手持GPS在配网地理信息系统的应用
2007-12-04 13:51:48 来源：《农村电气化》
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电力18讯： 摘要：该文以汕头配网地理信息系统建设的经验，探讨利用手持GPS进行设备定位的技术手段，以及在实现过程中出现的WGS84坐标变换成北京54坐标的问题。
关键词：GPS；WGS84坐标；北京54坐标；配电地理信息系统（GIS）
中图分类号：TM764.1 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0040-02
在配网地理信息系统的建设中，需要在地理背景图层上叠加各种电力设施图层，在绘制线路及电缆的走向时，不可避免的涉及到设备的地理位置的问题。因此如何在地理背景图上确定设备空间位置就成了配电地理信息系统建设的一个关键。汕头从2000年底开始进行区域性的配网地理信息系统的建设，对于如何有效利用手持式GPS定位仪进行了探索，并积累了一定的经验。下面以汕头配网地理信息系统建设为例探讨手持GPS定位仪的应用。
1 汕头配电地理信息系统地理背景图
配电设备深入大街小巷，路径复杂。为了建设配网地理信息系统，需要有较为详细的地理背景信息作为支持。向汕头勘查设计院购买的地图比例为1∶1000的汕头市区数字化地理图。地图采用的坐标系是北京54坐标系。根据配网地理信息系统的需要，我们对设计院提供的全要素数字化地图进行了简化处理，仅保留了部分必要的要素以减少数据量。保留的要素如下：管线、道路、水系、居民地、植被、垣栅等基本要素。
2 GPS定位装置的选择
配电网中的配电设施和用户分布有着明显的地理特征，设备管理也依赖长度、距离及相对位置等地理因素。因此，配电GIS系统就是在地理背景图层基础上增加相应的配电设备信息图层，对任何运行中的配电设备需要较为准确地确定其空间坐标。一般来说，对配电房等设施，5～10 m的误差范围是可以接受的，而对架空线路来说，由于有些配电线路杆塔之间的距离比较近，对误差的要求可能要高些。对配电系统的管理人员来说，在地理图上能否方便地对配电设备进行定位是系统成败的关键因素之一，因此，利用手持GPS定位仪对设备进行定位是我们的首选。同时，从成本上考虑，由于精度要求不是特别高，而且使用量比较大，对手持GPS的要求是使用方便，价格适中，精度要求10 m左右。根据实际情况，我们试选用了高明公司（GARMIN）的GPSMAP76型GPS定位仪。
3 手持GPS的参数校正题
GPS卫星星历是以WGS84大地坐标系为根据而建立的，所以手持GPS使用的坐标系统是WGS84坐标系统。而购买的数字地图则是根据我国1954年的北京坐标系。因此必须求出WGS84坐标转换到54北京坐标的参数。
3.1 参数校正原理
对GISMAP76来说，提供了将WGS84坐标系转换为自定义的坐标系的方法。其采用的是五参数法，五参数即DX、DY 、DZ、DA、DF。即利用WGS84坐标系的X、Y、Z及A、F值，减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标转换的五个参数（A为大地坐标系对应椭球之长半轴，而F为大地坐标系对应之扁率）。
方法介绍如下：
（1）搜集应用区域内的三个控制点的WGS84坐标系B、L、H值及北京54坐标系X、Y、Z、B、L、h值。
（注：B、L、H分别为大地坐标系中的大地纬度、大地经度及大地高程）
（2）对每个点计算不同坐标系三维直角坐标值。计算公式如下
X = (N + H)cosBcosL
Y = (N + H)cosBsinL
Z = [N(1 - E2) + H]sinB
两个坐标系的对应椭球参数如表1所示。
（3）求出DX、DY、DZ、DA、DF，即利用WGS84坐标系的X、Y、Z及A、F值，减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标转换的五个参数。
DA和DF可以通过表1直接求出
DA = -108，DF = 0.0000005。
其它3个参数则可以通过上述公式求得。再取其平均偏差，则得出相应区域内的DX、DY、DZ。
3.2 汕头配电地理信息系统GPS参数校正实例
为方便和准确起见，为了求得DX、DY、DZ，我们直接从勘查设计院购得三个控制点的北京54坐标和WGS84坐标的X、Y、Z参数并直接求得DX、ZY、DZ。
根据求得的DX、DY、DZ、DA、DF，输入到GPSMAP76GPS定位仪中，即完成参数的校正。完成参数校正后，GPSMAP76可以直接计算出测量点的北京54坐标系的坐标值。但应用过程中发现测量得来的实物的北京坐标与勘查设计院提供的数字地图的实物坐标相差很大。这可能是由于仪器采用的WGS84坐标系的基准点的不同导致的误差。
为解决这个问题，我们重新选取了三个控制点（提供了北京54坐标的平面坐标直角坐标X、Y及高程h，必须换算），并利用GPSMAP76定位仪直接测量其WGS84的B、L、H。通过一定的公式换算可以算出WGS84和北京54的X、Y、Z值，从而求得DX、DY、DZ。这次求得的值与上次求得DX、DY、DZ的差值比较大。为了校验求得的DX、DY、DZ是否恰当，我们选取两条线路进行了校验。
