摘 要：为了使GPS的观测成果在实际中得到应用，必须把GPS观测得到的WGS-84坐标转换成实际需要的国家大地坐标或地方独立坐标。本文利用 Excel软件的宏程序 VBA进行编程 ,实现不同坐标系之间坐标的相互转换。并且给出一些关于坐标转换的算例，结果表明：所编程序可以方便、快捷、可靠、准确地解决不同坐标间的转换问题，能够满足设计计算工作的要求，是可行的。
　　关键词：Excel VBA；GPS；坐标转换
　　
　　0 引言
　　GPS测量直接提供的坐标（B，L，H）是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐标。而在实际应用中，我国采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x，y）。如何实现WGS-84坐标系与北京54坐标系或者1980西安坐标系的转换，一直是GPS应用中人们关心的热点。
　　1坐标系统
　　1.1 地形面、参考椭球面和大地水准面
　　地形面是地球的自然表面，包含了地球外部的陆地地形和海底地形，是一个极度不规则的面。大地水准面是一个物理参考面，是地球的一个重力等位面。在大洋部分，大地水准面与去除了潮汐、洋流和气象学因素等非引力影响后的平均海水面一致。但是，由于陆地质量的影响，存在着局部的重力异常，它们将使大地水准面的形状发生扭曲，这种扭曲在山区尤为显著。参考椭球面是一个几何或数学参考面，是一个与大地水准面非常接近的旋转椭球面。它是一个形状规则的数学表面，具有简明的数学定义，在其上可以做严密的计算。
　　1.2 坐标、坐标系、基准和坐标参照系
　　坐标是用于在一个给定维数的空间中相对一个参照系来确定点的位置的一组数。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空間位置时所采用的单位长度的定义。
　　1.3 常用坐标系的表现形式
　　1)空间直角坐标系
　　空间直角坐标系的原点选在参考椭球的中心，Z 轴与地球自转轴平行并指向参考椭球的北极，X 轴指向参考椭球的本初子午线，Y 轴与X轴和Z轴相互垂直最终构成一个右手系。点在此坐标系下的位置由X、Y、Z坐标所定义。
　　2)大地坐标系
　　大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。
　　3)高斯平面直角坐标系
　　高斯投影后，以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标x轴，以赤道的投影为横坐标y轴建立起的坐标系称为高斯平面直角坐标系。
　　2 坐标系之间的坐标转换
　　2.1 空间直角坐标与大地坐标间的转换
　　将同一坐标参照系下大地坐标（B，L，H）转换为空间直角坐标（X，Y，Z）可按下式进行
　　 将同一坐标参照系下空间直角坐标（X，Y，Z）转换为大地坐标（B，L，H）的公式为
　　
　　2.2 大地坐标与平面坐标间的转换
　　大地坐标（B,L）投影为高斯坐标（x,y）可按下式进行
　　 2.3不同空间直角坐标间的转换
　　两不同参考椭球之间的空间转换可采用布尔莎公式
　　 3 GPS坐标转换的Excel VBA程序实现
　　3.1菜单的开发
　　在Visual Basic编辑器工程资源管理器窗口内添加一个模块。双击该模块，进入该模块的代码编辑窗口。在代码窗口内添加开发菜单的VBA代码。
　　我们可以通过Excel应用程序来查看开发好的菜单栏，如图3-1和图3-2所示。
　　
　　图3-1“工程应用加载选项”菜单项
　　Fig.3-1 “Application load option” menu item
　　
　　图3-2“设置”菜单项
　　Fig.3-2“Settings” menu item
　　3.2运行Excel VBA程序
　　a.单点转换
　　选择“工程应用”→“坐标转换”，打开坐标转换主界面，选择“单点转换”页，在源坐标输入文本框中输入源坐标x=1944359.6070，y=240455.4563，并输入中央子午线为117°，选择椭球类型和坐标形式，最后单击“转换”按钮，则目标坐标输出文本框显示转换后的大地坐标，如图3-3所示。
　　
　　图3-3单点转换
　　Fig.3-3 Single point transformation
　　b.文件转换
　　在进行文件批量转换之前，先要组织好源数据的数据格式，图3-4为坐标转换的源数据格式。
　　
　　图3-4源数据格式
　　Fig.3-4 source data format
　　选择“工程应用”→“坐标转换”，打开坐标转换主界面，选择“文件转换”页，单击源坐标“浏览”，打开源坐标文件，此时源文件的路径显示在源文件的地址栏内，然后单击目标坐标“浏览”，指定目标坐标的存放路径，此时目标文件的路径显示在目标文件的地址栏内（如图3-5），最后输入中央子午线为123°并单击“转换”按钮，此时软件弹出“转换成功”提示对话框（如图3-6），提示“转换计算成功，已将计算成果存入D：\VBA\最新成果\……”。单击“确定”，回到坐标转换主界面，单击“打开成果”按钮，可以打开程序的运行结果，如图3-7所示。
　　
　　图3-5文件转换
　　Fig.3-5 File transformation
　　
　　图3-6提示对话框
　　Fig.3-6 Prompt dialog box
　　
　　图3-7成果文件
　　Fig.3-7 The results document
　　
　　
　　4结论
　　本文在详细介绍GPS测量中常用的几种坐标系统的基础上，建立了GPS坐标系与常用坐标系的相互转换模型；基于VBA二次开发Excel技术，实现了大地坐标系与空间直角坐标系的转换、不同基准的空间直角坐标系的转换以及高斯投影正反算等程序功能。通过本软件开发，得出以下几点结论。
　　1）基于Excel VBA进行GPS坐标系到实用坐标系转换的解决方案是切实可行的，也是高效的。
　　2）选择Excel作为开发平台有以下优点：
　　①开发周期短。可以在Excel的现有功能上进行二次开发，而不是从头开始；
　　②宽泛的运行环境。几乎所有的计算机中都己
　　安装了Excel，这为基于Excel VBA编写程序的运行提供了宽泛的环境支持；
　　③上手快，简单易懂。用户早己有了一些使用Excel的经验，在此平台上创建解决方案，上手快，简单易懂；
　　④开发属于测绘行业的“Geomatics Excel”。VBA是Excel为用户提供的强有力的二次开发工具，我们可以通过VBA来创建自己的菜单和工具栏，自定义属于测绘行业的“Geomatics Excel”。
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　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。