].測繪與空間地理信息,2007(10):33-42.

[7] 廖超明,姜衛平,覃允森.一種有效的WGS-84坐標系與地方坐標系轉換方法[J].測繪通報,2008(3):18-21.

[8] 韓雪培,廖邦固.地方坐標系與國家坐標系轉換方法探討[J].測繪通報，2004(10):20-22.

[9] 張麗娜,楊志強,歐 龍,等.手持式GPS定位誤差的研究[J].工程地球物理學報,2006(12):478-483.

[10] 張思祥,湯 濤,康東升,等.手持GPS和Google Earth軟件在線路選線中的應用[J].電力建設,2008(5):37-39.

Local independent coordinate transformation WGS84 geodetic coordinate method and program design

Wang Kaosheng Guo Ping

(ChinaRailwayNo.2BureauGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China)

Introduces the method of transforming WGS84 geodetic coordinate in the local independent coordinate, undertakes the program design and development with C# language, so as to solve the problem in navigating the measured points with GPS or Ovi interactive map explorer.

local independent coordinate, geodetic coordinate, coordinate transformation

1009-6825(2017)01-0215-03

2016-10-25

王靠省(1983- )，男，工程師

P258

A