导航坐标转换高斯投影坐标的方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及一种坐标转换方法，尤其是一种导航坐标转换高斯投影坐标的方法、系统、设备及介质，属于导航数据领域。

背景技术：

投影变换对于航天、航空、航海、建筑、军事和地质起着至关重要的作用，现实生活一刻也离不开投影变换。高斯投影和墨卡托投影是地图投影理论中两种重要的等角投影，陆图一般采用高斯投影，海图一般采用墨卡托投影。我国的地图采用高斯投影，在高斯投影下得到的坐标成为高斯平面直角坐标。高斯投影是一种等角横轴切椭圆柱的投影方法，由德国数学家高斯拟定，后由德国大地测量家克吕克加以补充。经纬度(l，b)坐标转换为高斯平面(x，y)坐标时称之为高斯正投影；反之称为高斯反投影。导航定位中，一般利用高斯正投影完成坐标系转换。其中l，b是导航车辆所在位置的经、纬度对应的弧度，x，y分别表示高斯投影坐标系的纵坐标和横坐标，与传统平面坐标相反。

gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)测得的定位数据是以wgs-84标准世界坐标系得到的，通常在各个地点进行测量时，需要将基于世界坐标系测得的数据信息转换为用户当地的坐标系，即gps的实际应用中必须进行坐标转换。

目前，将gps数据转换成当地坐标系的方法有很多参考的文献，但是将当地的导航坐标系转换成高斯投影坐标还不存在明确直接的转换关系。尤其是在gps数据不足的情况下，需要找到一种方法使用已知条件求解坐标系内点的经纬度以及海拔，并得到其高斯投影坐标。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种导航坐标转换高斯投影坐标的方法，该方法可以解决在gps数据缺失的情况下，对已有的数据进行处理，转换成高斯投影坐标系下的坐标，从而获得地球上的物理点间在高斯投影地图上的距离。

本发明的第二个目的在于提供一种导航坐标转换高斯投影坐标的系统。

本发明的第三个目的在于提供一种电子设备。

本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

导航坐标转换高斯投影坐标的方法，所述方法包括：

获取数据；其中，所述数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标；

根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标；

根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标；

根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标；其中，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔；

根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

进一步的，所述导航坐标系原点的ecef坐标，利用经纬度海拔转换至ecef地心坐标系的关系式确定，如下：

其中，o'为导航坐标系原点，(xo',yo',zo')为导航坐标系原点o'在ecef坐标系下的坐标，为导航坐标系原点o'的经度，λo'导航坐标系原点o'的纬度，ho'为导航坐标系原点o'的海拔，为地球的横向曲率半径。

进一步的，的计算公式如下：

其中，a为wgs-84模型中地球的长半径，e为wgs-84模型中地球的椭圆偏心率。

进一步的，所述待转换点的ecef坐标，利用ecef坐标系转换至导航坐标系的逆转换关系式确定，如下：

其中，p为待转换点，(xp,yp,zp)为待转换点p在ecef坐标系下的坐标，(xned,yned,zned)为待转换点p在导航坐标系下的坐标，(xo',yo',zo')为导航坐标系原点o'在ecef坐标系下的坐标，r^-1为ecef坐标系变换到导航坐标系的旋转矩阵r的逆矩阵。

进一步的，所述旋转矩阵r由导航坐标系原点o'的经纬度确定，如下：

其中，为导航坐标系原点o'的经度，λo'导航坐标系原点o'的纬度。

进一步的，所述待转换点的大地坐标，利用经纬度海拔转换至ecef地心坐标系的逆转换关系式确定，如下：

其中，(xp,yp,zp)为待转换点p在ecef坐标系下的坐标，为待转换点p的经度，λ为待转换点p的纬度，h为待转换点p的海拔。

进一步的，所述待转换点的高斯投影坐标，利用大地坐标转换高斯投影坐标的关系式确定，如下：

其中，

l＝l-l0

t＝tan(b)

其中，b为纬度，l为经度，l0为中央子午线的经度，a为参考椭球的长半径，b为参考椭球的短半径，a为赤道到纬度为b的子午线弧长。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

