国家三维坐标系与任意地方平面坐标系间七参数转换方法

摘要

本发明公开了一种国家三维坐标系与任意地方平面坐标系间七参数转换方法，本发明针对现有算法无法直接获取高精度单一的七参数转换参数，进而无法基于CORS测量数据实时获取地方坐标系成果的问题；提出了一种附加加常数的七参数转换模型。该方法通过一系列数据处理方法：附加加常数极大地降低了投影变形的影响，通过三参数转换模型降低了大地高对求参精度的影响等，大大地改善了转换参数的精度，并且方法符合目前市场上测量手簿只能接受单一四/七参数输入的要求，基于CORS网络测量得到的国家坐标系成果，可以实时转换成地方坐标系成果，这有利于拓展省市级CORS在测量实践过程中的应用空间。

说明书

技术领域

本发明属于地理信息技术领域，涉及一种国家三维坐标系与任意地方平面坐标系间七参数转换方法，尤其涉及一种新的高精度国家三维坐标系与任意地方平面坐标系之间七参数转换求取方法。

背景技术

国家大地基准及地方基准数据是机密数据，各省市地区为了对基准参数进行保密，在建立地方坐标系时，在国家坐标系的基础上，大都进行了中央子午线的投影变换，部分地区进一步地对变换之后坐标进行了四参数转换(非规则平移，旋转，缩放等)，这使得地方独立坐标系与国家坐标系之间存在着较为复杂的转换关系。而目前市场上使用的测量手簿只能接受单一的四/七参数输入，这使得用户无法利用传统的求参方法求取可靠的转换参数，从而无法实时的获取地方坐标系坐标。在全国省级CORS全面覆盖的背景下，这非常不利于省级CORS在地区进行推广应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的高精度国家三维坐标系与任意地方平面坐标系之间七参数转换求取方法。

本发明所采用的技术方案是：一种国家三维坐标系与任意地方平面坐标系间七参数转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：统一国家三维坐标系与地方平面坐标系中央子午线，利用一组加常数改正地方坐标系成果；

步骤2：利用三参数转换模型削弱大地高方向对平面坐标转换精度的影响；

步骤3：利用七参数模型求取改正地方平面坐标系与国家三维坐标系之间的转换关系；

步骤4：设置七参数和加常数，基于CORS网络实时获取地方坐标系成果。

作为优选，步骤1的具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：将国家三维坐标系的坐标系列(x₂₀₀₀,y₂₀₀₀)经过投影变换，由原始的国家三维坐标系中央子午线L₀₂₀₀₀转换到地方平面坐标系中央子午线L_0dl下，得到改正之后的国家三维坐标系坐标(x_gz2000,y_gz2000)；

步骤1.2：将改正之后的国家三维坐标系坐标(x_gz2000,y_gz2000)与对应地方平面坐标系坐标(x_dl,y_dl)求差，得到x方向和y方向的差值；

步骤1.3：分别求取两个方向差值的平均值△x,△y，△x,△y作为x、y方向的加常数；

步骤1.4：将平均值△x,△y分别加到地方坐标平面系上得到改正之后的地方系平面坐标(x_gzdl,y_dgzl)。

作为优选，步骤2的具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：将改正之后的地方系平面坐标(x_gzdl,y_dgzl)转换成经纬度(B_gzdl，L_gzdl)；

步骤2.2：将国家三维坐标系(x₂₀₀₀,y₂₀₀₀)转换成经纬度(B₂₀₀₀，L₂₀₀₀)；

步骤2.3：获取国家三维坐标系大地高H₂₀₀₀；

步骤2.4：将H₂₀₀₀代替地方坐标系大地高H_dl，然后利用三参数求取两坐标系之间转换关系，并根据转换参数更新地方坐标系大地高H_dl。

作为优选，步骤3的具体实现过程是：将(B_gzdl，L_gzdl)与更新之后的地方平面坐标系大地高H_dl作为目标坐标系(B_gzdl，L_gzdl，H_dl)，将(B₂₀₀₀，L₂₀₀₀，H₂₀₀₀)作为源坐标系；求取两坐标系之间的转换关系，获取最后的转换七参数。

作为优选，步骤4的具体实现过程是：在手簿上新建任务，在任务属性中设置投影参数，即步骤3中获得的转换七参数，并在手簿设置相应的加常数(手簿上默认设置的加常数是北0.000，东500000.000，这时可以将相应的加常数加到这个默认值上)；最终通过单一七参数附加加常数的方法实时获取地方平面坐标系。

与现有的直接求取七参数的方法相比，本发明所具有的有益效果为：针对现有算法无法直接获取高精度单一的七参数转换参数，进而无法基于CORS测量数据实时获取地方坐标系成果的问题，提出了一种附加加常数的七参数转换模型。该方法通过附加加常数极大地降低了投影变形的影响，通过三参数转换模型降低了大地高对求参精度的影响等，大大地改善了转换参数的精度，并且方法符合目前市场上测量手簿只能接受单一四/七参数输入的要求，基于CORS网络测量得到的国家坐标系成果，可以实时转换成地方坐标系成果，这有利于拓展省市级CORS在测量实践过程中的应用空间。

