測(cè)量中的坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換GPSPPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1測(cè)量中的坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量中的坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換GPS第1頁(yè)/共25頁(yè)第2頁(yè)/共25頁(yè)第3頁(yè)/共25頁(yè)大地原點(diǎn)位于陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)石際寺村第4頁(yè)/共25頁(yè)sradJsmGM/10292115.71008263.12/10986005.3582314第5頁(yè)/共25頁(yè)新北京新北京1954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系新北京1954坐標(biāo)系是由1980西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得來(lái)的，它是在采用1980西安坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，仍選用克拉索夫斯基橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)橢球，并將橢球中心平移，使其坐標(biāo)軸與1980西安坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行。其特點(diǎn)如下：1：是采用克拉索夫斯基橢球；2：采用多點(diǎn)定位，但橢球面同大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)并

2、不最佳擬合；3：橢球定向明確，其短軸指向與我國(guó)地極原點(diǎn)JYD1968.0方向平行，大地起始子午面平行我國(guó)起始天文子午面。4：大地高程基準(zhǔn)面采用1956黃海高程系統(tǒng)；5：大地原點(diǎn)與1980西安坐標(biāo)系相同，但起算數(shù)據(jù)不同；第6頁(yè)/共25頁(yè)01111mHmH0第7頁(yè)/共25頁(yè)大地坐標(biāo)系的由來(lái)及特點(diǎn)大地坐標(biāo)系的由來(lái)及特點(diǎn)大地坐標(biāo)系的定義是：地球橢圓的中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度B為過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度L為過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午面的夾角，大地高H為地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。第8頁(yè)/共25頁(yè)2000年國(guó)家大地坐標(biāo)系第9頁(yè)/共25頁(yè)WG

3、S84坐標(biāo)系坐標(biāo)系前面的均是參心坐標(biāo)系，就整個(gè)地球空間而言，有以下缺點(diǎn)：（1）不適合建立全球統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)（2）不便于研究全球重力場(chǎng)（3）水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)分離，破壞了空間三維坐標(biāo)的完整性。WGS84坐標(biāo)系就是能解決上述問(wèn)題的地心坐標(biāo)系。第10頁(yè)/共25頁(yè)高斯克呂格投影平面直角坐標(biāo)系的由來(lái)及特點(diǎn)高斯克呂格投影平面直角坐標(biāo)系的由來(lái)及特點(diǎn)為了建立各種比例尺地形圖的控制及工程測(cè)量控制，一般應(yīng)將橢球面上各點(diǎn)的大地坐標(biāo)按照一定的規(guī)律投影到平面上，并以相應(yīng)的平面直角坐標(biāo)表示。目前各國(guó)常采用的是高斯投影和UTM投影，這兩種投影具有下列特點(diǎn)：（1）橢球面上任意一個(gè)角度，投影到平面上都保持不變,長(zhǎng)度投影后會(huì)

4、發(fā)生變形，但變形比為一個(gè)常數(shù)。（2）中央子午線投影為縱軸，并且是投影點(diǎn)的對(duì)稱軸，中央子午線投影后無(wú)變形，但其它長(zhǎng)度均產(chǎn)生變形，且越離中央子午線越遠(yuǎn)，變形愈大。（3）高斯平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與笛卡兒直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸相反，一般將y值加上500公里，在y值前冠以帶號(hào)。（4）帶號(hào)與中央子午線經(jīng)度的關(guān)系為kLnL3360,30,6第11頁(yè)/共25頁(yè)高程系統(tǒng)的由來(lái)及特點(diǎn)高程系統(tǒng)的由來(lái)及特點(diǎn)在測(cè)量中有三種高程，分別是大地高，正高，正常高，我國(guó)高程系統(tǒng)日常測(cè)量中采用的是正常高，GPS測(cè)量得到的是大地高。高程基準(zhǔn)面是地面點(diǎn)高程的統(tǒng)一起算面，通常采用大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。所謂大地水準(zhǔn)面是假想海洋處于完全靜止

5、的平衡狀態(tài)時(shí)的海水面，并延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面。我國(guó)的高程系統(tǒng)目前采用的是1956黃海高程系統(tǒng)和1985黃海高程系統(tǒng)。第12頁(yè)/共25頁(yè)BHeNZLBHNYLBHNXsin)1 (sincos)(coscos)(222222122)sin1 (/abaeBeWWaNNBRHXarctgLWBZaetgarctgBcoscosYsin122/12222/122)(ZYXRYXZarctg第13頁(yè)/共25頁(yè)6222424442222cos)3305861(720/cos)495(cos2/lBttttNlBttlBtNXx55222423322cos)5814185(120/cos)1

6、 (6/coslBtttNlBtNlBNy, t第14頁(yè)/共25頁(yè)第15頁(yè)/共25頁(yè)110, 1lLL0, 212LLl第16頁(yè)/共25頁(yè)yxTTyxyxyxSSyxyx00 xTyTxSySxoyyox第17頁(yè)/共25頁(yè)cossinsincosyxyyxxcossinsincosyxyxcossinsincos第18頁(yè)/共25頁(yè)yxyxTTyxSSyxcossinsincos00,yxP ,yxP 第19頁(yè)/共25頁(yè)XYZOZYXO zyxTTTzyxzyxzyxSSSzyxzyx000000第20頁(yè)/共25頁(yè)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變換，設(shè)原始坐標(biāo)系通過(guò)三次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到新坐標(biāo)系,分別是：（1）繞 軸旋轉(zhuǎn) 角

7、度， 旋轉(zhuǎn)至（2）繞 軸旋轉(zhuǎn) 角度， 旋轉(zhuǎn)至（3）繞 軸旋轉(zhuǎn) 角度， 旋轉(zhuǎn)至 則 為空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)變換的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角，也稱為歐勒角，與它們相對(duì)應(yīng)的矩陣分別為：xxxxxRcossin0sincos0001)(1yyyyyRcos0sin010sin0cos)(11000cossin0sincos)(1zzzzzRz1OZ11,OYOX00,OYOXY0OY10,OZOX02,OZOXX2OX00,OZOY22,OZOYZYX,第21頁(yè)/共25頁(yè) 令則有 可得一般地，若 較小，則又有0RzyxzyxyxzyxzxzyxzxyxzyxzxzyxzxyzyyRcoscossinsincoscoss

8、insinsincossinsincossinsinsinsincoscoscossinsinsincossinsincoscos00sinsinsinsinsinsinsin,sin,sin1coscoscoszyzxyxzzyyxxzyxZYX,)()()(1110ZYXRRRR第22頁(yè)/共25頁(yè)由此又得R0通常稱為旋轉(zhuǎn)矩陣1110 xyxzyxR第23頁(yè)/共25頁(yè)在測(cè)量中，經(jīng)常會(huì)遇到既有旋轉(zhuǎn)又有平移的兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)換算，這里存在著三個(gè)平移參數(shù)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，再顧及到兩個(gè)坐標(biāo)系之間尺度的不盡一致，從而還有一個(gè)尺度變化參數(shù)（通常情況下在（OX，OY，OZ）三個(gè)方向有相同的縮放因子，因此可以只設(shè)只有一個(gè)尺度變化參數(shù)），共計(jì)有7個(gè)參數(shù)，相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式即為： 式中， 為三個(gè)平移參數(shù)， 為三個(gè)旋