畢業(yè)論文—基于VB的測量坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

1、GDGM-QR-03-077-A/0GuangdongCollege of Industry & Commerce畢業(yè)論文Graduation Paper題目：基于VB的測量坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換The Coordinate systemConversion based on VB系 別： 測繪信息遙感工程系班 級： 08級（2）班學(xué)生姓名：學(xué) 號： 指導(dǎo)老師：完成日期：2011年5月14日指導(dǎo)教師評語：初評成績：指導(dǎo)教師簽名：年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評審小組意見：終評成績：組長簽章：年 月 日備注目錄目錄3第一章緒論1第二章坐標(biāo)系統(tǒng)32.1坐標(biāo)系統(tǒng)簡介3天球坐標(biāo)系32.1.2 地球坐標(biāo)系4

2、2.2參心系與地心系52.3 常用的坐標(biāo)系統(tǒng)6大地坐標(biāo)系統(tǒng)6、WGS84坐標(biāo)系6、ITRF框架7、BJ54坐標(biāo)系8坐標(biāo)系9、新BJ54坐標(biāo)系9、CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)102.4 地方獨(dú)立坐標(biāo)系10第三章坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)123.1 大地坐標(biāo)系統(tǒng)與空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換原理123.2 空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換原理13第四章基于VB的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換154.1 VB簡介154.2系統(tǒng)開發(fā)語言的選擇VB6.0154.3 利用VB實(shí)現(xiàn)空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換17第五章結(jié)論255.1大地坐標(biāo)（BLH）對平面直角坐標(biāo)（XYZ）255.2 北京54全國80及WGS84坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換255.3 任意兩空間坐標(biāo)

3、系的轉(zhuǎn)換26參考文獻(xiàn)27致謝28摘要測量學(xué)是一門古老而富有生命力的學(xué)科，其應(yīng)用范圍很廣，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中發(fā)揮著十分重要的作用。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，測量學(xué)也得到了迅猛的發(fā)展。特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、航空航天科學(xué)技術(shù)、激光技術(shù)、遙感技術(shù)、圖像處理技術(shù)及模式識別等的發(fā)展，對測繪科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。 坐標(biāo)系統(tǒng)是測量非常重要的，測量坐標(biāo)系統(tǒng)的種類繁多。正是因?yàn)樽鴺?biāo)系統(tǒng)的繁多，對測量工作造成了很大的影響。本文主要論述測繪中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)；坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的原理以及基于VB對坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)步驟等。關(guān)鍵字：坐標(biāo)系統(tǒng)；北京1954-坐標(biāo)系統(tǒng)；西安1980坐標(biāo)系統(tǒng)；世界大地坐標(biāo)系WGS-1984；

4、轉(zhuǎn)換；VB第一章緒論測量的發(fā)展可以追溯到兩千多年以前，從人們確認(rèn)地球是個(gè)圓球并實(shí)測它的大小開始，大體可分為：古代大地測量、經(jīng)典大地測量和現(xiàn)代大地測量三個(gè)階段。從二十實(shí)際中期莫洛琴斯基發(fā)展斯托克司理論后的200期間，大地測量發(fā)展更為迅速！人造地球衛(wèi)星技術(shù)快速發(fā)展，使其在空間科學(xué)、氣象、遙感、通訊、導(dǎo)航、地球科學(xué)、地球動力學(xué)、天文學(xué)、大地測量、資源勘查、災(zāi)情預(yù)報(bào)、環(huán)境監(jiān)測、以及軍事科學(xué)諸領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為了說明點(diǎn)的位置、運(yùn)動的快慢、方向等，必須選取其坐標(biāo)系。在參照系中，為確定空間一點(diǎn)的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)據(jù)，這就叫做“坐標(biāo)”。在某一問題中規(guī)定坐標(biāo)的方法，就是該問題所用的坐標(biāo)

