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[摘要] 在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，也称固定坐标系统。大地测量坐标系统是进行国家大地测量或城市勘测设计所采用的平面直角坐标系统。在工程放样过程中因测量条件、设计要求、工程特点，为了利用两个不同坐标的测量成果，往往需要进行施工独立坐标系统与大地测量系统的相互换算。本文主要介绍了我国GPS常有坐标系统和投影的方式，并对其模型应用做一简单介绍。
[关键字]GPS测量 测量投影 坐标系统 坐标转换 应用分析
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-107-1
1 GPS测量理论概述介绍
GPS即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。它具有全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，现已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。相对于常规测量来说，GPS测量具有测量精度高、测站间无需通视、观测时间短、仪器操作简便、全天候作业、可提供三维坐标等特点。大大地提高了测量效率和精度。但是由于坐标系统的不同，面临着大量的坐标转换问题。对GPS技术的推广使用造成了一定的障碍。
2 GPS测量常用坐标投影分析
高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影简称“高斯投影”，又名"等角横切椭圆柱投影”，设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大之处在投影带内赤道的两端。为了限制高斯投影中长度变形，按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带。高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴（x）， 赤道投影为横轴（y），两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。
3 GPS测量常用的坐标系统分析
3.1 WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是目前GPS采用的坐标系统，GPS发布的星历参数就是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，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。
3.2 1954年北京坐标系
1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心坐标系统。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a = 6378245m f = 1/298.3。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。
3.3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。
4坐标转换模型的应用及分析
（1）同一基准下坐标转换计算。同一基准下坐标转换问题实质上是不同表达形式坐标之间的转换，直接利用相应的转换模型就可以实现转换计算。
（2）不同基准下坐标转换计算。先要利用控制网中多于必要个数的重合点，采用最小二乘严密平差解算转换参数，这些重合点具有可靠性、精度高，在控制网中分布均匀、覆盖的范围大，建立具体的转换模型，进而实现其它控制点的转换计算，并用和重合点的距离定权对公共点加以配置，解决转换前后坐标不完全一致的矛盾。
（3）测量实践中的坐标正反算。数学上讲，这是极坐标和平面直角坐标之间的换算，应用公式即可实现两点间边长、方位角和坐标的相互换算，正算的关键是推算方位角，反算的关键是判断方位角所属象限。
（4）换带计算。换带计算是相同基准下不同投影带的高斯平面直角坐标之间的转换计算，目前换带计算均采用高斯投影正、反算公式来完成，具体步骤为：由第一投影带的高斯平面直角坐标（ x，y）按公式求出该点在椭球面上的大地坐标（B，L），再根据第二投影带的轴子午线经度以及该点反算出的（B，L）按公式，求出该点在第二带的高斯平面直角坐标（x ，y）。
（5）54国家大地坐标、8O国家大地坐标、WGS一84地心大地坐标之间的转换计算。这是不同基准下的坐标转换，直接采用国家54系统克拉索夫斯基椭球‰ 、国家8O系统定位定向后75椭球Eo帅，WGS一84椭球 杠的相互间旋转、平移、比例、长半轴以及扁率因子9个参数，它是建立国家大地基准时确定的权威系统参数，然后按公式实现换算。
（6）54参心、8O参心、WGS一84地心空间直角坐标之间的转换计算。54参心、8O参心、WGS一84地心空间直角坐标之间的转换属于不同基准下的坐标转换，在实际工作中根据不同的精度要求可以采用三点法、多点法、严密平差法先求出旋转、平移、尺度因子共7个参数，然后应用公式实现转换计算。
（7）一地方独立平面坐标与另一地方独立平面坐标之间换算。在实践中利用多个重合点采用最小二乘法解求出旋转、平移、尺度因子共4个参数，然后应用公式实现其它点的转换计算。
（8）GPS网在WGS一84坐标系中的三维平差结果到实用地面参心坐标的换算。无论取重心基准还是单点定位值作为位置基准，由于GPS单点定位精度不高，，GPS网在WGS一84坐标系中平差后各个GPS点在WGS一84坐标系中的坐标值精度也较低，但相对于网的位置基准则具有相当高的精度.为此，转换时不能使用已知的系统转换参数，而必须应用三点法、多点法、严密平差法解求转换参数确定转换模型，再求全网其它GPS点的实用地面参心坐标。
5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坐标转换成独立坐标系坐标。
参考文献
[1]孔祥元等.大地测量学基础[M].武汉：武汉大学出版社.2001年.