导航坐标转换高斯投影坐标的系统，所述系统包括：

数据获取模块，用于获取数据；其中，所述数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标；

第一ecef坐标获取模块，用于根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标；

第二ecef坐标获取模块，用于根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标；

大地坐标获取模块，用于根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标；其中，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔；

高斯投影坐标获取模块，用于根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

电子设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的导航坐标转换高斯投影坐标的方法。

本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：

存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的导航坐标转换高斯投影坐标的方法。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明先将待转换点的导航坐标转换为ecef坐标，接着转换为大地坐标，最后利用大地坐标计算出待转换点的高斯投影坐标，可以解决在gps数据缺失的情况下，对已有的导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标进行处理，转换成高斯投影坐标系下的坐标，从而可以获得地球上至少两个物理点间在高斯投影地图上的距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图

图1为本发明实施例1的导航坐标转换高斯投影坐标的方法流程图。

图2为本发明实施例1的两个坐标系以及待转换点示意图。

图3为本发明实施例1的高斯投影坐标示意图。

图4为本发明实施例2的导航坐标转换高斯投影坐标的系统结构框图。

图5为本发明实施例3的电子设备结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例对所涉及的概念进行如下说明：

导航坐标系(northeastdown，ned坐标系)又称地理坐标系、北东地坐标系。其原点在测量物体的中心，n轴在当地水平面指向地理北，e轴在当地水平面指向东，d轴垂直向下构成右手坐标系。

ecef坐标系(earth-centered,earth-fixed地心地固坐标系)原点位于地球中心，z轴指向协议地球的北极，x轴指向本初子午线与地球赤道的交点，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系，其坐标由经度，纬度和海拔组成。

导航坐标系和ecef坐标系均为空间三维坐标系，大地坐标系和ecef坐标系是此转换方法的中间坐标系，均采用wgs(worldgeodeticsystem，世界大地坐标系)-84椭球体参数。

如图1所示，本实施例提供了一种导航坐标转换高斯投影坐标的方法，该方法包括以下步骤：

s101、获取数据。

本实施例所获取的数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标。

在选定的导航坐标系中，原点设为o'，该导航坐标系中的待转换点为p1和p2，导航坐标系原点o'的经纬度海拔(φo',λo',ho')已知，待转换点p1在导航坐标系下的坐标待转换点p2在导航坐标系下的坐标已知，待转换点p1、p2的经纬度海拔未知。

s102、根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标。

图2示出了两个坐标系：导航坐标系201和ecef坐标系202，以及待转换点p1、p2，在图中还可看到格林尼治子午面(本初子午面)203。

在导航坐标系201中,原点为o'，n轴在当地水平面指向地理北，e轴在当地水平面指向东，d轴垂直向下构成右手坐标系。

ecef坐标系坐标原点为o，z轴指向协议地球的北极，x轴指向本初子午线与地球赤道的交点，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。

具体地，导航坐标系原点的ecef坐标，利用经纬度海拔转换至ecef地心坐标系的关系式确定，如下：

其中，(xo',yo',zo')为导航坐标系原点o'在ecef坐标系下的坐标，为导航坐标系原点o'的经度，λo'导航坐标系原点o'的纬度，ho'为导航坐标系原点o'的海拔，为地球的横向曲率半径。

进一步地，的计算公式如下：

其中，a为wgs-84模型中地球的长半径，e为wgs-84模型中地球的椭圆偏心率。

s103、根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标。

具体地，待转换点的ecef坐标，利用ecef坐标系转换至导航坐标系的逆转换关系式确定，如下：

其中，(xp,yp,zp)为待转换点p1或p2在ecef坐标系下的坐标，(xned,yned,zned)为待转换点p1或p2在导航坐标系下的坐标，若表示待转换点p1，(xned,yned,zned)为若表示待转换点p2，(xned,yned,zned)为(xo',yo',zo')为导航坐标系原点o'在ecef坐标系下的坐标，r^-1为ecef坐标系变换到导航坐标系的旋转矩阵r的逆矩阵。