5、系。坐標(biāo)系的種類很多，常用的坐標(biāo)系有：笛卡爾直角坐標(biāo)系、平面極坐標(biāo)系、柱面坐標(biāo)系(或稱柱坐標(biāo)系)和球面坐標(biāo)系(或稱球坐標(biāo)系)等。在一個(gè)國家或一個(gè)地區(qū)范圍內(nèi)統(tǒng)一規(guī)定地圖投影的經(jīng)緯線作為坐標(biāo)軸，以確定國家或某一地區(qū)所有測量成果在平面或空間上的位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。圖 1-1 為高斯投影坐標(biāo)系。圖 1-1高斯投影坐標(biāo)系測繪常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有北京1954坐標(biāo)系統(tǒng)、西安1980坐標(biāo)系統(tǒng)、WGS-1984坐標(biāo)系統(tǒng)以及CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，再加上地方常用的坐標(biāo)系統(tǒng)。在工程應(yīng)用中我們經(jīng)常會遇到已知坐標(biāo)不是此工程所涉及到的坐標(biāo)系統(tǒng)，為此大大影響到工程的進(jìn)度。所以我們急需采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法求，把已知點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到我們需

6、要的坐標(biāo)系統(tǒng)中去。這就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的意義。第 二 章 坐標(biāo)系統(tǒng)2.1坐標(biāo)系統(tǒng)簡介由物理學(xué)可知，為了說明點(diǎn)的位置、運(yùn)動的快慢、方向等，必須選取其坐標(biāo)系。在參照系中，為確定空間一點(diǎn)的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)據(jù)，這就叫做“坐標(biāo)”。天文測量和大地測量工作中，常常把想象的天球和地球（橢球）作為參考系，并在天球和地球（橢球）上簡歷了多種坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸的指向和尺度三個(gè)要素決定的。坐標(biāo)系統(tǒng)通常有三種定義方式：理論坐標(biāo)系統(tǒng)、協(xié)定坐標(biāo)系、協(xié)議坐標(biāo)系。我們在測繪中常用到的是協(xié)議坐標(biāo)系。按描述對向分類，可以把坐標(biāo)系統(tǒng)分為天球坐標(biāo)系統(tǒng)和地球（橢球）坐標(biāo)系統(tǒng)。天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系是利

7、用基本星歷表的數(shù)據(jù)把基本坐標(biāo)系固定在天球上，星歷表中列出一定數(shù)量的恒星在某歷元的天體赤道坐標(biāo)值，以及由于歲差和自轉(zhuǎn)共同影響而產(chǎn)生的坐標(biāo)變化。常用的天球坐標(biāo)系：天球赤道坐標(biāo)系、天球地平坐標(biāo)系和天文坐標(biāo)系。在天球坐標(biāo)系中，天體的空間位置可用天球空間直角坐標(biāo)系或天球球面坐標(biāo)系兩種方式來描述。1. 天球空間直角坐標(biāo)系的定義地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸指向天球北極，X軸指向春分點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。則在此坐標(biāo)系下，空間點(diǎn)的位置由坐標(biāo)（X，Y，Z）來描述。2天球球面坐標(biāo)系的定義地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，春分點(diǎn)軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)）測量基準(zhǔn)基準(zhǔn)子午面，赤道為天球緯度測量

8、基準(zhǔn)而建立球面坐標(biāo)?？臻g點(diǎn)的位置在天球坐標(biāo)系下的表述為（r，）。天球空間直角坐標(biāo)系與天球球面坐標(biāo)系的關(guān)系可用圖2-1表示：圖2-1 天球直角坐標(biāo)系與球面坐標(biāo)系對同一空間點(diǎn)，天球空間直角坐標(biāo)系與其等效的天球球面坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系： （2-1） 式中，（2-2）2.1.2地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系有兩種幾何表達(dá)方式，即地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系。地球直角坐標(biāo)系的定義地球直角坐標(biāo)系的定義是：原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地球大地坐標(biāo)系的定義地球大地坐標(biāo)系的定義是：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸

