專利名稱：導(dǎo)航系統(tǒng)中的一種快速地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)領(lǐng)域，具體涉及一種高效快速的從GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到GIS圖形坐標(biāo)的方法，能夠使GPS移動目標(biāo)快速準(zhǔn)確的顯示在圖形屏幕上面。
背景技術(shù)：
在信息社會中，80％的信息與位置信息有關(guān)，所以專門用來處理位置信息的系統(tǒng)(比如GIS系統(tǒng)、GPS系統(tǒng))的應(yīng)用現(xiàn)在十分廣泛。導(dǎo)航系統(tǒng)就是位置信息系統(tǒng)的一種應(yīng)用，在導(dǎo)航系統(tǒng)中首要解決的問題就是要將移動目標(biāo)在現(xiàn)實(shí)世界具體位置和系統(tǒng)中的電子地圖內(nèi)容對應(yīng)起來。移動目標(biāo)的實(shí)時(shí)具體位置是由GPS信號接受模塊確定，它是一種地心坐標(biāo)(WGS經(jīng)緯度坐標(biāo))，如果要和導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖內(nèi)容對應(yīng)起來一般需要經(jīng)過下面的步驟1.通過空間大地坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換將WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS空間直角坐標(biāo)，有專門地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式完成該轉(zhuǎn)換；2.通過不同基準(zhǔn)面的空間直角坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，將WGS空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54或者西安80空間直角坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)這種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的主要方法有布爾沙模型及七參數(shù)法；3.將空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間大地坐標(biāo)，就是前面步驟1的逆向過程這里就是將北京54或者西安80空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的空間大地坐標(biāo)；4.將北京54或者西安80空間大地坐標(biāo)通過高斯投影正算轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的平面坐標(biāo)；5.通過平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換將北京54或者西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)系統(tǒng)；6.將地方坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的屏幕設(shè)備坐標(biāo)。
從上面的過程中可以看出要將GPS模塊采集到的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的屏幕坐標(biāo)需要用到大量的復(fù)雜公式計(jì)算，不僅如此，在步驟3中的七參數(shù)轉(zhuǎn)換方法，需要知道X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K七個(gè)參數(shù)，但是這七個(gè)參數(shù)是不公開的，并且不同的區(qū)域這七個(gè)參數(shù)值是不相同的，一般情況下是通過采集三個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)(同時(shí)具有WGS空間直角坐標(biāo)和北京54空間直角坐標(biāo))根據(jù)公式推導(dǎo)出這七個(gè)參數(shù)；同樣步驟5中的平面坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換可能有標(biāo)準(zhǔn)北京、西安坐標(biāo)和地方坐標(biāo)(實(shí)際圖形坐標(biāo)可以看作一種地方坐標(biāo))之間的轉(zhuǎn)換，這里也需要采集控制點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。
如果采用上面的地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法將是一個(gè)十分繁瑣和緩慢的過程，并且會導(dǎo)致導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集成本相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述存在的問題和不足，針對導(dǎo)航應(yīng)用提供一種快速簡單的地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法，將GPS信號采集模塊得到的位置信息方便的轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航系統(tǒng)中并在屏幕上將信息用圖形的方式顯示出來。
本發(fā)明涉及到GPS信號處理、GIS地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和地圖投影、計(jì)算機(jī)圖形二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，包含GPS接收模塊、導(dǎo)航軟硬件系統(tǒng)、位置信息處理和誤差校正模塊、電子地圖四個(gè)組成部分，通過位置信息處理和誤差校正模塊，將GPS接收模塊中的位置信息通過快速簡單的地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入到導(dǎo)航系統(tǒng)中并且在電子地圖上顯示出來。具體方法如下1.通過GPS接收模塊得到移動目標(biāo)位置信息，將位置信息通過處理轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)，將WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)直接當(dāng)作西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)，由于這兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)近似平行，不會導(dǎo)致圖形扭曲，但還是會導(dǎo)致一些誤差，在后面會進(jìn)行一些誤差處理；2.通過高斯投影將西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為西安80平面坐標(biāo)，這里需要知道地球橢球參數(shù)和該位置的中央經(jīng)度；3.將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖的圖形坐標(biāo)，這里進(jìn)行的就是誤差校正工作，由步驟1導(dǎo)致的誤差將在這里進(jìn)行處理，采用的四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，公式如下x＝(x′*cos(a)+y′*sin(a)+xd)*k；y＝(y′*cos(a)-x′*sin(a)+yd)*k；參數(shù)說明xdx平移，ydy平移，a旋轉(zhuǎn)角度，k縮放比例尺要計(jì)算出上面的四個(gè)參數(shù)需要找兩個(gè)已知控制點(diǎn)，這兩個(gè)已知控制點(diǎn)的西安80平面坐標(biāo)和電子地形坐標(biāo)都需要知道，然后根據(jù)上面的公式反向推導(dǎo)出四參數(shù)4.將電子地圖的圖形坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的屏幕設(shè)備坐標(biāo)，簡單的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，不涉及到圖形旋轉(zhuǎn)。


