by 
ZHOU
本文描述了GNSS电子驾考系统中常见的坐标系、术语及其转换方法。
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GB/T 17159－2009 大地测量术语
GB/T 18314－2009 全球定位系统（GPS）测量规范
GB/T 19391－2003 全球定位系统（GPS）术语及定义
GB/T 22021－2008 国家大地测量基本技术规定
GB/T 28588－2012 全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范
下列术语和定义适用于本文件。
近似表示地球的形状和大小，并且其表面为等位面的旋转椭球。
最符合一定区域的大地水准面，具有一定大小和定位参数的旋转地球椭球。
空间直角坐标系，其xy平面与地球赤道面重合，x轴指向0°经度方向，y轴指向东经90°方向，z轴为与赤道平面垂直指向地理北极，构成右手坐标系。xyz轴随着地球一起旋转，在惯性空间中不再描述固定的方向。
以地球椭球中心为原点、起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。由于地球的形状不规则，在GPS/北斗中使用一个标准椭球体来近似描述，这样可以方便计算接收机的经度、纬度和高度。椭球体可以用两个参数来表示，长半轴和扁率，其他参数如短半轴、偏心率、第二偏心率等都可以由这两个参数导出。
如图3-2所示，橙色曲线为参考椭球面，绿色曲线为地表（或GPS天线位置），h为椭球高，GPS定位解算结果（ECEF）在WGS84椭球下可转换为经纬度和椭球高h。蓝色曲线为大地水准面Geoid，对应于最小二乘下的全球平均海平面（Mean Sea Level），恒重力势平面，由于地球密度分布不均，各地的重力势存在差异，因而大地水准面不是规则的曲面（图3 3）。相对于大地水准面的高度H称为海拔高（orthometric height），或者平均海平面高（MSL）。大地水准面的高度N是大地水准面相对于椭球面的高度，也称高程异常。椭球高h、海拔高H和高程异常N三者之间的关系为h=H+N。
图3-2 椭球高/海拔高/大地水准面高
图3-3 大地重力势
站心坐标系也叫东北天坐标系ENU，用于表示以观察者为中心的其他物体的运动规律。以站心为坐标系原点，z轴与椭球法线重合，向上为正，y与椭球短半轴重合（北向），x轴与椭球长半轴重合（东向）。
由于地球是球体，为了在地图上表示，将椭球面沿子午线划分成若干个经差相等的狭窄地带，然后各带分别投影到平面上。一般以赤道上某一经度的点为原点，计算投影后的坐标，为了使投影后的坐标为正数，通常在横轴加500km的常数。
图3-4 高斯投影
包含坐标系变换和椭球基准变换两层含义。在测量数据处理过程中，采用适用的转换模型和转换方法，空间点从某一参考椭球基准下的坐标转换到另一坐标系统下的坐标，如WGS84转为北京54。坐标转换过程就是转换参数的求解过程。
同一椭球基准下，空间点的不同坐标表示形式间进行变换。包括大地坐标系和空间直角坐标系的互相转换、空间直角坐标系与站心坐标系间的转换和高斯投影坐标正反算。
空间点在不同的参考椭球间的坐标变换。
两坐标系转换时，新坐标系原点在原坐标系中的坐标分量。
两坐标系转换时，把原坐标系中的各坐标轴左旋转到与新坐标系相应的坐标轴重合或平行时坐标系各轴依次转过的角度。
接收机中输出的Bestposa或者GGA语句中包含为WGS84坐标系下的经纬度、海拔高及高程异常。输出WGS84坐标系下经纬度的为通用格式，所有厂家兼容，在同一点定位结果一致。需要注意的是GGA中经纬度为度分，Bestposa和HPD中经纬度单位为度。
Trimble接收机通过Configuration Tools可以设置坐标系和投影参数，图4 1中为设置为Beijing54坐标系的椭球和平移参数。更改为Beijing54坐标系后，Trimble接收机的GGA坐标和PJK坐标都会切换为Beijing54下的坐标，与原WGS84坐标下的GGA会存在差异。
图4-1 Trimble坐标系参数设置
1、查询客户用于标定地图的设备的BJ54坐标系参数。
2、配置坐标系平移参数，将上图红框中的数据配置到我们的设备。
SET SHIFTDATUM -31.400 144.300 81.200
3、选择BJ54坐标系
DATUM BJ54
4、保存相关配置
SAVECONFIG
司南的接收机输出的GGA坐标一直为WGS84坐标，PJK坐标输出为高斯投影坐标，通过set/log pjkpara来进行投影参数设置/查询。包括椭球长半轴、扁率、中心纬度、中央子午线、纵轴加常数、横轴加常数六个参数。中心纬度、中央子午线定义了坐标原点的位置。
1、log pjkpara查询司南接收机的PJK参数。
2、将PJK参数配置到我们的设备。
SET PJKPARA 6378245 298.3 0 121 0 500000
3、保存相关配置
SAVECONFIG
星网的接收机输出HPD协议包含了WGS84坐标系下的GGA坐标以及相对于基准站的东北天坐标，实际打点和考试只用了东北天坐标。因而适配时基站的位置不能改变，否则需要对地图进行整体平移或者重新绘制地图。
适配时通过LOG GPHPD ONTIME 0.2输出HPD语句然后SAVECONFIG保存配置即可。
现场调试时，需要准备需要适配的接收机和BYNAV接收机，按以下步骤逐步操作。
1、首先安装需要适配的接收机，车辆停在某空旷处不动，查询坐标转换参数，等待固定解后，配置其同时输出GGA/Bestposa/HPD语句（根据需要适配的接收机类型选择，确保其同时输出了WGS84大地坐标），串口调试助手录制10s左右定位结果。
2、其他配置不变，将接收机替换为我们接收机，检查流动站的收星情况，差分数据情况，等待固定解后，首先比对WGS84坐标是否与上一步记录的一致。除了Trimble接收机可能不一致外（GGA可能非WGS84坐标），其他类型接收机应都能一致。由于RTK定位精度为1~2cm，经纬度差在小数点后第七位，高程差在1~2cm视为一致。
3、WGS84坐标一致后，将坐标转换参数设置到我们接收机里，配置输出语句，然后保存配置，重启接收机，比对PJK语句（若有）输出结果是否与第一步记录的一致。投影坐标差在1~2厘米视为一致。