9、與地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點(diǎn)位置在該坐標(biāo)系中表述為（L，B，H）。地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系可用圖2-2表示：圖2-2 地球直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系2.2參心系與地心系參心系大地坐標(biāo)系是一種固定在地球上，隨地球一起轉(zhuǎn)動的非慣性坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系根據(jù)其原點(diǎn)的位置不同，分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合，參心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與某一地區(qū)或國家所采用的參考橢球中心重合，通常與地球質(zhì)心不重合。我國先后建立的1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和新1954年北京坐標(biāo)系，都是參心坐標(biāo)系。這些坐標(biāo)系為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。但是，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，特別是全球衛(wèi)星定位技

10、術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，世界上許多發(fā)達(dá)國家和中等發(fā)達(dá)國家都已在多年前就開始使用地心坐標(biāo)系。 地心系以地球質(zhì)心為原點(diǎn)建立的空間直角坐標(biāo)系，或以球心與地球質(zhì)心重合的地球橢球面為基準(zhǔn)面所建立的大地坐標(biāo)系。以地球質(zhì)心(總橢球的幾何中心)為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系 (以x，y，z為其坐標(biāo)元素)和地心大地坐標(biāo)系 (以B，L，H為其坐標(biāo)元素)。地心坐標(biāo)系是在大地體內(nèi)建立的O-XYZ坐標(biāo)系。原點(diǎn)O設(shè)在大地體的質(zhì)量中心，用相互垂直的X，Y，Z三個(gè)軸來表示，X軸與首子午面與赤道面的交線重合，向東為正。Z軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合，向北為正。Y軸與XZ平面垂直構(gòu)成右手系。2.3常用的坐標(biāo)系統(tǒng)我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有

11、：1大地坐標(biāo)系統(tǒng)，2、WGS84坐標(biāo)系，3、ITRF框架4、BJ54坐標(biāo)系，5.XIAN80坐標(biāo)系，6、新BJ54坐標(biāo)系，7、CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)2.3.1大地坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系統(tǒng)是表示點(diǎn)在大地坐標(biāo)系中的位置，用經(jīng)度、緯度和高程表示（1）經(jīng)、緯度經(jīng)緯度有天文經(jīng)緯度和大地經(jīng)緯度之分。天文經(jīng)、緯度用表示，以鉛垂線為基準(zhǔn)線，用天文測量方法測定。在測量學(xué)中常用到的是大地經(jīng)緯度。大地經(jīng)、緯度用L、B表示，以地球橢球的發(fā)現(xiàn)為計(jì)算的基準(zhǔn)線，用大地測量的方法計(jì)算得到。大地 同一點(diǎn)的天文經(jīng)緯度和大地經(jīng)緯度不相同，原因在于同點(diǎn)上的鉛垂線和地球橢球的法線不相重合。兩者產(chǎn)生的夾角稱之為垂線偏差。大地坐標(biāo)系是采用大

12、地緯度、經(jīng)度和大地高程來描述空間位置的。緯度是空間的點(diǎn)與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經(jīng)度是空間的點(diǎn)與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角；大地高斯空間的點(diǎn)沿著參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。2.3.2、WGS84坐標(biāo)系WGS-84的定義：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個(gè)新參考系，WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐標(biāo)系。WGS-

13、84橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球是國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會大地測量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)長半徑：a=6378137±2（m）；地球引力常數(shù)：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；正?；A帶諧系數(shù)：C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9； J2=108263×10-8地球自轉(zhuǎn)角速度：=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1建立WGS-84世界大地坐標(biāo)系的一個(gè)重要目的，是在世

14、界上建立一個(gè)統(tǒng)一的地心坐標(biāo)系。2.3.3、ITRF框架ITRF，International Terrestrial Reference Frame，國際地球參考框架。它是由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局(IERS) 按一定要求建立地面觀測臺站進(jìn)行空間大地測量，并根據(jù)協(xié)議地球參考系的定義，采用一組國際推薦的模型和常數(shù)系統(tǒng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解算出各觀測臺站在某一歷元的坐標(biāo)和速度場，由此建立的一個(gè)協(xié)議地球參考框架。它是協(xié)議地球參考系（CTRS，Conventional Terrestrial Reference System）的具體實(shí)現(xiàn)。CTRS由原點(diǎn)、定向、尺度和時(shí)變四個(gè)基本元素來定義，各元素定義如下：1）

