龔根生，丁華祥，杜大霧

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2.武大吉奧信息技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000）

基于地圖服務(wù)的GPS坐標在線糾正分析及應(yīng)用

龔根生1，丁華祥1，杜大霧2

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2.武大吉奧信息技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000）

地理空間框架地圖服務(wù)作為基礎(chǔ)圖件、GPS移動端作為前端數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用越來越廣泛。由于移動端獲取的GPS坐標系與脫密的地理空間框架坐標系不一致，二者之間存在一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系?？紤]到轉(zhuǎn)換參數(shù)高度涉密，提出GPS坐標在線糾正模式，并在廣東省國土資源在線巡查系統(tǒng)中應(yīng)用，取得較好的效果。

地理空間框架;坐標轉(zhuǎn)換;二維七參數(shù);在線糾正

隨著移動平板和GPS技術(shù)的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用開始使用GPS移動終端作為系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)采集器。為了使該類應(yīng)用系統(tǒng)與調(diào)用的地圖服務(wù)完全兼容，應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器通常會與地理空間框架部署在同一個網(wǎng)絡(luò)，使用同一套坐標系并進行保密技術(shù)處理；移動端則必須經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換以及保密處理以達到數(shù)據(jù)的一致性。考慮到轉(zhuǎn)換參數(shù)高度涉密，在移動端本地設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù)是不安全的，本文提出了移動端GPS坐標在線糾正模式。

1 GPS坐標在線糾正

移動端GPS坐標在線糾正模式是指在構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器群的同時配置一臺專門用于GPS校正的服務(wù)器，服務(wù)器通過獨立專線與APN（無線網(wǎng)絡(luò)專線）相連，同時在GPS校正服務(wù)器上部署坐標轉(zhuǎn)換的服務(wù)和保密插件，坐標轉(zhuǎn)換服務(wù)與內(nèi)網(wǎng)進行交換以獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)。移動端接收GPS信號，獲取WGS84坐標值，通過APN-專線嘗試連接GPS校正服務(wù)器。如果連接成功，則調(diào)用坐標轉(zhuǎn)換服務(wù)以及保密插件進行在線糾正，返回轉(zhuǎn)換結(jié)果；如無返回結(jié)果，即刻斷開網(wǎng)絡(luò)連接，在移動端本地進行坐標糾正。移動端GPS坐標在線糾正架構(gòu)如圖1所示。

圖1 GPS坐標在線糾正架構(gòu)圖

1.1 在線糾正步驟

1）通過APN-專線，移動端將獲取到的WGS84坐標值（β，L）上傳到GPS校正服務(wù)器。

2）GPS校正服務(wù)器采用二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型將WGS84經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換成西安80經(jīng)緯度坐標(β+Δ B，L+Δ L)。二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型如下：

其中七參數(shù)如下：Δ X、Δ Y、Δ Z 為平移參數(shù)，單位為m；εx、εy、εz為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，單位為rad；m為尺度參數(shù)（無量綱）；Δ α、Δ f 為橢球長半軸差，單位為m；e為扁率差（無量綱），常量；Δ B、Δ L 為同一點位在WGS84與西安80系的緯度差、經(jīng)度差，單位為rad。

3）GPS校正服務(wù)器利用保密插件再將80坐標值（β+Δ B，L+Δ L）)脫密成（βf，Lf）坐標值。

4）將轉(zhuǎn)換后的脫密坐標值（βf，Lf）返回到移動端。

1.2 移動端本地糾正算法

1） 基于所有走過的歷史軌跡點形成外包四邊形，如圖2所示。

圖2 軌跡點外包四邊形圖

2）按照四叉樹思路獲取參與解算的軌跡坐標點，軌跡坐標點至少需要3個。為了使參與計算的坐標點在局部區(qū)域內(nèi)均勻分布，選擇軌跡點時，將最大外包四邊形劃分4個格網(wǎng)，在每個小格網(wǎng)里獲取與中心點最近的點參與計算；如果總數(shù)小于3個，將循環(huán)，4個格網(wǎng)繼續(xù)往下劃分16個格網(wǎng)，直至獲取的點不小于3個。圖3是獲取4個軌跡坐標點的示意圖。

