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摘 要:GPS是工程测量中不可缺少的仪器，本文介绍将GPS所采集到的坐标转换成工程所需坐标的过程，供同行参考。
关键词:GPS；坐标系统；转换
1 概述
GPS以测量精度高、操作简便、仪器体积小、便于携带、全天候操作、观测点之间无须通视、測量结果统一在WGS一84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。
GPS使用的是地心地固坐标系统，而我国绝大多数应用都集中在各种参心坐标系统上，显然必须解决两种不同的空间坐标系的转换才能更好的发挥GPS的作用。
2 我国测绘中常用的坐标系统
2．1 1954年北京坐标系
归结其要点为：
1．1954年北京坐标系的参考椭球是属于克拉索夫斯基椭球常用基本参数如下：长半轴a=6378245m 4±2m，扁率f=1：298．3
2．1954北京坐标系的大地原点在前苏联的普尔科夫；
3．采用多点定位进行了椭球定位；
(1)高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；
(2)高程异常以前苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。
2．2 1980西安坐标系
归结1980西安坐标系的要点为：
1．该坐标系大地原点定在我国中部，即陕西省泾阳县永乐镇。
2．采用IAG 1975年推荐的地球椭球参数：长半轴a=6378140m扁率f=1：298．257
3．定向明确：1980年国家大地坐标系的椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYD(1968．0)方向，起始大地子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面；
4．椭球定位参数以我国范围内高程异常值平方和等于最小为条件求定；
5．大地点高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；
6．建立两套1980年国家大地坐标系和地心坐标系。前者是在后者的基础上通过精确求定位坐标变化参数，换算成地心坐标。
2．3 新1954年北京坐标系
归结其要点为：
1．采用克拉索夫斯基椭球参数：长半轴a=6378245m，扁率f=1：298．3；
2．多点定位。参心虽和1954年北京坐标系参心不一致，但十分接近。
3．定向明确。坐标轴方向和起始大地子午面与80系相同。坐标轴的旋参数等于零。
4．大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇，但与80系大地原点大地起算数不同。
5．大地点高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
6．提供的坐标是1980年国家大地坐标系整体平差转换值，坐标精度和80系的坐标精度完全一样。
2．4 WGS一84坐标系
归结WGS一72坐标系的要点为：
1．wGS一84坐标系的坐标原点位于地球的质心；
2．Z轴指向BIH1984．0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984．0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系；
3． 采用椭球参数为：a=6378137m，f=1／298．257223563。
2．5 地方坐标系(任意独立坐标系)
在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。建立独立坐标系的目的通常是减少投影差、便于直接应用成果或是成果保密等需要。在工程上用得比较普遍。
3 不同空间坐标系统的转换
坐标系统的转换一般包括地心坐标系与参心坐标系转换及不同参心坐标系的转换。根据转换参数的不同，转换模型有很多种。对于转换精度要求不高且涉及区域不大的项目，可选取三参数法(坐标系原点在三个方向上的平移参数△x、△y和△z)或四参数法(增加一个尺度比参数K)，当需要较高的转换精度或涉及区域较大时，最常采用的是七参数法(在四参数法上再增加三个坐标轴的旋转参数w x、wy和wz)。
设有两个不同的空间坐标系，空间坐标系A和空间坐标系B。图1直观地描述了此两个坐标系之间的关系。P为任意一点，PA 、PB 分别是P点在两个坐标系中的位置矢量，由此P点的坐标值分别为PA(XA、YA、ZA)和PB(XB、YB、ZB)。T为两个坐标系原点的位移矢量，wx. wy和wz为坐标系的旋转角。
为要解算七个未知数，必须有三个或以上的重合点，即在重合点上，同时具有空间坐标系A和空间坐标系B的坐标值。重合点的分布均匀以及稍多一些会提高拟合参数的精度。
根据图1．所示的几何关系，可以推导出下面的布尔莎公式。
其中：△x、△y和△z为坐标系的平移参数，K为尺度比参数，wx、wy和wz为旋转参数。
在工程应用中，使用转换通常是从GPS卫星定位系统采集到的数据(WGS一84坐标系数据)向1954年北京坐标系、1980西安坐标系、新1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系转换。此时空间坐标系A就是WGS-84坐标系，而空间坐标系B指得可以是1954年北京坐标系、1980西安坐标系、新1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系。
4 小结
由于GPS测量的种种优点，GPS定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段，市面上出现了许多转换软件和不同型号的GPS数据处理配套软件(包含了怎样将GPS测量中所得到的WGS-84转换成工程中所须坐标的功能)，万变不离其宗，只要我们明白了WGS-84转换到独立坐标系的转换过程，便可很容易的使用该软件了，甚至可以自己编写程序，将WGS-84坐标转换成各种所需坐标系的坐标。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词:GPS；坐标系统；转换