圖1導(dǎo)航系統(tǒng)中位置信息總體流程圖。
圖2地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
由圖1可見，導(dǎo)航所需的位置信息首先通過GPS接收模塊得到，然后將位置信息通過獨(dú)立的位置信息處理和誤差校正模塊進(jìn)行處理得到標(biāo)準(zhǔn)格式的WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)，導(dǎo)航系統(tǒng)接收的是WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)，導(dǎo)航軟件系統(tǒng)再調(diào)用位置信息處理和誤差校正模塊，這里的WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)被直接當(dāng)作西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過高斯投影將西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為西安80平面坐標(biāo)，再將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為電子地圖的圖形數(shù)據(jù)，電子地形數(shù)據(jù)要顯示在導(dǎo)航系統(tǒng)的屏幕上面，還要通過一個(gè)內(nèi)部的三參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這一步驟是由導(dǎo)航軟件系統(tǒng)完成的。
圖2說明了本發(fā)明的具體處理流程，圖中共有三個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程高斯投影、四參數(shù)轉(zhuǎn)換和三參數(shù)轉(zhuǎn)換，高斯投影和四參數(shù)轉(zhuǎn)換是位置信息處理和誤差校正模塊處理的內(nèi)容，首先在高斯投影中，位置信息處理和誤差校正模塊中有固定的地球橢球參數(shù)，中央經(jīng)度根據(jù)移動目標(biāo)位置信息動態(tài)確定，比如移動目標(biāo)處于武漢市中央經(jīng)度就為114度或者117度(分別是采用三度分帶和六度分帶)，模塊確定了上面的參數(shù)之后就可以將位置信息從西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為西安80平面坐標(biāo)。四參數(shù)轉(zhuǎn)換是將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為電子地圖的圖形坐標(biāo)(這里的圖形坐標(biāo)是平面坐標(biāo))，首先要計(jì)算四參數(shù)，通過在位置信息處理和誤差校正模塊處理中分別輸入兩個(gè)控制點(diǎn)的西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)(或者西安80平面坐標(biāo))和電子地形坐標(biāo)(不同格式電子地圖坐標(biāo)系統(tǒng)是不相同的)，模塊根據(jù)公式得到四個(gè)方程組從而可以計(jì)算出四參數(shù)(x平移、y平移、旋轉(zhuǎn)、縮放)。通過計(jì)算處理四個(gè)參數(shù)就可以將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為電子地圖的圖形坐標(biāo)，這樣通過GPS接收模塊得到的位置信息就可以和電子地圖的內(nèi)容永久的對應(yīng)起來了。通過導(dǎo)航軟件的三參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就可以將電子地圖的內(nèi)容按照自己的需要在顯示設(shè)備上面顯示出來。
權(quán)利要求
1.導(dǎo)航系統(tǒng)中的一種快速地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法，包括GPS信號接收模塊、導(dǎo)航軟硬件系統(tǒng)、電子地圖、位置信息處理和誤差校正模塊，其特征在于本方法按照以下步驟進(jìn)行a.通過GPS接收模塊得到移動目標(biāo)位置信息，將位置信息通過位置信息處理和誤差校正模塊處理轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將WGS經(jīng)緯度坐標(biāo)直接當(dāng)作西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)；b.通過高斯投影將西安80經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為西安80平面坐標(biāo)；c.將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖的圖形坐標(biāo)，并進(jìn)行誤差校正工作；d.將電子地圖的圖形坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的屏幕設(shè)備坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)中一種快速地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法，其特征在于通過專門的位置信息處理和誤差校正模塊使移動目標(biāo)通過GPS信號接收模塊得到的位置信息經(jīng)過處理準(zhǔn)確的匹配到各種導(dǎo)航系統(tǒng)和各種電子地圖中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)中一種快速地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法，其特征在于將西安80平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子地圖的圖形坐標(biāo)中的誤差處理方法為四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法，公式如下x＝(x′*cos(a)+y′*sin(a)+xd)*k；y＝(y′*cos(a)-x′*sin(a)+yd)*k；其中xdx平移，ydy平移，a旋轉(zhuǎn)角度，k縮放比例尺，計(jì)算出上面的四個(gè)參數(shù)只需要找兩個(gè)已知控制點(diǎn)，根據(jù)兩個(gè)已知控制點(diǎn)的西安80平面坐標(biāo)和電子地形坐標(biāo)從上面的公式推導(dǎo)出四參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)中的快速地理坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換方法，包括GPS信號接收模塊、導(dǎo)航軟硬件系統(tǒng)、電子地圖、位置信息處理和誤差校正模塊，通過專門位置信息處理和誤差校正模塊可以將移動目標(biāo)的位置信息快速的匹配到導(dǎo)航系統(tǒng)的顯示設(shè)備中，和以前的轉(zhuǎn)換方法相比，本發(fā)明步驟簡化、操作簡單、降低了導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集成本，本發(fā)明還具有很好的兼容性，能夠?qū)⒁苿幽繕?biāo)位置信息轉(zhuǎn)換到各種不同格式的電子地圖中。
文檔編號G01C21/26GK1595067SQ20041001333
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者廖德祥, 周訓(xùn)飛, 吳玲琦, 章文濤, 謝駿 申請人:武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司