[發(fā)明專利]一種引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610981731.8
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106526639B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬下平
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01C7/02
• 分類號: G01C7/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)

坐標(biāo)系統(tǒng)是描述物質(zhì)存在的空間位置的參照系。主要分為以局部最佳擬合為主的參心坐標(biāo)系統(tǒng)和以地球質(zhì)心為中心的地心坐標(biāo)系統(tǒng)。我國的參心坐標(biāo)系統(tǒng)主要包括1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系，地心坐標(biāo)系統(tǒng)主要以2000中國大地坐標(biāo)系(CGCS2000)和1984世界大地坐標(biāo)系(WGS84)為主。為了成果的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，這些坐標(biāo)系統(tǒng)常常要進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換，主要分為同一坐標(biāo)系統(tǒng)之間不同形式的轉(zhuǎn)換和不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。但我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是在空間坐標(biāo)系或橢球面上開展，常常需要將大地坐標(biāo)系中的橢球面或空間直角坐標(biāo)通過選擇投影方式投影到高斯平面上或施工面上，為了克服投影變形，需要采用分帶投影，這就造成了某一區(qū)域處在不同坐標(biāo)系統(tǒng)中，涉及到不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。對于平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換問題，通常的做法是選擇在兩個不同坐標(biāo)系中公共點的兩套坐標(biāo)，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，但是往往構(gòu)造的法方程出現(xiàn)病態(tài)，造成轉(zhuǎn)換參數(shù)的解不可靠，轉(zhuǎn)換參數(shù)的解不可靠主要原因是由于我國大部分地區(qū)高斯平面直角坐標(biāo)值x、y都比較大，往往可達(dá)上千公里，而所構(gòu)成的系數(shù)矩陣中其他元素僅為1或0，即當(dāng)(x,y)絕對值相對于系數(shù)矩陣的其他元素很大時，即系數(shù)矩陣的列向量之間的長度差別過于懸殊，使矩陣的條件數(shù)過大，而且其法方程的條件數(shù)更大，致使矩陣呈高度病態(tài)，求逆時易產(chǎn)生抖動，造成求解出的轉(zhuǎn)換參數(shù)不可靠。當(dāng)系數(shù)矩陣增加較小的波動，平移參數(shù)的變化非常顯著，現(xiàn)有研究中有通過附加重心基準(zhǔn)條件消去轉(zhuǎn)換矩陣嚴(yán)重病態(tài)的問題，從而求出正確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，但該方法僅僅是在理論上進(jìn)行了分析，并未給出具體的計算方法；還有通過正則化方法解決法方程的病態(tài)問題，從而解算出未知參數(shù)的正確值，但正則化方法本身并不完善，存在不穩(wěn)定性，求得的只是一個最接近的值，因此不便在實際生產(chǎn)中使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心設(shè)計新穎，可縮小系數(shù)矩陣中各元素之間的比例大小，減小條件數(shù)，減小坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差，轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，精度高，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、獲取兩個坐標(biāo)系下的高斯平面坐標(biāo)：采用GPS基準(zhǔn)站實時獲取該GPS基準(zhǔn)站在第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并對獲取的第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和第二坐標(biāo)系中的坐標(biāo)進(jìn)行解算投影到高斯平面上，得到GPS基準(zhǔn)站在兩個坐標(biāo)系下的高斯平面坐標(biāo)并將獲取的數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)，GPS基準(zhǔn)站的數(shù)量為多個；

步驟二、確定兩個坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心：將步驟一中一個GPS基準(zhǔn)站在第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)作為第一坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心且將該GPS基準(zhǔn)站在第二坐標(biāo)系中的坐標(biāo)作為第二坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心，或者將步驟一中多個GPS基準(zhǔn)站在第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)平均值作為第一坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心且將步驟一中多個GPS基準(zhǔn)站在第二坐標(biāo)系中的坐標(biāo)平均值作為第二坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心；

步驟三、引入基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，過程如下：

步驟301、根據(jù)公式對一個GPS基準(zhǔn)站獲取的兩個坐標(biāo)系下的高斯平面坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中，(x₁,y₁)為一個GPS基準(zhǔn)站在第一坐標(biāo)系中的高斯平面坐標(biāo)，(x₂,y₂)為該GPS基準(zhǔn)站在第二坐標(biāo)系中的高斯平面坐標(biāo)，(x_c1,y_c1)為步驟二中第一坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心，(x_c2,y_c2)為步驟二中第二坐標(biāo)系的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心，α為第一坐標(biāo)系與第二坐標(biāo)系軸向的夾角，k為比例參數(shù)，Δx為兩個坐標(biāo)系下的高斯平面坐標(biāo)x軸上平移參數(shù)，Δy為兩個坐標(biāo)系下的高斯平面坐標(biāo)y軸上平移參數(shù)；

步驟302、將公式變換為向量的形式AX＝L，其中，系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換向量常數(shù)項(X₁,Y₁)為GPS基準(zhǔn)站在第一坐標(biāo)系中的高斯平面坐標(biāo)向量，(X₂,Y₂)為GPS基準(zhǔn)站在第二坐標(biāo)系中的高斯平面坐標(biāo)向量，p＝k·cosα，q＝k·sinα；