15、原點(diǎn)定為包括海洋和大氣的地球質(zhì)量中心；2）定向采用國際時(shí)間局（BIH，Bureau International de IHeure）1984.0結(jié)果；3）尺度是廣義相對論意義下，局部地球框架的尺度；4）時(shí)變遵循地殼板塊運(yùn)動相對于地球整體無旋轉(zhuǎn)，即地殼不受剩余地球自轉(zhuǎn)的影響。ITRF每年通過IERS技術(shù)文件向世界各國有關(guān)機(jī)構(gòu)公布ITRFyy。年序yy指明了ITRF在框架形成過程中，使用的有效數(shù)據(jù)所至的最終年代，如ITRF97表明以坐標(biāo)和速率表示的框架，所利用的有效數(shù)據(jù)一直到1997年。ITRF采用了VLB I（甚長基線干涉）、SLR（激光測衛(wèi)）、LLR（激光測月）、DOR IS（多普勒衛(wèi)星跟蹤和

16、無線電定位系統(tǒng)）和GPS（全球定位系統(tǒng)）等多種空間大地測量技術(shù)，它是綜合多個(gè)數(shù)據(jù)分析中心的解算結(jié)果，由一系列測站相對于某一參考?xì)v元的坐標(biāo)和位移速度構(gòu)成 ，即它是通過一組固定于地球表面而且只作線性運(yùn)動的大地點(diǎn)的坐標(biāo)及坐標(biāo)變化速率組成。2.3.4、BJ54坐標(biāo)系該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：a=6378245 f=1/298.3 BJ54坐標(biāo)系的缺點(diǎn)： 自 P54建立以來，在該坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行了許多地區(qū)的局部平差，其成果得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著測繪新理論、新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)該坐標(biāo)系存在如下缺點(diǎn)： 1、 橢球參數(shù)

17、有較大誤差?？死鞣蛩够鶛E球差數(shù)與現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)相比，長半軸約大109m。 2、 參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)+60m。這使得大比例尺地圖反映地面的精度受到影響，同時(shí)也對觀測量元素的歸算提出了嚴(yán)格的要求。 3、 幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。我國在處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特19001909年正常重力公式，與這個(gè)公式相應(yīng)的赫爾默特扁球不是旋轉(zhuǎn)橢球，它與克拉索夫斯基橢球是不一致的，這給實(shí)際工作帶來了麻煩。 4、 定向不明確。橢球短半軸的指向既不是國際是普遍采用的國際協(xié)議（原點(diǎn)）CIO（Conventional Int

18、ernational Origin），也不是我國地極原點(diǎn)JYD1968.0；起始大地子午面也不是國際時(shí)間局BIH（Bureau International de I Heure）所定義的格林尼治平均天文臺子午面，從而給坐標(biāo)換算帶來一些不便和誤差。 為此，我國在1978年在西安召開了“全國天文大地網(wǎng)整體平差會議”，提出了建立屬于我國自己的大地坐標(biāo)系，即后來的1980西安坐標(biāo)系。但時(shí)至今日，北京54坐標(biāo)系仍然是在我國使用最為廣泛的坐標(biāo)系。2.3.5.XIAN80坐標(biāo)系1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的地球橢球參數(shù)采用了IAG 1975年的推薦值，它們是： a=6378140 f =1/298.25

