來源：《地理空間信息》2018年第4期
摘 要：手持GPS 接收機接收的WGS84 經緯度座標與我國的平面座標系基準不統一，需要通過求解參數校正野外測點數據。將算法程序化，面向對象編程實現參數參數求解功能，方便野外地質調查人員隨時校正手持機參數，準確獲取地質測量數據。
關鍵詞：手持GPS 接收機;座標系;參數轉換;面向對象編程
野外地質調查和填圖中，手持GPS 接收機(簡稱“手持機”)採集地質點座標高效快捷，只需要利用附近的控制點對儀器進行點位校正，輔助完成較高精度的地質調查工作。在戈壁灘和地形複雜地區進行地質作業，手持機具有優勢。目前國家座標系統有BJ54、XA80、CGS2000，不同的座標系使用的基準不一，需要校正參數才能準確測量。研究手持機參數轉換的三參數和七參數模型，只有HDS2003 等少數幾個軟件能夠求解WGS84 經緯度座標到平面座標的轉換參數，但是存在安裝和操作等細節問題，使用不便。本文針對實際需要，把參數模型程序化，設計了界面清晰、操作簡便的小程序，無需安裝，並增加了WGS-84 座標到2000 國家大地座標的轉換模塊。
1 座標系介紹
北京54 座標系是參心座標系，基準是Kressovsky參考橢球，長半軸a=6 378 245 m，扁率f=1/298.3。西安80 座標系是參心座標系，基準是IAG75 參考橢球，橢球長半軸a=6 378140 m，扁率f=1/298.257。CGS2000 座標系是地心座標系，原點為地球的質心，橢球為一等位旋轉橢球[1]，長半軸a=6 378 137 m，扁率f=1/298.257 222 101。目前各省建立了CORS 網絡工作站，多數省份的CORS 系統，平面用2000 座標系，高程依然沿用1985 黃海高程基準。
2 參數轉換及程序實現
由於地質資料基準不統一，為採集和底圖座標一致的數據，需要計算正確的轉換參數進行校正。
2.1 三參數模型
1)參數模型介紹
式(1)中均為空間直角座標，下標D 表示國家座標系[2]。計算時，需要先進行大地座標和直角座標的同源轉換。
2)空間大地座標→空間直角座標系
式(2)中，e 為橢球第一偏心率，N 表示該點的卯酉圈曲率半徑[1]。計算時，H 為該點的大地高，可利用式H = H正常 +ζ[1] 求解。H 為海拔高，ζ 表示高程異常，CGS2000 座標系中高程為大地高。
2.2 七參數模型
參數模型介紹：
式(3)中，(dX,dY,dZ)為平移參數;(α,β,γ)為旋轉參數，k 為比例縮放參數[1]。求解七參數，至少需要3 組控制點對，用最小二乘法進行約束平差，以提高局部範圍內參數求解的精度。
3 面向對象程序實現
1)界面展示(以三參數計算為例)，如圖1。
圖1 三參數計算軟件界面
2)可靠性檢驗，如表1。
為檢驗軟件的準確性，找到幾組點(部分點做過改動)，結果同HDS2003 軟件比較。
通過比較，軟件的計算準確性相當高，計算誤差是由取值精度導致的，不影響校正精度。七參數的計算結果經過驗證，同樣比較準確。
表1 三參數計算結果比較
4 手持GPS 接收機參數校正
手持機校正的是WGS-84 座標系和國家座標系之間的轉換關係。由於所使用的橢球基準不同，需要先校正橢球參數。WGS84 參考橢球長半徑a=6 378 137 m，扁率為f=1/298.257 223 563。不同座標系的橢球糾正誤差是：
1)北京54 座標：da=-108，df=0.000 000 480 795 ;
2)西安80 座標：da=-3，df=-0.000 000 002 5 ;
3)CGS2000 座標：da=0，df ≈ 0。
校正完橢球參數，再進行7 個參數的校正。由以上計算程序，求得相應的三參數或七參數。野外地質調查中，一般選擇三參數校正即可，此時座標系旋轉參數和比例變換參數均為0。針對麥哲倫系列的儀器，在河西地區的地質勘查過程中，校正後的單點誤差控制在10 m 以內。
在實際操作中，由於儀器自身字段精度設計不同，導致橢球扁率f 校正不精確，此時需要對7 個參數進行適當的微調，精度可以達到5 m 內。
參考文獻：略
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