基于GPS和电子地图交通诱导的参考基准

第卷第期年月连云港化工高等专科学校学报基于和电子地图交通诱导的参考基准李乃军刘春连云港国际经济技术合作公司连云港同济大学上海摘要从概念模型的角度探讨了和电子地图的参考基准问题同时对坐标转换的基本关系进行了分析，这些模型可以直接应用于和电子地图相结合的交通诱导。

关键词全球定位系统（电子地图参考基准分类号近年来，国内外的许多大城市中出现了采用全球定位系统（和电子地图相结合的汽车自主导航。

其主要原理就是采用电子地图描述整个路况静态信息，并在汽车上装载来定位，把定位信息和电子地图进行配准就能确定汽车的基本位置。

如果在总控中心监视电子地图与装载的汽车行驶状况，就能对汽车进行调度如果在汽车内部配上电子地图，就能实行自主导航。

这项技术目前被智能化交通系统广泛采用。

它涉及许多理论问题，其中主要的是电子地图的参考位置如何与接收到的数据进行匹配，即如何把接收到的坐标数据反映到电子地图上。

本文主要从模型的角度来对这一问题进行探讨。

基本概念的定义空间参照系统。

空间参照系统是确定地理目标平面位置和高程的平面坐标系和高程系统的总称。

平面坐标系分为国家坐标系和独立坐标系高程分为国家高程系和地方高程系。

一坐标系。

一吮）即年世界大地坐标系，理论上是个以地球质心为坐标原点的地球坐标系。

其地心空间直角坐标系的轴指向国际时间局）定义的协议地球极）方向，轴指向BI的零子午面和赤道的交点，轴与轴轴垂直构成右手坐标系。

它是广播星历和精密星历的参考系。

地面或空间点位在一坐标系中一般都表示为空间三维直角坐标（X，刁，同时也定义了个相应平均地球椭球。

将点位表示成经纬度和大地高。形式，其长半径和偏心率。

舫盟滥（3）地图投影。

地图投影是把地球椭球面上的经纬格网和地理要素表示到平面上的数学法则。

按投影面的形状，地图投影分为方位投影圆柱投影圆锥投影按投影变形的性质，分为等角投影等面积投影等距离投影。

如地球表面上有点方仲，劝，它在投影面上对应点则一二厂（沪，幻二般投影公式为亏。

丫不同的地图投影拭和人有不同的形式。

一沙一以沪，幻一甘一，J一，二了一日期一连云港化工高等专科学校学报第卷高斯一克吕格投影。

简称高斯投影是种横轴等角切圆投影。

它把地球视为球体，假想个平面卷成个横圆柱面并把它套在球体外面，使横轴圆柱的轴心通过球的中心，球面上根子午线与横轴面相切。

子午线在圆柱面上的投影为一直线，赤道面与圆柱面的交线是条与该子午线投影垂直的直线。

将横圆柱面展开成平面，由这条正交直线就构成高斯一克吕格平面直角坐标系。

为减少投影变形，高斯一克吕格投影分为带带。

地坐标大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。

地面点尸的位置用大地经度么大地纬度和大地高表示。

当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。

大地经度是通过该点的大地子午面与大地起始子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球的距离。

（6）平面直角坐标系。

用直角坐标原理在投影面上确定地面点平面位置的坐标系。

与数学上的直角坐标系不同的是，它的竖轴为轴，横轴为轴。

在投影面上，由投影带中央经线的投影为轴赤道投影为横轴以及它们的交点为原点的直角坐标系称为国家坐标系，否则称为独立坐标系。

国家坐标系。

国家坐标系是个参心坐标系。

它是个国家（或地区）根据自己的实际情况选择一定元素的参考椭球，对椭球进行定位和定向，即确定了参考椭球的位置，获得大地原点的大地起算数据和基准面。

我国的国家坐标系主要有北京坐标系和年西安大地坐标系。

点位的表述有种，种表述成为大地坐标另种按统一的带中央子午线投影，表述成平面坐标伙力和高程独立坐标系。

在常规测量中，只是种高斯平面直角坐标系，而在考虑观测数据时，也可以认为是种不同于国家坐标系的参心坐标系。

为建立独立坐标系要确定坐标系的中央子午线起算点坐标和起算方位投影面高程及测区平均高程异常参考椭球。

在城市测量与工程测量中，一般都建立适合于本地区的地方独立坐标系。

坐标变换。

指采用一定数学方法将种坐标系的坐标变换为另种坐标系坐标的过程。

坐标系变换三维坐标系转换三维坐标系间的转换模型有布尔沙模型莫洛金斯基模型等，布尔沙模型的转换关系如下了产戈乙月乓乙冬一岁夕一右式中，工，玖，戈，，蛛，乙）分别为点位在种坐标系中的坐标值，兀，乙）为平移参数，仓办为旋转参数，群为尺度参数……2三维空间直角坐标与大地坐标之间的转换定位若采用三维平差的方法，得到的是空间三维直角坐标（x，刁。