进一步地，旋转矩阵r由导航坐标系原点o'的经纬度确定，如下：

其中，为导航坐标系原点o'的经度，λo'导航坐标系原点o'的纬度。

s104、根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标；其中，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔。

具体地，待转换点的大地坐标，利用经纬度海拔转换至ecef地心坐标系的逆转换关系式确定，如下：

其中，为待转换点p1或p2的经度，λ为待转换点p1或p2的纬度，h为待转换点p1或p2的海拔。

s105、根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

具体地，待转换点p1或p2的高斯投影坐标，利用大地坐标转换高斯投影坐标的关系式确定，如下：

其中，

l＝l-l0

t＝tan(b)

其中，b为纬度，l为经度，l0为中央子午线的经度，a为参考椭球的长半径，b为参考椭球的短半径，a为赤道到纬度为b的子午线弧长。

因为高斯投影坐标为二维平面坐标系，所以将海拔信息舍去，将待转换点p1的经度和纬度代入上述高斯投影坐标转换公式，得到(xp1,yp1)；同样地，将海拔信息舍去，将待转换点p2的经度和纬度代入上述高斯投影坐标转换公式，得到(xp2,yp2)，图3示出了p1和p2两点在高斯投影坐标系的位置，在高斯投影坐标系中，x，y分别表示高斯投影坐标系的纵坐标和横坐标，oe为高斯投影坐标系的原点。

根据点p1和p2的高斯投影坐标，最后可以得到p1和p2两点在高斯投影地图上的距离为

可以理解的是，本实施例的方法不止局限于一点或两点的坐标转换，还可以用来计算导航实验中庞大数据到高斯投影地图的转换。

此外，本实施例得到的高斯投影坐标没有包括投影带号和伪偏移量，投影带号和伪偏移量可在具体使用中加上。

实施例2：

如图4所示，本实施例提供了一种导航坐标转换高斯投影坐标的系统，该系统包括数据获取模块401、第一ecef坐标获取模块402、第二ecef坐标获取模块403、大地坐标获取模块404和高斯投影坐标获取模块405，各个模块的具体功能如下：

所述数据获取模块401，用于获取数据；其中，所述数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标。

所述第一ecef坐标获取模块402，用于根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标。

所述第二ecef坐标获取模块403，用于根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标。

所述大地坐标获取模块404，用于根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标；其中，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔。

所述高斯投影坐标获取模块405，用于根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，不再一一赘述；在此需要说明的是，本实施例提供的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

可以理解，本实施例的装置所使用的术语“第一”、“第二”等可用于描述各种模块，但这些模块不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个模块与另一个模块区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一ecef坐标获取模块称为第二ecef坐标获取模块，且类似地，可将第二ecef坐标获取模块称为第一ecef坐标获取模块，第一ecef坐标获取模块和第二ecef坐标获取模块两者都是ecef坐标获取模块，但不是同一ecef坐标获取模块。

实施例3：

本实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以为用户随身携带的移动终端，如智能手机、掌上电脑、平板电脑中的任意一种，也可以是其他具有显示和计算功能的电子设备，本实施例以智能手机为例，对电子设备进行说明，如图5所示，该电子设备可以包括rf(radiofrequency，射频)电路501、存储器502、输入单元503、显示单元504、传感器505、音频电路506、传输模块507、处理器508、电源509等部件。

rf电路501用于接收以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的相互转换，从而与通讯网络或者其他设备进行通讯。rf电路501可包括各种现有的用于执行这些功能的电路元件，例如天线、射频收发器、数字信号处理器、加密/解密芯片、用户身份模块(sim)卡、存储器等等。rf电路501可与各种网络如互联网、企业内部网、无线网络进行通讯或者通过无线网络与其他设备进行通讯。上述的无线网络可包括蜂窝式电话网、无线局域网或者城域网。上述的无线网络可以使用各种通信标准、协议及技术，包括但并不限于全球移动通信系统(globalsystemformobilecommunication，gsm)、增强型移动通信技术(enhanceddatagsmenvironment，edge)，宽带码分多址技术(widebandcodedivisionmultipleaccess，w-cdma)，码分多址技术(codedivisionaccess，cdma)、时分多址技术(timedivisionmultipleaccess，tdma)，无线保真技术(wirelessfidelity，wifi)、网络电话(voiceoverinternetprotocal，voip)、全球微波互联接入(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess，wi-max)、其他用于邮件、即时通讯及短消息的协议，以及任何其他合适的通讯协议，甚至可包括那些当前仍未被开发出来的协议。

