一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法技術

本發明專利技術公開了一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，包括步驟：一、獲取兩個坐標系下的高斯平面坐標；二、確定兩個坐標系的基準旋轉中心；三、引入基準旋轉中心進行坐標轉換：對一個GPS基準站獲取的兩個坐標系下的高斯平面坐標進行坐標轉換；將GPS基準站獲取的兩個坐標系下的高斯平面坐標變換為向量的形式；根據最小二乘理論求轉換向量X的最優解；四、計算法方程N的條件數；五、對第一坐標系下的高斯平面坐標進行擾動，計算擾動狀態下轉換向量X；六、坐標轉換結果同步存儲及輸出。本發明專利技術引入基準旋轉中心設計新穎，可縮小系數矩陣中各元素之間的比例大小，減小條件數，減小坐標轉換帶來的誤差，轉換穩定，精度高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于坐標轉換
，具體涉及一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法。
技術介紹
坐標系統是描述物質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系統和以地球質心為中心的地心坐標系統。我國的參心坐標系統主要包括1954北京坐標系和1980西安坐標系，地心坐標系統主要以2000中國大地坐標系(CGCS2000)和1984世界大地坐標系(WGS84)為主。為了成果的轉換和統一，這些坐標系統常常要進行各種轉換，主要分為同一坐標系統之間不同形式的轉換和不同坐標系統之間的轉換。但我國的基礎設施建設是在空間坐標系或橢球面上開展，常常需要將大地坐標系中的橢球面或空間直角坐標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，這就造成了某一區域處在不同坐標系統中，涉及到不同坐標系之間的轉換。對于平面坐標系統轉換問題，通常的做法是選擇在兩個不同坐標系中公共點的兩套坐標，利用坐標轉換公式解算出轉換參數，但是往往構造的法方程出現病態，造成轉換參數的解不可靠，轉換參數的解不可靠主要原因是由于我國大部分地區高斯平面直角坐標值x、y都比較大，往往可達上千公里，而所構成的系數矩陣中其他元素僅為1或0，即當(x,y)絕對值相對于系數矩陣的其他元素很大時，即系數矩陣的列向量之間的長度差別過于懸殊，使矩陣的條件數過大，而且其法方程的條件數更大，致使矩陣呈高度病態，求逆時易產生抖動，造成求解出的轉換參數不可靠。當系數矩陣增加較小的波動，平移參數的變化非常顯著，現有研究中有通過附加重心基準條件消去轉換矩陣嚴重病態的問題，從而求出正確的坐標轉換參數，但該方法僅僅是在理論上進行了分析，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問題，從而解算出未知參數的正確值，但正則化方法本身并不完善，存在不穩定性，求得的只是一個最接近的值，因此不便在實際生產中使用。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，引入基準旋轉中心設計新穎，可縮小系數矩陣中各元素之間的比例大小，減小條件數，減小坐標轉換帶來的誤差，轉換穩定，精度高，便于推廣使用。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟一、獲取兩個坐標系下的高斯平面坐標：采用GPS基準站實時獲取該GPS基準站在第一坐標系和第二坐標系中的坐標，并對獲取的第一坐標系中的坐標和第二坐標系中的坐標進行解算投影到高斯平面上，得到GPS基準站在兩個坐標系下的高斯平面坐標并將獲取的數據傳輸至計算機，GPS基準站的數量為多個；步驟二、確定兩個坐標系的基準旋轉中心：將步驟一中一個GPS基準站在第一坐標系中的坐標作為第一坐標系的基準旋轉中心且將該GPS基準站在第二坐標系中的坐標作為第二坐標系的基準旋轉中心，或者將步驟一中多個GPS基準站在第一坐標系中的坐標平均值作為第一坐標系的基準旋轉中心且將步驟一中多個GPS基準站在第二坐標系中的坐標平均值作為第二坐標系的基準旋轉中心；步驟三、引入基準旋轉中心進行坐標轉換，過程如下：步驟301、根據公式對一個GPS基準站獲取的兩個坐標系下的高斯平面坐標進行坐標轉換，其中，(x1,y1)為一個GPS基準站在第一坐標系中的高斯平面坐標，(x2,y2)為該GPS基準站