19、7 大地原點(diǎn)：我國中部陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)。橢球的短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0 JYD地極原點(diǎn)方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)符合最好，高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準(zhǔn)。 因1980年國家大地坐標(biāo)系天文大地網(wǎng)整體平差，而1954年北京大地坐標(biāo)系屬局部平差，使兩系統(tǒng)的坐標(biāo)值存在偶然差（也包括局部性系統(tǒng)差）。兩系統(tǒng)間的差異，使地形圖圈廓線位置發(fā)生變化，按1980年國家大地坐標(biāo)系測的圖與按1954年北京坐標(biāo)系測的圖，在接邊處會產(chǎn)生裂隙，這給實(shí)際工作帶來不便。經(jīng)分析，差值主要來自橢球參數(shù)和定位改變而產(chǎn)生的系統(tǒng)差部分。2.3

20、.6、新BJ54坐標(biāo)系為此，有關(guān)部門提出，將全國天文大地網(wǎng)整體平差的結(jié)果，通過1980年國家大地坐標(biāo)系的定位參數(shù)dX、dY、dZ（表示克拉索夫斯基橢球中心相對于1975年國際橢球中心的三個(gè)坐標(biāo)分量）和與克拉索夫斯基橢球參數(shù)da、d，整體換算到克拉索夫斯基橢球體上，形成一個(gè)新的坐標(biāo)系。有稱為54向80過渡坐標(biāo)系，有的稱1954年北京坐標(biāo)系（整體平差轉(zhuǎn)換值），但習(xí)慣上稱新1954年北京坐標(biāo)系。橢球的幾何參數(shù)與克氏橢球一樣，而定位與定向的依據(jù)又完全與80坐標(biāo)系一樣。新54與舊54比較：兩系統(tǒng)同一點(diǎn)坐標(biāo)的不同主要是由于一個(gè)是全國統(tǒng)一平差的結(jié)果，另一個(gè)是局部平差的結(jié)果。新54與80坐標(biāo)系比較：兩系統(tǒng)同一

21、點(diǎn)坐標(biāo)的不同主要是由于兩系統(tǒng)定義不同產(chǎn)生的系統(tǒng)差。2.3.7、CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)CGCS2000是以ITRF參考框架為基準(zhǔn)，通過我國GPS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站、空間大地控制網(wǎng)以及天文大地網(wǎng)與空間大地網(wǎng)聯(lián)合平差建立的地心大地坐標(biāo)系統(tǒng)。2000國家大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心；2000國家大地坐標(biāo)系的Z軸由原點(diǎn)指向歷元2000.0的地球參考極的方向，該歷元的指向由國際時(shí)間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時(shí)間演化保證相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉(zhuǎn)，X軸由原點(diǎn)指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。采用廣

22、義相對論意義下的尺度。2.4 地方獨(dú)立坐標(biāo)系在生產(chǎn)實(shí)際中，我們通常把控制網(wǎng)投影到當(dāng)?shù)仄骄０胃叱堂嫔希⒁援?dāng)?shù)刈游缇€作為中央子午線進(jìn)行高斯投影建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系。地方獨(dú)立坐標(biāo)系隱含一個(gè)與當(dāng)?shù)仄骄０胃叱虒?yīng)的參考橢球地方參考橢球。地方參考橢球的中心、軸向和扁率與國家參考橢球相同，其長半徑則有一改正量。設(shè)地方獨(dú)立坐標(biāo)系位于海拔高程為h的曲面上，該地方的大地水準(zhǔn)面差距為，則該曲面離國家參考橢球的高度為：（2-3）又由獨(dú)立坐標(biāo)系的定義知：（2-4）于是，地方參考橢球和國家參考橢球的關(guān)系可以表述為：中心一致： （2-5）軸向一致:（2-6） 扁率相等：（2-7）長半徑有一增量：（2-8） 第三章坐標(biāo)轉(zhuǎn)