圖3 根據(jù)四叉樹方式獲取軌跡點圖

3）按照平面四參數(shù)模型求解4個轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)平面四參數(shù)模型以及保存在移動端轉(zhuǎn)換前后的同名點坐標數(shù)據(jù)可以解算出4個轉(zhuǎn)換參數(shù)Δ X、Δ Y、θ、m；其中ΔX、ΔY為平移參數(shù)，θ為旋轉(zhuǎn)角度，m為放大系數(shù)。在計算過程中，進行迭代，每次剔除坐標殘差最大的同名點，重新計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)；最終用于計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的同名點數(shù)量不少于3。

4）將四參數(shù)應(yīng)用于其他點（β，L）的解算，解算公式如下：

5）移動設(shè)備關(guān)機后自動刪除轉(zhuǎn)換參數(shù)。移動端預(yù)先設(shè)定好Δ β1、Δ L1作為WGS84與西安80系脫密坐標緯度差、經(jīng)度差的經(jīng)驗值。經(jīng)驗值也會根據(jù)返回的軌跡點不斷地更新。如果本地糾正時獲取的參與解算的點小于3個，則最終坐標值為βf=β+Δ β1，Lf=L+Δ L1。參與計算參數(shù)的坐標點必須是從服務(wù)器返回的軌跡點，參數(shù)求解一次之后在刪除之前不重復(fù)計算。

2 應(yīng)用效果

將GPS坐標在線糾正模式應(yīng)用于廣東省國土資源在線巡查系統(tǒng)項目。在線巡查系統(tǒng)是指巡查人員利用移動設(shè)備在發(fā)現(xiàn)違法線索的時候能夠快速地采集地塊坐標，采集完成之后通過無線網(wǎng)絡(luò)實時上傳服務(wù)器進行各種數(shù)據(jù)的分析并接受返回的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果判斷是否違法；如果違法則進行相關(guān)的執(zhí)法工作，主要包括監(jiān)管子系統(tǒng)和巡查終端。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 廣東省國土資源在線巡查系統(tǒng)統(tǒng)架構(gòu)圖

項目利用地理空間框架地圖服務(wù)作為底圖，主要包括影像電子地圖、矢量電子地圖、土地利用現(xiàn)狀、土地利用規(guī)劃、基本農(nóng)田等，采用西安80系經(jīng)緯度坐標、政務(wù)版脫密處理。APN使用聯(lián)通專線，GPS移動平板設(shè)備約3 000臺，覆蓋廣東省10余萬km2面積，山區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)差的區(qū)域約占30%。移動端通過在線和離線兩種方式加載地理空間框架服務(wù)，GPS校正服務(wù)器配置從WGS84經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換到西安80系經(jīng)緯度的WebService以及保密插件。 系統(tǒng)經(jīng)過幾個月的正式使用，GPS移動端在網(wǎng)絡(luò)條件好和較差的情況下均能符合精度要求，滿足了國土資源在線巡查的需求，取得了較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié) 語

二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是一種改正數(shù)法， 采用廣義大地坐標微分公式直接求出大地坐標改正數(shù)。坐標轉(zhuǎn)換考慮了不同坐標系橢球參數(shù)的變化，轉(zhuǎn)換精度高，適用于不同大地坐標系間的轉(zhuǎn)換；平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換的適應(yīng)區(qū)域較小，不考慮坐標系的橢球參數(shù)；GPS在線糾正模式充分利用了2種轉(zhuǎn)換模型的特點，并在移動端設(shè)計了自動選點計算參數(shù)的方法，有效地解決了移動端GPS在沒有網(wǎng)絡(luò)信號情況下的坐標轉(zhuǎn)換問題。

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P228.42

B

1672-4623（2015）01-0123-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.040

龔根生，碩士，工程師，研究方向為GPS和GIS在國土管理資源中的應(yīng)用。

2014-09-01。