1 概述
GPS以测量精度高、操作简便、仪器体积小、便于携带、全天候操作、观测点之间无须通视、測量结果统一在WGS一84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。
GPS使用的是地心地固坐标系统，而我国绝大多数应用都集中在各种参心坐标系统上，显然必须解决两种不同的空间坐标系的转换才能更好的发挥GPS的作用。
2 我国测绘中常用的坐标系统
2．1 1954年北京坐标系
归结其要点为：
1．1954年北京坐标系的参考椭球是属于克拉索夫斯基椭球常用基本参数如下：长半轴a=6378245m 4±2m，扁率f=1：298．3
2．1954北京坐标系的大地原点在前苏联的普尔科夫；
3．采用多点定位进行了椭球定位；
(1)高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；
(2)高程异常以前苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。
2．2 1980西安坐标系
归结1980西安坐标系的要点为：
1．该坐标系大地原点定在我国中部，即陕西省泾阳县永乐镇。
2．采用IAG 1975年推荐的地球椭球参数：长半轴a=6378140m扁率f=1：298．257
3．定向明确：1980年国家大地坐标系的椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYD(1968．0)方向，起始大地子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面；
4．椭球定位参数以我国范围内高程异常值平方和等于最小为条件求定；
5．大地点高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；
6．建立两套1980年国家大地坐标系和地心坐标系。前者是在后者的基础上通过精确求定位坐标变化参数，换算成地心坐标。
2．3 新1954年北京坐标系
归结其要点为：
1．采用克拉索夫斯基椭球参数：长半轴a=6378245m，扁率f=1：298．3；
2．多点定位。参心虽和1954年北京坐标系参心不一致，但十分接近。
3．定向明确。坐标轴方向和起始大地子午面与80系相同。坐标轴的旋参数等于零。
4．大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇，但与80系大地原点大地起算数不同。
5．大地点高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
6．提供的坐标是1980年国家大地坐标系整体平差转换值，坐标精度和80系的坐标精度完全一样。
2．4 WGS一84坐标系
归结WGS一72坐标系的要点为：
1．wGS一84坐标系的坐标原点位于地球的质心；
2．Z轴指向BIH1984．0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984．0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系；
3． 采用椭球参数为：a=6378137m，f=1／298．257223563。
2．5 地方坐标系(任意独立坐标系)
在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。建立独立坐标系的目的通常是减少投影差、便于直接应用成果或是成果保密等需要。在工程上用得比较普遍。
3 不同空间坐标系统的转换
坐标系统的转换一般包括地心坐标系与参心坐标系转换及不同参心坐标系的转换。根据转换参数的不同，转换模型有很多种。对于转换精度要求不高且涉及区域不大的项目，可选取三参数法(坐标系原点在三个方向上的平移参数△x、△y和△z)或四参数法(增加一个尺度比参数K)，当需要较高的转换精度或涉及区域较大时，最常采用的是七参数法(在四参数法上再增加三个坐标轴的旋转参数w x、wy和wz)。
设有两个不同的空间坐标系，空间坐标系A和空间坐标系B。图1直观地描述了此两个坐标系之间的关系。P为任意一点，PA 、PB 分别是P点在两个坐标系中的位置矢量，由此P点的坐标值分别为PA(XA、YA、ZA)和PB(XB、YB、ZB)。T为两个坐标系原点的位移矢量，wx. wy和wz为坐标系的旋转角。
为要解算七个未知数，必须有三个或以上的重合点，即在重合点上，同时具有空间坐标系A和空间坐标系B的坐标值。重合点的分布均匀以及稍多一些会提高拟合参数的精度。
根据图1．所示的几何关系，可以推导出下面的布尔莎公式。
其中：△x、△y和△z为坐标系的平移参数，K为尺度比参数，wx、wy和wz为旋转参数。
在工程应用中，使用转换通常是从GPS卫星定位系统采集到的数据(WGS一84坐标系数据)向1954年北京坐标系、1980西安坐标系、新1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系转换。此时空间坐标系A就是WGS-84坐标系，而空间坐标系B指得可以是1954年北京坐标系、1980西安坐标系、新1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系。
4 小结
由于GPS测量的种种优点，GPS定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段，市面上出现了许多转换软件和不同型号的GPS数据处理配套软件(包含了怎样将GPS测量中所得到的WGS-84转换成工程中所须坐标的功能)，万变不离其宗，只要我们明白了WGS-84转换到独立坐标系的转换过程，便可很容易的使用该软件了，甚至可以自己编写程序，将WGS-84坐标转换成各种所需坐标系的坐标。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看