23、換的理論基礎(chǔ)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題的詳細(xì)了解對于測量很重要。首先，我們要弄清楚幾種坐標(biāo)表示方法。大致有三種坐標(biāo)表示方法：經(jīng)緯度和高程，空間直角坐標(biāo)，平面坐標(biāo)和高程。我們通常說的WGS-84坐標(biāo)是經(jīng)緯度和高程這一種，北京54坐標(biāo)是平面坐標(biāo)和高程著一種?，F(xiàn)在，再搞清楚轉(zhuǎn)換的嚴(yán)密性問題，在同一個(gè)橢球里的轉(zhuǎn)換都是嚴(yán)密的，而在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的。舉個(gè)例子，在WGS-84坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)之間是不存在一套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以全國通用的，在每個(gè)地方會不一樣，因?yàn)樗鼈兪莾蓚€(gè)不同的橢球基準(zhǔn)。那么，兩個(gè)橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)該是怎樣的呢？一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法（包括布爾莎模型，一步法模型，海爾曼特等），即X平移，Y

24、平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。要求得七參數(shù)就需要在一個(gè)地區(qū)需要3個(gè)以上的已知點(diǎn)，如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30Km(經(jīng)驗(yàn)值)，這可以用三參數(shù)（莫洛登斯基模型），即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。在本軟件中提供了計(jì)算三參數(shù)、七參數(shù)的功能。在一個(gè)橢球的不同坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換可能會用到平面轉(zhuǎn)換，現(xiàn)階段一般分為四參數(shù)和平面網(wǎng)格擬合兩種方法，以四參數(shù)法在國內(nèi)用的較多，舉個(gè)例子，在深圳既有北京54坐標(biāo)又有深圳坐標(biāo)，在這兩種坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換就用到四參數(shù)，計(jì)算四參數(shù)需要兩個(gè)已知點(diǎn)。更精確的可以提供網(wǎng)格擬合數(shù)據(jù),本軟件提

25、供計(jì)算和應(yīng)用四參數(shù)的功能,也提供了網(wǎng)格擬合的功能。另外，還有高程擬合的問題，大地水準(zhǔn)面模型在國內(nèi)用戶中很少會用到，但在國際上已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)之一。3.1大地坐標(biāo)系統(tǒng)與空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換原理設(shè)地面點(diǎn)P的坐標(biāo)為B、L、H，空間直角坐標(biāo)為X、Y、Z，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：（3-1）式中，（3-2）（3-3）e為第一偏心率。由空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)通常采用下式：（3-4）式中，（3-5）用上式計(jì)算大地緯度時(shí)，先對式右端的B設(shè)定近似值,用逐次趨近法求B值，直到兩次求得的B值之差小于限差為止。3.2空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換原理地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，可采用布爾莎7參數(shù)模型轉(zhuǎn)換。假設(shè)為參心空間直角坐

26、標(biāo)向量；為地心空間直角坐標(biāo)向量；為其間的定位（平移）參數(shù)向量；為其間的定向（旋轉(zhuǎn)）參數(shù)向量；則兩種坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的（布爾莎7參數(shù)法）公式為：（3-6）式中為三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)；dK為尺度比變換參數(shù)。上式適用于任意兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)間的相互轉(zhuǎn)換。若把該式的認(rèn)為是地面參心坐標(biāo)系，而是GPS測量用的WGS-84坐標(biāo)系，則它便是將GPS觀測坐標(biāo)值向地面參心坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的公式，若將地面參心坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為地心坐標(biāo)系，只需將轉(zhuǎn)換參數(shù)的符號改變即可。第四章 基于VB的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換4.1 VB簡介VB是Microsoft公司于1991年推出的基于窗口的可視化程序設(shè)計(jì)語言。既繼承了Basic語言易學(xué)、易用的優(yōu)點(diǎn)，

27、其編程系統(tǒng)又引入了面向?qū)ο蟮臋C(jī)制和可視化設(shè)計(jì)方法。極大地降低了開發(fā)Windows應(yīng)用程序的難度，使程序開發(fā)的效率大大提高。VB6.0有三種基本版本：·學(xué)習(xí)版。是VB6.0的基本版本。·專業(yè)版。為專業(yè)編程人員提供了一整套功能完備的開發(fā)工具，包括學(xué)習(xí)版的全部功能以及Activex控件、Internet控件等。·企業(yè)版。使得專業(yè)編程人員能夠開發(fā)強(qiáng)大的組內(nèi)分布式應(yīng)用程序。該版本包括專業(yè)版的全部功能以及Back Office工具。4.2系統(tǒng)開發(fā)語言的選擇VB6.0道路放樣程序具有很強(qiáng)的開放性。這兒的開放性是指在開發(fā)環(huán)境的選擇上可以有VBA、VB、VC.net 、VC+、VC

