by 
ZHOU
本文描述了GNSS電子駕考系統中常見的坐標系、術語及其轉換方法。
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 17159－2009 大地測量術語
GB/T 18314－2009 全球定位系統（GPS）測量規范
GB/T 19391－2003 全球定位系統（GPS）術語及定義
GB/T 22021－2008 國家大地測量基本技術規定
GB/T 28588－2012 全球導航衛星系統連續運行基準站網技術規范
下列術語和定義適用于本文件。
近似表示地球的形狀和大小，并且其表面為等位面的旋轉橢球。
最符合一定區域的大地水準面，具有一定大小和定位參數的旋轉地球橢球。
空間直角坐標系，其xy平面與地球赤道面重合，x軸指向0°經度方向，y軸指向東經90°方向，z軸為與赤道平面垂直指向地理北極，構成右手坐標系。xyz軸隨著地球一起旋轉，在慣性空間中不再描述固定的方向。
以地球橢球中心為原點、起始子午面和赤道面為基準面的地球坐標系。由于地球的形狀不規則，在GPS/北斗中使用一個標準橢球體來近似描述，這樣可以方便計算接收機的經度、緯度和高度。橢球體可以用兩個參數來表示，長半軸和扁率，其他參數如短半軸、偏心率、第二偏心率等都可以由這兩個參數導出。
如圖3-2所示，橙色曲線為參考橢球面，綠色曲線為地表（或GPS天線位置），h為橢球高，GPS定位解算結果（ECEF）在WGS84橢球下可轉換為經緯度和橢球高h。藍色曲線為大地水準面Geoid，對應于最小二乘下的全球平均海平面（Mean Sea Level），恒重力勢平面，由于地球密度分布不均，各地的重力勢存在差異，因而大地水準面不是規則的曲面（圖3 3）。相對于大地水準面的高度H稱為海拔高（orthometric height），或者平均海平面高（MSL）。大地水準面的高度N是大地水準面相對于橢球面的高度，也稱高程異常。橢球高h、海拔高H和高程異常N三者之間的關系為h=H+N。
圖3-2 橢球高/海拔高/大地水準面高
圖3-3 大地重力勢
站心坐標系也叫東北天坐標系ENU，用于表示以觀察者為中心的其他物體的運動規律。以站心為坐標系原點，z軸與橢球法線重合，向上為正，y與橢球短半軸重合（北向），x軸與橢球長半軸重合（東向）。
由于地球是球體，為了在地圖上表示，將橢球面沿子午線劃分成若干個經差相等的狹窄地帶，然后各帶分別投影到平面上。一般以赤道上某一經度的點為原點，計算投影后的坐標，為了使投影后的坐標為正數，通常在橫軸加500km的常數。
圖3-4 高斯投影
包含坐標系變換和橢球基準變換兩層含義。在測量數據處理過程中，采用適用的轉換模型和轉換方法，空間點從某一參考橢球基準下的坐標轉換到另一坐標系統下的坐標，如WGS84轉為北京54。坐標轉換過程就是轉換參數的求解過程。
同一橢球基準下，空間點的不同坐標表示形式間進行變換。包括大地坐標系和空間直角坐標系的互相轉換、空間直角坐標系與站心坐標系間的轉換和高斯投影坐標正反算。
空間點在不同的參考橢球間的坐標變換。
兩坐標系轉換時，新坐標系原點在原坐標系中的坐標分量。
兩坐標系轉換時，把原坐標系中的各坐標軸左旋轉到與新坐標系相應的坐標軸重合或平行時坐標系各軸依次轉過的角度。
接收機中輸出的Bestposa或者GGA語句中包含為WGS84坐標系下的經緯度、海拔高及高程異常。輸出WGS84坐標系下經緯度的為通用格式，所有廠家兼容，在同一點定位結果一致。需要注意的是GGA中經緯度為度分，Bestposa和HPD中經緯度單位為度。
Trimble接收機通過Configuration Tools可以設置坐標系和投影參數，圖4 1中為設置為Beijing54坐標系的橢球和平移參數。更改為Beijing54坐標系后，Trimble接收機的GGA坐標和PJK坐標都會切換為Beijing54下的坐標，與原WGS84坐標下的GGA會存在差異。
圖4-1 Trimble坐標系參數設置
1、查詢客戶用于標定地圖的設備的BJ54坐標系參數。
2、配置坐標系平移參數，將上圖紅框中的數據配置到我們的設備。
SET SHIFTDATUM -31.400 144.300 81.200
3、選擇BJ54坐標系
DATUM BJ54
4、保存相關配置
SAVECONFIG
司南的接收機輸出的GGA坐標一直為WGS84坐標，PJK坐標輸出為高斯投影坐標，通過set/log pjkpara來進行投影參數設置/查詢。包括橢球長半軸、扁率、中心緯度、中央子午線、縱軸加常數、橫軸加常數六個參數。中心緯度、中央子午線定義了坐標原點的位置。
1、log pjkpara查詢司南接收機的PJK參數。
2、將PJK參數配置到我們的設備。
SET PJKPARA 6378245 298.3 0 121 0 500000
3、保存相關配置
SAVECONFIG
星網的接收機輸出HPD協議包含了WGS84坐標系下的GGA坐標以及相對于基準站的東北天坐標，實際打點和考試只用了東北天坐標。因而適配時基站的位置不能改變，否則需要對地圖進行整體平移或者重新繪制地圖。
適配時通過LOG GPHPD ONTIME 0.2輸出HPD語句然后SAVECONFIG保存配置即可。
現場調試時，需要準備需要適配的接收機和BYNAV接收機，按以下步驟逐步操作。
1、首先安裝需要適配的接收機，車輛停在某空曠處不動，查詢坐標轉換參數，等待固定解后，配置其同時輸出GGA/Bestposa/HPD語句（根據需要適配的接收機類型選擇，確保其同時輸出了WGS84大地坐標），串口調試助手錄制10s左右定位結果。
2、其他配置不變，將接收機替換為我們接收機，檢查流動站的收星情況，差分數據情況，等待固定解后，首先比對WGS84坐標是否與上一步記錄的一致。除了Trimble接收機可能不一致外（GGA可能非WGS84坐標），其他類型接收機應都能一致。由于RTK定位精度為1~2cm，經緯度差在小數點后第七位，高程差在1~2cm視為一致。
3、WGS84坐標一致后，將坐標轉換參數設置到我們接收機里，配置輸出語句，然后保存配置，重啟接收機，比對PJK語句（若有）輸出結果是否與第一步記錄的一致。投影坐標差在1~2厘米視為一致。