存储器502包括计算机可读存储介质，可用于存储计算机程序；存储器502可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器，非易失性存储器可包括操作系统和数据库；此外，存储器502可进一步包括相对于处理器508远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至用户设备；其中，所述网络包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合；处理器508通过运行存储在存储器502内的计算机程序时，从而实现上述实施例1的导航坐标转换高斯投影坐标的方法，具体为：获取数据,所述数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标；根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标；根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标；根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔；根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

输入单元503可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入；具体地，输入单元503可包括触敏表面以及其他输入设备，触敏表面也称为触摸显示屏或者触控板，可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触敏表面上或在触敏表面附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。可选的，触敏表面可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器180，并能接收处理器508发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触敏表面。除了触敏表面，输入单元503还可以包括其他输入设备，具体地，其他输入设备可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。

显示单元504可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以用户设备的各种图形用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成；显示单元504可包括显示面板，可选的，可以采用lcd(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)、oled(organiclight-emittingdiode，有机发光二极管)等形式来配置显示面板；进一步地，触敏表面可覆盖显示面板，当触敏表面检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器508以确定触摸事件的类型，随后处理器508根据触摸事件的类型在显示面板上提供相应的视觉输出，触敏表面与显示面板作为两个独立的部件来实现输入和输入功能，在某些情况下，也可以将触敏表面与显示面板集成而实现输入和输出功能。

传感器505至少有一种，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器和接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板的亮度，接近传感器可在用户设备移动到耳边时，关闭显示面板和/或背光；作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别手机姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；用户设备还可配置的陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

音频电路506连接扬声器和传声器，可提供用户与用户设备之间的音频接口。音频电路506可将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器，由扬声器转换为声音信号输出；另一方面，传声器将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路506接收后转换为音频数据，再将音频数据输出处理器508处理后，经rf电路2021以发送给比如另一终端，或者将音频数据输出至存储器502以便进一步处理。音频电路506还可能包括耳塞插孔，以提供外设耳机与用户设备的通信。

用户设备通过传输模块507(例如wifi模块)以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。

处理器508是用户设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个手机的各个部分，通过运行或执行存储在存储器502内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器502内的数据，执行用户设备的各种功能和处理数据，从而对手机进行整体监控。可选的，处理器508可包括一个或多个处理核心；优选地，处理器508可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器508中。

电源509(比如电池)用于给各个部件供电，优选的，电源可以通过电源管理系统与处理器508逻辑连接，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源509还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

尽管未示出，上述用户设备还可以包括摄像头、蓝牙模块等，在此不再赘述。

实施例4：

本实施例提供一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的导航坐标转换高斯投影坐标的方法，具体为：获取数据,所述数据包括导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标；根据导航坐标系原点的经纬度海拔，得到导航坐标系原点的ecef坐标；根据导航坐标系原点的ecef坐标以及待转换点在导航坐标系下的坐标，得到待转换点的ecef坐标；根据待转换点的ecef坐标，得到待转换点的大地坐标，所述大地坐标包括经度、纬度和海拔；根据待转换点的大地坐标，得到待转换点的高斯投影坐标。

本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、u盘、移动硬盘等介质。

综上所述，本发明先将待转换点的导航坐标转换为ecef坐标，接着转换为大地坐标，最后利用大地坐标计算出待转换点的高斯投影坐标，可以解决在gps数据缺失的情况下，对已有的导航坐标系原点的经纬度海拔以及待转换点在导航坐标系下的坐标进行处理，转换成高斯投影坐标系下的坐标，从而获得地球上的物理点间在高斯投影地图上的距离。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。