28、.net、DELPHI、JAVA等多種支持COM標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言。選用VB 6.0作為系統(tǒng)的開發(fā)語言是基于以下特點(diǎn)考慮：（1）面向?qū)ο?VB采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。它的基本思路是把復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)問題分解為一個(gè)個(gè)能夠完成獨(dú)立功能的相對簡單的對象集合，所謂“對象”就是一個(gè)可操作的實(shí)體，如窗體、窗體中的命令按鈕、標(biāo)簽、文本框等。面向?qū)ο蟮木幊叹秃孟翊罘e木一樣，程序員可根據(jù)程序和界面設(shè)計(jì)要求，直接在屏幕上“畫出”窗口、菜單、按鈕等不同類型的對象，并為每個(gè)對象設(shè)置屬性。（2）事件驅(qū)動     在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動方式運(yùn)行的，每個(gè)對象都能響應(yīng)多個(gè)不同的

29、事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動一段代碼事件過程，該代碼決定了對象的功能。通常稱這種機(jī)制為事件驅(qū)動。事件可由用戶的操作觸發(fā)，也可以由系統(tǒng)或應(yīng)用程序觸發(fā)。例如，單擊一個(gè)命令按鈕，就觸發(fā)了按鈕的Click(單擊)事件，該事件中的代碼就會被執(zhí)行。若用戶未進(jìn)行任何操作(未觸發(fā)事件)，則程序就處于等待狀態(tài)。整個(gè)應(yīng)用程序就是由彼此獨(dú)立的事件過程構(gòu)成。（3）軟件的集成式開發(fā) VB為編程提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，編程者可設(shè)計(jì)界面、編寫代碼、調(diào)試程序，直至把應(yīng)用程序編譯成可在Windows中運(yùn)行的可執(zhí)行文件，并為它生成安裝程序。VB的集成開發(fā)環(huán)境為編程者提供了很大的方便。（4）結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言 VB具有豐

30、富的數(shù)據(jù)類型，是一種符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想的語言，而且簡單易學(xué)。此外作為一種程序設(shè)計(jì)語言，VB還有許多獨(dú)到之處。（5）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫訪問功能 VB利用數(shù)據(jù)控件可以訪問多種數(shù)據(jù)庫，VB 6.0提供的ADO控件，不但可以用最少的代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作和控制，也可以取代Data控件和RDO控件。 （6）支持對象的鏈接與嵌入技術(shù) VB的核心是對對象的鏈接與嵌入(OLE)技術(shù)的支持，它是訪問所有對象的一種方法。利用OLE技術(shù)，能夠開發(fā)集聲音、圖像、動畫、字處理、Web等對象于一體的程序。（7）網(wǎng)絡(luò)功能 VB 6.0提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具。利用這種技術(shù)可以動態(tài)創(chuàng)建和編輯Web頁面，使用戶在VB中開發(fā)多功能的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

31、軟件。     （8）多個(gè)應(yīng)用程序向?qū)B提供了多種向?qū)?，如?yīng)用程序向?qū)А惭b向?qū)?、?shù)據(jù)對象向?qū)Ш蛿?shù)據(jù)窗體向?qū)?，通過它們可以快速地創(chuàng)建不同類型、不同功能的應(yīng)用程序。    （9）支持動態(tài)交換、動態(tài)鏈接技術(shù) 通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)的編程技術(shù)，VB開發(fā)的應(yīng)用程序能與其他Windows應(yīng)用程序之間建立數(shù)據(jù)通信。通過動態(tài)鏈接庫技術(shù)，在VB程序中可方便地調(diào)用用C語言或匯編語言編寫的函數(shù)，也可調(diào)用Windows的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)。（lO）聯(lián)機(jī)幫助功能    在VB中，利用幫助菜單和F1功能鍵，用戶可隨時(shí)