[2]徐绍全等.GPS卫星测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.2004年.
[关键字]GPS测量 测量投影 坐标系统 坐标转换 应用分析
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-107-1
1 GPS测量理论概述介绍
GPS即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。它具有全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，现已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。相对于常规测量来说，GPS测量具有测量精度高、测站间无需通视、观测时间短、仪器操作简便、全天候作业、可提供三维坐标等特点。大大地提高了测量效率和精度。但是由于坐标系统的不同，面临着大量的坐标转换问题。对GPS技术的推广使用造成了一定的障碍。
2 GPS测量常用坐标投影分析
高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影简称“高斯投影”，又名"等角横切椭圆柱投影”，设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大之处在投影带内赤道的两端。为了限制高斯投影中长度变形，按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带。高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴（x）， 赤道投影为横轴（y），两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。
3 GPS测量常用的坐标系统分析
3.1 WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是目前GPS采用的坐标系统，GPS发布的星历参数就是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，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。
3.2 1954年北京坐标系
1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心坐标系统。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a = 6378245m f = 1/298.3。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。
3.3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。
4坐标转换模型的应用及分析
（1）同一基准下坐标转换计算。同一基准下坐标转换问题实质上是不同表达形式坐标之间的转换，直接利用相应的转换模型就可以实现转换计算。
（2）不同基准下坐标转换计算。先要利用控制网中多于必要个数的重合点，采用最小二乘严密平差解算转换参数，这些重合点具有可靠性、精度高，在控制网中分布均匀、覆盖的范围大，建立具体的转换模型，进而实现其它控制点的转换计算，并用和重合点的距离定权对公共点加以配置，解决转换前后坐标不完全一致的矛盾。
（3）测量实践中的坐标正反算。数学上讲，这是极坐标和平面直角坐标之间的换算，应用公式即可实现两点间边长、方位角和坐标的相互换算，正算的关键是推算方位角，反算的关键是判断方位角所属象限。
（4）换带计算。换带计算是相同基准下不同投影带的高斯平面直角坐标之间的转换计算，目前换带计算均采用高斯投影正、反算公式来完成，具体步骤为：由第一投影带的高斯平面直角坐标（ x，y）按公式求出该点在椭球面上的大地坐标（B，L），再根据第二投影带的轴子午线经度以及该点反算出的（B，L）按公式，求出该点在第二带的高斯平面直角坐标（x ，y）。
（5）54国家大地坐标、8O国家大地坐标、WGS一84地心大地坐标之间的转换计算。这是不同基准下的坐标转换，直接采用国家54系统克拉索夫斯基椭球‰ 、国家8O系统定位定向后75椭球Eo帅，WGS一84椭球 杠的相互间旋转、平移、比例、长半轴以及扁率因子9个参数，它是建立国家大地基准时确定的权威系统参数，然后按公式实现换算。
（6）54参心、8O参心、WGS一84地心空间直角坐标之间的转换计算。54参心、8O参心、WGS一84地心空间直角坐标之间的转换属于不同基准下的坐标转换，在实际工作中根据不同的精度要求可以采用三点法、多点法、严密平差法先求出旋转、平移、尺度因子共7个参数，然后应用公式实现转换计算。
（7）一地方独立平面坐标与另一地方独立平面坐标之间换算。在实践中利用多个重合点采用最小二乘法解求出旋转、平移、尺度因子共4个参数，然后应用公式实现其它点的转换计算。
（8）GPS网在WGS一84坐标系中的三维平差结果到实用地面参心坐标的换算。无论取重心基准还是单点定位值作为位置基准，由于GPS单点定位精度不高，，GPS网在WGS一84坐标系中平差后各个GPS点在WGS一84坐标系中的坐标值精度也较低，但相对于网的位置基准则具有相当高的精度.为此，转换时不能使用已知的系统转换参数，而必须应用三点法、多点法、严密平差法解求转换参数确定转换模型，再求全网其它GPS点的实用地面参心坐标。
5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坐标转换成独立坐标系坐标。
参考文献
[1]孔祥元等.大地测量学基础[M].武汉：武汉大学出版社.2001年.
[2]徐绍全等.GPS卫星测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.2004年.