而在定位或导航中，所需要的往往是大地坐标（功。

在同一参心坐标系中，两者的转换关系为一均，功一哩竺扔矛川，一铆一了护功一式中，。

为椭球的**偏心率二。

附石万了而百为卯酉面的曲率半径空间三维直角坐第期李乃军等基于和电子地图交通诱导的参考基准标取至经纬度取至一与国家坐标系之间的转换定位所得出的结果都属于一地心坐标系统工程上使用的大多是国家坐标系，或者是独立坐标系，（独立坐标系一般是在国家坐标系基础上形成的）。

目前，我国正在建立全国高精度的网。

进行地区性测量时，网中至少有点可得到高精度成果，以此作为全网的起算数据，用相对定位法可得到网点的高精度W一坐标的成果利用坐标转换模型可求得W一坐标系与国家坐标系之间的转换参数，进而可得到国家坐标系成果。

另一种方法是进行基线向量网的约束平差。

将地面点网中的坐标边长和方位角作为基线向量网的基准而直接得到平差后的国家坐标系成果。

若要坐标系统转换后，无论是在公共点上还是在非公共点上，其数值都与已有坐标系值完全一致，则可采用约束平差的方法。

转换参数的计算对采用独立坐标系的城市而言，城市独立坐标系与国家坐标系之间，独立坐标系与城市坐标系之间也存在着固定的转换参数。

这些数据资料由当地的测绘主管部门保存，可供需要的用户使用，但也存在着转换参数不完整或不准确的情况，这时需要求定套坐标系统之间的转换参数。

无论是三维的空间坐标系之间，还是二维平面直角坐标系之间的转换参数的计算，均需已知一定数量的具有套坐标系下坐标值的点（公共公共点的选取与用户所要求解的参数的精度有关反之，公共点的数量分布与实测精度也影响求解参数的精度。

根据不同的需要在选择公共点时要考虑（l）实测精度（2）点位的密度（3）点位的分布。

当由公共点的坐标分量所组成的条件式的个数大于要求解的未知参数的个数时，采用*小二乘法求解。

车载定位系统的坐标转换电子地图的检查与匹配电子地图的数据来源于城市基础地形图或工程图，即使是同一城市的地形图也可能相对于不同的参考系（如有的是国家坐标系，有的是独立坐标系）城市基础地形图是以城市的大地控制测量的成果为基准，城市控制网的改造经历了由三角网边角网网这样个过程。

由于不同的起算数据和测量方法的影响，不同时期的地形图之间存在着拼接问题参考系不匹配的地形图需要进行坐标变换。

具体的做法是先根据要转换的图幅面积的大小确定一定密度和数量的控制点，并与另一参考系下的控制点联测然后以这些联测点为公共点，求解两平面坐标系的转换参数，并进一步将这该坐标系下的平面坐标转换到另一坐标系下。

联测的方法可以用常规的测量方法或采用定位技术。

用常规的测量方法须按城市测量规范中规定的四等以上的精度实测，采用定位技术须达到级以上的定位精度。

一坐标系与地面坐标系之间的转换在导航测量中，为实现其定位导航*佳路径选择等诸功能，需要使空间信息相对于个相同的参考系，即无论是何种来源的空间数据都需要在同一坐标系下表述。

接收机接收到的卫星信号和差分信号经实时处理以后，得到的是接收机相位中心在一坐标系中的三维空间直角坐标（x，刁或大地坐标（而电子地图上的数据是城市基础空间信息的一部分，通常表述为城市独立坐标系或国家坐标系（以下统称地面坐标系）的平面坐标和高程，两者须进行转连云港化工高等专科学校学报第卷换。

将一坐标转换为地面坐标通常的做法是将一椭球的长半径加上测区平均高程面相对于一椭球面的平均高程异常，若难以求出此平均高程异常值，也可以采用位置基准点（一般位于城市中心）的高程异常值来代替然后以地面坐标系对应的参考系的中央经线为中央子午线进行高斯投影，转换为高斯平面坐标为将其转换到国家或地方独立坐标系，还须在平面上进行平移和旋转。

经上述变换，可以将一坐标系下的三维空间直角坐标转换到地面坐标系下的坐标，其理论上严密，计算也有较高的精度，缺陷是没有直接建立坐标系之间的转换关系，计算需要反复迭代，在用户所配置资源有限的情况下，不利于数据实时处理。

可以直接建立以下的转换关系力一咐无论是采用上面的哪种坐标变换方法，都需要确定坐标转化参数。

参数的解算与平面坐标系转换参数的解算，都是在有多余观测数的情况下按*小二乘法求解。

但W一坐标的获取只能采用定位技术进行施测，公共点的选择按每10一的密度选择，按级以上的精度施测，同时将上述点用四等水准的精度施测，求解出曲面拟合参数，从而将测量的大地高转化为水准高程。

结论应用于电子地图，参考基准是关键的问题之一这其中涉及坐标系统的确定和坐标之间的相互转换转换参数求解等内容。

这些模型基本符合我国现行的参考基准。

在具体应用中，采用上述模型，一方面用于绝对定位，另一方面应用于动态车载定位，是切实可行的。

参考文献朱华统。

常用大地坐标系统及其变换J匕京解放军出版社，刘大杰。

全球定位系统（）的原理与数据处理。

上海同济大学出版社，沈云中。

刘大杰快速定位技术的应用。

城市勘测，冶幻一5司