在第二坐標系中的高斯平面坐標，(xc1,yc1)為步驟二中第一坐標系的基準旋轉中心，(xc2,yc2)為步驟二中第二坐標系的基準旋轉中心，α為第一坐標系與第二坐標系軸向的夾角，k為比例參數，Δx為兩個坐標系下的高斯平面坐標x軸上平移參數，Δy為兩個坐標系下的高斯平面坐標y軸上平移參數；步驟302、將公式變換為向量的形式AX＝L，其中，系數矩陣轉換向量常數項(X1,Y1)為GPS基準站在第一坐標系中的高斯平面坐標向量，(X2,Y2)為GPS基準站在第二坐標系中的高斯平面坐標向量，p＝k·cosα，q＝k·sinα；步驟303、根據最小二乘理論求轉換向量X的最優解，得X＝N-1ATL，N為法方程且其中，V＝x11+...+x1i-ixc1，W＝y11+...+y1i-iyc1，V＝(x11-xc1)2+...+(x1i-xc1)2+(y11-yc1)2+...+(y1i-yc1)2，i為GPS基準站數量，x1i為第i個GPS基準站獲取的第一坐標系下的高斯平面上的x軸上坐標，y1i為第i個GPS基準站獲取的第一坐標系下的高斯平面上的y軸上坐標；步驟四、根據公式Cond(N)＝||A||||A-1||，計算法方程N的條件數；步驟五、對第一坐標系下的高斯平面坐標進行擾動，計算擾動狀態下轉換向量X；步驟六、坐標轉換結果同步存儲及輸出：計算機通過與其相接的顯示器實時對步驟三中坐標轉換結果進行同步顯示并保存在與計算機相接的存儲器中。上述的一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于：步驟一中所述第一坐標系和第二坐標系為1954北京坐標系、1980西安坐標系、中國大地坐標系CGCS2000或世界大地坐標系WGS84之間的任意組合。上述的一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于：步驟302中常數項中X2由x21、x22、…、x2i組成，Y2由y21、y22、…、y2i組成，x2i為第i個GPS基準站獲取的第二坐標系下的高斯平面上的x軸上坐標，y2i為第i個GPS基準站獲取的第二坐標系下的高斯平面上的y軸上坐標；常數項為2i×1維向量；系數矩陣為2i×4維向量。上述的一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于：步驟五中對第一坐標系下的高斯平面坐標進行擾動時，通過為x1i增加擾動距離ε后計算擾動狀態下轉換向量X，擾動距離ε滿足：0＜ε≤2cm。本專利技術與現有技術相比具有以下優點：1、本專利技術的方法步驟簡單，設計合理，實現方便且投入成本低，操作簡便。2、本專利技術通過設置多個GPS基準站連續運行跟蹤觀測數據，并將觀測數據傳輸到計算機上，定期對這些觀測數據進行解算獲取各GPS基準站在兩坐標系中的坐標，并將各GPS基準站的三維坐標或大地坐標投影到高斯平面上，得到各GPS基準站在兩坐標系的高斯平面坐標，便于推廣使用。3、本專利技術引入基準旋轉中心，將各GPS基準站獲取的兩坐標系的高斯平面坐標移動至坐標系中心，解決系數矩陣的列向量之間的長度差別過于懸殊的問題，使矩陣的條件數減小，從而使其法方程的條件數減小，減小求逆時產生的抖動，適用于實際生產中，求解出的轉換參數可靠穩定，使用效果好。綜上所述，本專利技術引入基準旋轉中心設計新穎，可縮小系數矩陣中各元素之間的比例大小，減小條件數，減小坐標轉換帶來的誤差，轉換穩定，精度高，便于推廣使用。下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明圖1為本專利技術采用的坐標轉換設備的電路原理框圖。圖2為本專利技術坐標轉換方法的方法流程框圖。圖3為現有技術中坐標轉換效果圖。圖4為本專利技術坐標轉換效果圖。附圖標記說明:1—GPS基準站；2—計算機；3—存儲器；4—顯示器。