手持GPS数据转换到CAD地图的方法

戴志远

手持GPS外形小巧、使用方便、价格低廉，精度3～5m，达到万分之一地图标准。把手持GPS采集的数据转换到带坐标的CAD地图上，对项目审报、规划及验收有很大的帮助。

1. 手持GPS坐标系统的设置

1.1 我国常用的坐标系

地球并非一个规则的球体，因各种原因，历史上形成了多套坐标基准体系，世界常用坐标系为WGS84坐标基准。我国常用北京54坐标系、西安80坐标系。

每套坐标基准分别对应空间直角坐标系、大地坐标系（即经纬度）、平面直角坐标系。

大地坐标系俗称经纬度坐标，纬度采用赤道为起始0度、北极为90度，经度采用格林威治天文台作为起始0度，向东为正记作东经XX度，向西为负记作西经XX度。

平面直角坐标体系，一般以米作为计量单位。北方为上-X-正，东方为右-Y-正，将球面坐标投影为平面坐标，常用墨卡托投影、等角圆锥投影、高斯克吕格投影、UTM投影等。

我国常规的地图，大都是采用高斯克吕格投影，高斯克吕格投影中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴，以赤道的投影为横坐标轴。为了减小投影误差，以某条经线为中心线（中央子午线），左右各取一定经度值进行桔子瓣状分带投影。如中央子午线两侧各取3度(合计6度)就称为六度分带；取1.5度 (合计3度)，就称为三度分带；取0.75度(合计1.5度)，就称为一点五度分带。我国为避免横向Y值出现负数，以中央子午线处记作500km=500,000m，前再加两位带号。

河北省标准地形图6度分带及3度分带范围和各坐标带中央子午线分别见表1和表2。

表1 河北省3度分带范围（1∶10000及更大比例尺地形图采用）

表2 河北省6度分带范围（1∶25000及更小比例尺地形图采用）

1.2 手持GPS坐标系的设置与转换

手持GPS默认坐标为 WGS84，常为大地坐标系，只有平面直角坐标系才能标注到地图上，因此需要坐标系的设置、转换。

不同坐标体系间进行转换，需要不同的地球椭球参数及当地公共基点的坐标值。当已知一个公共坐标点时，可以计算三参数，三参数法精度最差，应用范围小，几十公里一般只可达到几至几十厘米；已知3个公共坐标点时，可以计算七参数，七参数法精度最高，在几十千米的范围内一般可以达到厘米级，转换点距离公共基点的中心越远，转换误差越大。手持GPS三参数即可满足精度。参数计算专用软件很多，大部分都为公开软件，通过互联网可以容易下载。

以常用的集思宝手持GPS为例，默认坐标WGS84，再增设西安 80（或北京54）坐标。

首先在GPS应用的区域内(该区域不宜过大，建议不超过 30km)，收集 1个基准点的西安80（或北京54）坐标系的坐标值，针对此点用GPS多次读取WGS84坐标系的坐标值，取其平均值。根据此WGS84坐标值和所倒入地图的比例尺，查表1和表2，确定中央子午线的位置。

根据已知点的西安80（或北京54）和WGS84坐标值、高程值（转换双方的高程值要相近）、中央子午线，计算出DX、DY、DZ的值。 一般 DX、DY、DZ 值在几百以内。

在电脑上装入GSIoffice，并在GIS office坐标系统中增设西安80（或北京54）坐标，输入 DX、DY、DZ 值，Rx、Ry、Rz、K可设置为 0，投影类型设为Transverse-mercator,向东偏移量设置为500000，南北偏差设置为 0，比例系数设置为1。之后通过微调三参数（DX、DY、DZ）校验坐标系转换精度。每个坐标系的范围一般不超过30km，如果超过30km可增设几个同类坐标系。

2. 采集数据与CAD图形数据间的转换

AutoCAD是水利工程规划设计常用的图形处理软件，在使用电子版CAD地形图时，首先要确认地图的坐标系。我国地图一般为西安80坐标系，东西向的Y值（计算机中的x轴）前两位是分带号，检查CAD与地图的 “单位”和“坐标”的一致性，如果不一致，可采用CAD中的缩放功能或移动功能使其达到一致。

以集思宝手持GPS为例，简述转换过程。打开GSIoffice，将GPS和电脑连接，将采集数据倒入电脑，成为GMT文件，打开这个GMT文件，将坐标设置为和CAD地图一致坐标，导出为dxf文件。导出的dxf文件，只是一堆点和多边形，不能导出文字和字符，为此我们对照GMT文件，标上文字和字符，归置好图层，通过CAD中的WBLOCK命令定义为块，将拾取点的坐标定义为0，将插入单位设置为和地图单位一致，打开CAD地图，通过插入块功能将采集的数据导入CAD地图。