地方独立坐标转换WGS84大地坐标方法及程序设计

王靠省 郭 平

(中铁二局集团有限公司，四川 成都 610031)

地方独立坐标转换WGS84大地坐标方法及程序设计

王靠省 郭 平

(中铁二局集团有限公司，四川 成都 610031)

介绍了一种地方独立坐标转换为WGS84大地坐标的方法，并利用C#语言进行了程序设计开发，解决了地方独立坐标使用手持GPS或奥维互动地图浏览器进行导航寻找测量点位的问题。

地方独立坐标,大地坐标,坐标转换

在工程建设初期，由于点之记描述不准确，或在山区，即使点之记描述准确也很难准确找到去往测量桩点位置的道路。目前科技的飞速发展，手持GPS、手机均可以实时定位当前位置，并据经纬度进行导航至目的地，被应用于寻找测量桩点位置。某些手持GPS可输入平面坐标在测量点上进行校正，使用很不方便。将WGS84大地坐标导入手持GPS或奥维互动地图浏览器中进行导航快捷、方便。由此，则需将平面坐标转换为WGS84大地坐标。目前，大多工程建设采用国家统一坐标系，国家统一坐标系转换WGS84大地坐标，目前有很多软件工具都能实现，本文开发的导航坐标转换软件也能实现此功能。但在有些工程中，如铁路既有线改造、某些地方公路等工程中，仍沿用地方独立坐标系。本文提出一种将地方坐标转换WGS84大地坐标的方法，并利用C#语言进行程序设计，进行转换并导出谷歌KML格式和奥维互动地图浏览器格式，可导入手持GPS和奥维互动地图浏览器中进行导航。

1 坐标转换方法

1.1 公共点转换至WGS84高斯坐标

采集多个公共点(不少于2个)的WGS84大地坐标，手持GPS、手机版奥维互动地图浏览器均可采集。 将采集的公共点经高斯投影坐标正算转换至WGS84高斯坐标，高斯投影坐标正算公式见式(1)～式(3)。此步目的是获取WGS84国家坐标系下的平面坐标，为将原地方独立坐标系与国家坐标系统一提供转换基准。

(1)

(2)

(3)

式中：B——点的纬度；L——点的经度；L0——中央子午线经度；N——卯酉圈曲率半径。

1.2 坐标相似变换

基于重心的坐标相似变换的方法进行坐标相似变换计算，将地方独立坐标系转换至采集的公共点的WGS84高斯坐标系，使其与公共点的WGS84坐标统一在同一个坐标系统下，此步的目的，是将原地方独立坐标转换为WGS84的国家统一坐标，可按相关参数进行高斯投影坐标反算WGS84大地坐标。假设采集了n个公共点，其在地方独立坐标系和WGS84坐标系中的坐标分别为(Xi，Yi)和(xi，yi)，其中i=1，2，3,…，n，对应的两个坐标系的重心坐标计算公式见式(4)。

(4)

转换参数计算公式见式(5)：

(5)

坐标转换关系式见式(6)：

(6)

1.3 高斯坐标反算转换WGS84大地坐标

将经过相似变换的高斯坐标，经高斯投影坐标反算转换至WGS84大地坐标，进而导入手持GPS、奥维互动地图浏览器进行导航。

高斯投影坐标反算公式见式(7)，式(8)。

(7)

(8)

其中，L0为中央子午线经度；Bf为底点纬度，当x=X时的子午线弧长所对应的纬度。

2 程序设计

坐标转换计算过程复杂，计算量大，很难通过人工计算实现。利用程序能快速准确的进行数据处理计算，本文采用C#语言进行程序设计开发，并具有输出谷歌KML格式、奥维互动地图浏览器格式，能方便的导入到手持GPS、奥维互动地图中，进行导航。

2.1 流程设计

根据以上坐标转换方法，进行地方独立坐标转换为大地坐标，数据处理流程设计见图1。

2.2 类模块设计

主要分为以下四个类模块：1)角度转换类(AngleCoversion)，为了读取、输入方便，程序中经纬度均采用“度.分秒”格式显示角度。此类则主要实现从“度.分秒”到度、弧度的互转。2)坐标转换类(CoordinatesCoversion)，此类主要实现高斯正反算、空间直角坐标系到大地坐标系的互转。3)数据输出类(DataOut)，主要实现Excel格式、谷歌Kml格式、奥维互动地图浏览器格式文件的输出。

2.3 主要程序代码设计

本文采用基于坐标重心的坐标相似变换的计算方法，此方法计算简单，程序实现较为便捷，转换精度完全满足需要，以下为坐标相似变换的主要代码：

double yX = 0, xY = 0, xX = 0, yY = 0, XX = 0, YY = 0;//定义转换参数元素

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);//计算转换参数Ka double Kb = (yX - xY) / (XX + YY);//计算转换参数Kb double X1 = x0 - Ka * X0 + Kb * Y0;//计算X平移量 double Y1 = y0 - Ka * Y0 - Kb * X0;//计算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 实例应用

表1 转换比较结果

以某铁路增建二线工程为例，标段长度约为47 km。此工程由于老线采用的是地方独立坐标系，是由国家坐标系通过旋转、平移而得到。增建二线施工为了与老线更好的衔接，沿用原地方独立坐标系。此工程线路起伏较大，或山高坡陡、峡谷深切、悬崖峭壁；或山岭连绵、峰峦叠嶂、沟深壑险、道路崎岖。山路岔路较多，找点较困难，借助手持GPS或奥维互动地图浏览器进行导航能方便快速到达测量桩点点位。则需将设计单位提交的地方独立坐标转换为WGS84大地坐标。

采用分布在标段首尾2个公共点(CPI31，CPI48)的静态GPS观测的WGS84大地坐标进行转换后，与静态观测的WGS84大地坐标进行比较,见表1。

由表1可见，与静态观测的WGS84大地坐标较差很小，说明转换后精度很高。由于本文是为了测试转换精度，公共点的WGS84坐标采用的也是静态观测数据中的WGS84大地坐标进行转换。实际使用中使用手持GPS或手机版奥维地图浏览器采集的WGS84大地坐标较低，转换精度自然稍差，但是用于导航寻找测量点位，精度完全可以满足需要。

4 结语

本文提出的地方独立坐标转换WGS84坐标转换的方法精度高，最终转换精度取决于公共点的WGS84大地坐标的精度。使用手持GPS、手机版奥维地图采集公共点的WGS84大地坐标进行转换的精度可满足导航寻找测量点位的需要,公共点个数不应少于2个。C#程序设计能免于手工进行复杂的计算，大大提高测量计算的效率。本文设计的导航坐标转换软件具有国家统一坐标、地方独立坐标转换WGS84大地坐标，并输出谷歌Kml格式、奥维互动地图浏览器格式的功能，使用快捷、方便。

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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，工程师

P258

A