具體實施方式如圖1和圖2所示，本專利技術引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，包括以下步驟：步驟一、獲取兩個坐標系下的高斯平面坐標：采用GPS基準站1實時獲取該GPS基準站1在第一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟一、獲取兩個坐標系下的高斯平面坐標：采用GPS基準站(1)實時獲取該GPS基準站(1)在第一坐標系和第二坐標系中的坐標，并對獲取的第一坐標系中的坐標和第二坐標系中的坐標進行解算投影到高斯平面上，得到GPS基準站(1)在兩個坐標系下的高斯平面坐標并將獲取的數據傳輸至計算機(2)，GPS基準站(1)的數量為多個；步驟二、確定兩個坐標系的基準旋轉中心：將步驟一中一個GPS基準站(1)在第一坐標系中的坐標作為第一坐標系的基準旋轉中心且將該GPS基準站(1)在第二坐標系中的坐標作為第二坐標系的基準旋轉中心，或者將步驟一中多個GPS基準站(1)在第一坐標系中的坐標平均值作為第一坐標系的基準旋轉中心且將步驟一中多個GPS基準站(1)在第二坐標系中的坐標平均值作為第二坐標系的基準旋轉中心；步驟三、引入基準旋轉中心進行坐標轉換，過程如下：步驟301、根據公式對一個GPS基準站(1)獲取的兩個坐標系下的高斯平面坐標進行坐標轉換，其中，(x1,y1)為一個GPS基準站(1)在第一坐標系中的高斯平面坐標，(x2,y2)為該GPS基準站(1)在第二坐標系中的高斯平面坐標，(xc1,yc1)為步驟二中第一坐標系的基準旋轉中心，(xc2,yc2)為步驟二中第二坐標系的基準旋轉中心，α為第一坐標系與第二坐標系軸向的夾角，k為比例參數，Δx為兩個坐標系下的高斯平面坐標x軸上平移參數，Δy為兩個坐標系下的高斯平面坐標y軸上平移參數；步驟302、將公式變換為向量的形式AX＝L，其中，系數矩陣轉換向量常數項(X1,Y1)為GPS基準站(1)在第一坐標系中的高斯平面坐標向量，(X2,Y2)為GPS基準站(1)在第二坐標系中的高斯平面坐標向量，p＝k·cosα，q＝k·sinα；步驟303、根據最小二乘理論求轉換向量X的最優解，得X＝N?1ATL，N為法方程且其中，V＝x11+...+x1i?ixc1，W＝y11+...+y1i?iyc1，V＝(x11?xc1)2+...+(x1i?xc1)2+(y11?yc1)2+...+(y1i?yc1)2，i為GPS基準站(1)數量，x1i為第i個GPS基準站(1)獲取的第一坐標系下的高斯平面上的x軸上坐標，y1i為第i個GPS基準站(1)獲取的第一坐標系下的高斯平面上的y軸上坐標；步驟四、根據公式Cond(N)＝||A||||A?1||，計算法方程N的條件數；步驟五、對第一坐標系下的高斯平面坐標進行擾動，計算擾動狀態下轉換向量X；步驟六、坐標轉換結果同步存儲及輸出：計算機(2)通過與其相接的顯示器(4)實時對步驟三中坐標轉換結果進行同步顯示并保存在與計算機(2)相接的存儲器(3)中。...

【技術特征摘要】
1.一種引入基準旋轉中心的坐標轉換方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟一、獲取兩個坐標系下的高斯平面坐標：采用GPS基準站(1)實時獲取該GPS基準站(1)在第一坐標系和第二坐標系中的坐標，并對獲取的第一坐標系中的坐標和第二坐標系中的坐標進行解算投影到高斯平面上，得到GPS基準站(1)在兩個坐標系下的高斯平面坐標并將獲取的數據傳輸至計算機(2)，GPS基準站(1)的數量為多個；步驟二、確定兩個坐標系的基準旋轉中心：將步驟一中一個GPS基準站(1)在第一坐標系中的坐標作為第一坐標系的基準旋轉中心且將該GPS基準站(1)在第二坐標系中的坐標作為第二坐標系的基準旋轉中心，或者將步驟一中多個GPS基準站(1)在第一坐標系中的坐標平均值作為第一坐標系的基準旋轉中心且將步驟一中多個GPS基準站(1)在第二坐標系中的坐標平均值作為第二坐標系的基準旋轉中心；步驟三、引入基準旋轉中心進行坐標轉換，過程如下：步驟301、根據公式對一個GPS基準站(1)獲取的兩個坐標系下的高斯平面坐標進行坐標轉換，其中，(x1,y1)為一個GPS基準站(1)在第一坐標系中的高斯平面坐標，(x2,y2)為該GPS基準站(1)在第二坐標系中的高斯平面坐標，(xc1,yc1)為步驟二中第一坐標系的基準旋轉中心，(xc2,yc2)為步驟二中第二坐標系的基準旋轉中心，α為第一坐標系與第二坐標系軸向的夾角，k為比例參數，Δx為兩個坐標系下的高斯平面坐標x軸上平移參數，Δy為兩個坐標系下的高斯平面坐標y軸上平移參數；步驟302、將公式變換為向量的形式AX＝L，其中，系數矩陣轉換向量常數項(X1,Y1)為GPS基準站(1)在第一坐標系中的高斯平面坐標向量，(X2,Y2)為GPS基準站(1)在第二坐標系中的高斯平面坐標向量，p＝k·cosα，q＝k·sinα；步驟303...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬下平，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61