4 汕头配网设备测量实例
利用此次求得的DX、DY、DZ作为校正参数，我们对两条线路上的杆塔进行了定位并与勘查设计院提供的数字地图中的杆
关键词：GPS；WGS84坐标；北京54坐标；配电地理信息系统（GIS）
中图分类号：TM764.1 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0040-02
在配网地理信息系统的建设中，需要在地理背景图层上叠加各种电力设施图层，在绘制线路及电缆的走向时，不可避免的涉及到设备的地理位置的问题。因此如何在地理背景图上确定设备空间位置就成了配电地理信息系统建设的一个关键。汕头从2000年底开始进行区域性的配网地理信息系统的建设，对于如何有效利用手持式GPS定位仪进行了探索，并积累了一定的经验。下面以汕头配网地理信息系统建设为例探讨手持GPS定位仪的应用。
1 汕头配电地理信息系统地理背景图
配电设备深入大街小巷，路径复杂。为了建设配网地理信息系统，需要有较为详细的地理背景信息作为支持。向汕头勘查设计院购买的地图比例为1∶1000的汕头市区数字化地理图。地图采用的坐标系是北京54坐标系。根据配网地理信息系统的需要，我们对设计院提供的全要素数字化地图进行了简化处理，仅保留了部分必要的要素以减少数据量。保留的要素如下：管线、道路、水系、居民地、植被、垣栅等基本要素。
2 GPS定位装置的选择
配电网中的配电设施和用户分布有着明显的地理特征，设备管理也依赖长度、距离及相对位置等地理因素。因此，配电GIS系统就是在地理背景图层基础上增加相应的配电设备信息图层，对任何运行中的配电设备需要较为准确地确定其空间坐标。一般来说，对配电房等设施，5～10 m的误差范围是可以接受的，而对架空线路来说，由于有些配电线路杆塔之间的距离比较近，对误差的要求可能要高些。对配电系统的管理人员来说，在地理图上能否方便地对配电设备进行定位是系统成败的关键因素之一，因此，利用手持GPS定位仪对设备进行定位是我们的首选。同时，从成本上考虑，由于精度要求不是特别高，而且使用量比较大，对手持GPS的要求是使用方便，价格适中，精度要求10 m左右。根据实际情况，我们试选用了高明公司（GARMIN）的GPSMAP76型GPS定位仪。
3 手持GPS的参数校正题
GPS卫星星历是以WGS84大地坐标系为根据而建立的，所以手持GPS使用的坐标系统是WGS84坐标系统。而购买的数字地图则是根据我国1954年的北京坐标系。因此必须求出WGS84坐标转换到54北京坐标的参数。
3.1 参数校正原理
对GISMAP76来说，提供了将WGS84坐标系转换为自定义的坐标系的方法。其采用的是五参数法，五参数即DX、DY 、DZ、DA、DF。即利用WGS84坐标系的X、Y、Z及A、F值，减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标转换的五个参数（A为大地坐标系对应椭球之长半轴，而F为大地坐标系对应之扁率）。
方法介绍如下：
（1）搜集应用区域内的三个控制点的WGS84坐标系B、L、H值及北京54坐标系X、Y、Z、B、L、h值。
（注：B、L、H分别为大地坐标系中的大地纬度、大地经度及大地高程）
（2）对每个点计算不同坐标系三维直角坐标值。计算公式如下
X = (N + H)cosBcosL
Y = (N + H)cosBsinL
Z = [N(1 - E2) + H]sinB
两个坐标系的对应椭球参数如表1所示。
（3）求出DX、DY、DZ、DA、DF，即利用WGS84坐标系的X、Y、Z及A、F值，减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标转换的五个参数。
DA和DF可以通过表1直接求出
DA = -108，DF = 0.0000005。
其它3个参数则可以通过上述公式求得。再取其平均偏差，则得出相应区域内的DX、DY、DZ。
3.2 汕头配电地理信息系统GPS参数校正实例
为方便和准确起见，为了求得DX、DY、DZ，我们直接从勘查设计院购得三个控制点的北京54坐标和WGS84坐标的X、Y、Z参数并直接求得DX、ZY、DZ。
根据求得的DX、DY、DZ、DA、DF，输入到GPSMAP76GPS定位仪中，即完成参数的校正。完成参数校正后，GPSMAP76可以直接计算出测量点的北京54坐标系的坐标值。但应用过程中发现测量得来的实物的北京坐标与勘查设计院提供的数字地图的实物坐标相差很大。这可能是由于仪器采用的WGS84坐标系的基准点的不同导致的误差。
为解决这个问题，我们重新选取了三个控制点（提供了北京54坐标的平面坐标直角坐标X、Y及高程h，必须换算），并利用GPSMAP76定位仪直接测量其WGS84的B、L、H。通过一定的公式换算可以算出WGS84和北京54的X、Y、Z值，从而求得DX、DY、DZ。这次求得的值与上次求得DX、DY、DZ的差值比较大。为了校验求得的DX、DY、DZ是否恰当，我们选取两条线路进行了校验。
4 汕头配网设备测量实例
利用此次求得的DX、DY、DZ作为校正参数，我们对两条线路上的杆塔进行了定位并与勘查设计院提供的数字地图中的杆
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