附图说明

图1：本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明针对现有数据处理方法不足，提出了一种新的高精度国家三维坐标系与任意地方平面坐标系之间七参数转换求取方法。首先通过统一国家坐标系与地方坐标系中央子午线，极大地削弱了投影变形对转换参数求取的影响，此外利用三参数转换模型，减弱了地方坐标系不具备大地高这一缺陷对转换参数求取精度的影响，最后利用统一的七参数模型求取国家坐标系与地方坐标系之间的转换关系。实际使用过程中，本发明首先通过七参数实时测量得到的国家坐标系成果转换到地方系，然后扣除加常数的影响，最终实时获取用户需要的地方坐标系成果。

请见图1，本实施例结合具体实测数据(以某地地方系数据为例，地方坐标系成果数据已经过处理)对本发明作更进一步的解释。

首先获取地方平面坐标系和国家三维坐标系成果，并获取各坐标系中央子午线信息，如表1所示，

表1国家三维坐标系和地方平面坐标系成果

本发明的方法分以下几个步骤进行，具体步骤描述如下：

步骤1：国家三维坐标系与地方平面坐标系中央子午线统一，降低投影变形影响。

首先将国家三维坐标系(以(x₂₀₀₀,y₂₀₀₀)为例)坐标系列经过投影变换，由原始的国家三维坐标系中央子午线(L₀₂₀₀₀)转换到地方平面坐标系中央子午线(L_0dl)下，得到改正之后的国家三维系坐标(x_gz2000,y_gz2000)。将这个坐标与对应地方平面坐标系坐标(x_dl,y_dl)求差，得到x方向和y方向的差值，并分别求取两个方向差值的平均值△x,△y(△x,△y作为x、y方向的加常数)。然后这个平均值加到地方平面坐标系上得到改正之后的地方平面系坐标(x_gzdl,y_dgzl)。

本实施例将国家三维坐标系下BLH投影到地方平面坐标系中央子午线下，得到新坐标系下改正国家三维坐标系结果，结果如表2所示。将求得的坐标和对应的地方平面坐标系求差，并分别在x、y方向求平均，获取x、y方向的加常数。

表2投影之后的国家系坐标和加常数(单位：m)

步骤2：利用三参数模型进一步削弱大地高方向对平面坐标转换精度的影响。

将改正之后的地方平面系坐标(x_gzdl,y_dgzl)转换成经纬度(B_gzdl，L_gzdl)；同时将国家三维系坐标(x₂₀₀₀,y₂₀₀₀)转换成经纬度(B₂₀₀₀，L₂₀₀₀)；同时获取原始的国家三维坐标系大地高H₂₀₀₀，首先将H₂₀₀₀代替地方平面坐标系大地高H_dl，然后利用三参数求取两坐标系之间转换关系，并根据转换参数更新地方平面坐标系大地高H_dl。

本实施例将获取的加常数改正到地方坐标系坐标上，并转换成BLH。所得结果如表3所示，

表3改正之后的地方平面系坐标以及国家三维坐标BLH

表3中地方平面坐标系大地高直接用国家三维坐标系大地高代替。将改正之后的地方平面坐标与原始国家三维坐标系坐标求取三参数，进一步减弱大地高不准确对参数精度的影响，结果如表4所示。本实施例中，地方平面坐标系和国家三维坐标系采用统一椭球，所以大地高变化不大，但当地方平面坐标系与国家三维坐标系不同的情况下这一步工作还是有意义的。

表4三参数改正过的地方平面坐标系坐标

步骤3：利用七参数模型求取改正地方平面坐标系与国家三维坐标系之间的转换关系；

将(B_gzdl，L_gzdl)与更新之后的地方平面坐标系大地高H_dl作为目标坐标系(B_gzdl，L_gzdl，H_dl)，将(B₂₀₀₀，L₂₀₀₀，H₂₀₀₀)作为源坐标系；最终求取两坐标系之间的转换关系，获取最后的转换七参数；

利用表4中结果以及原始的国家三维坐标系结果，求取转换参数。在实际使用过程中，可利用求取的转换参数现将实时测量的国家三维坐标系结果转换到地方平面坐标系下，然后加上表2所示的加常数最终实时获取需求的地方平面坐标系结果，具体可参见表5，表中将BLH转换为xy进行显示。

表5利用七参数转换结果以及转换前后坐标残差(单位：m)

步骤4：手簿设置七参数和加常数，基于CORS网络实时获取地方坐标系成果。

在手簿上新建任务，在任务属性中设置投影参数，即上一步求得的转换七参数，并在手簿设置响应的加常数(为了对实际的转换参数进行保密，此处设置的七参数是经过加密之后的转换参数，加密技术可参见相关已有专利)，手簿上默认设置的加常数是北0.000，东500000.000，这时可以将相应的加常数△x,△y加到这个默认值上。最终通过单一七参数附加加常数的方法实现实时获取地方坐标系的目的。

本发明通过一系列测量平差数据处理手段，通过单一七参数附加加常数的方法实现了国家三维大地基准坐标系与任意地方独立坐标系之间的高精度转换，在满足测量手簿仅接受单一四/七参数输入要求的前提下，实时获取地方独立坐标系的需求。

本发明是一项在国家基准现代化过程中有广阔应用前景的坐标转换求取方法，有助于在现有省级CORS网络全面建设完成的基础上，大面积推广地区独立坐标系实时获取技术。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。