32、方便地得到所需要的幫助信息。VB幫助窗口中顯示了有關(guān)的示例代碼，通過復(fù)制、粘貼操作可獲取大量的示例代碼，為用戶的學(xué)習(xí)和使用提供方便。4.3利用VB實(shí)現(xiàn)空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換基于VB程序設(shè)計(jì)的前提是要有每個(gè)坐標(biāo)系的各項(xiàng)參數(shù)和轉(zhuǎn)換公式，通過第三章的講解，我們已經(jīng)大概掌握了。首先，打開VB6.0 ，進(jìn)入VB6.0的主界面，選擇”標(biāo)準(zhǔn)EXE”（如圖4-1）。圖4-1通過坐標(biāo)的工具欄設(shè)計(jì)程序的主界面（如圖4-2），圖4-2進(jìn)入代碼編輯界面，定義大地坐標(biāo)系統(tǒng)和空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)大地坐標(biāo)系統(tǒng)代碼如下：'空間大地坐標(biāo)系 Public b As Double Public l As Double

33、Public H As Double空間直角坐標(biāo)系代碼如下：'空間直角坐標(biāo)系 Public x As Double Public y As DoublePublic Z As Double在整個(gè)程序的設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會用到關(guān)于角度的轉(zhuǎn)換，所以我們定義了角度轉(zhuǎn)換的語句：Public Function Angular_Radian(Angular As Double) As Double '度小數(shù)化弧度Angular_Radian = Angular * PI / 180End FunctionPublic Function Radian_Angular(Radian As Doub

34、le) As Double '弧度化度小數(shù)Radian_Angular = Radian * 180 / PIEnd FunctionPublic Function DMS_Angular(DMS As Double) As Double '度分秒化度小數(shù)Dim D As Double, M As Double, S As DoubleDim tDMS As Double, tS As DoubleIf DMS = 0 Then DMS_Angular = 0: Exit FunctiontDMS = DMS * 10000S = Val(Right(CStr(Int(tDMS

35、), 2) + tDMS - Int(tDMS)M = Val(Left(Right(CStr(Int(tDMS), 4), 2)D = Val(Left(Int(tDMS), Len(CStr(Int(tDMS) - 4)DMS_Angular = D + M / 60 + S / 3600End FunctionPublic Function Angular_DMS(Angular As Double) As Double '度小數(shù)化度分秒Dim D As Double, M As Double, S As DoubleD = Int(Angular)M = Int(Angular

36、 - D) * 60) / 100S = (Angular - D - M * 100 / 60) * 3600 / 10000Angular_DMS = D + M + SEnd Function計(jì)算計(jì)算卯酉圈半徑N如下：Public Function GetN(a As Double, b As Double, RB As Double) As Double '計(jì)算卯酉圈半徑NDim e2 As Doublee2 = GetE2(a, b)GetN = a / Sqr(1 - e2 * (Sin(RB) 2)End Function計(jì)算公式如下：Public Function Ge

37、tE2(a As Double, b As Double) As Double '計(jì)算e2GetE2 = (a 2 - b 2) / a 2End Function在此，最重要的就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的公式了，代碼如下：空間大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)系(a為地球長半軸,b為地球短半軸)Public Sub BLH_XYZ(RBLH As BLH, a As Double, b As Double) '空間大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)系(a為地球長半軸,b為地球短半軸)Dim e2 As Double, N As Double'Dim BtoX As New XYZe2 = GetE

38、2(a, b)N = GetN(a, b, RBLH.b)BtoX.x = (N + RBLH.H) * Cos(RBLH.b) * Cos(RBLH.l)BtoX.y = (N + RBLH.H) * Cos(RBLH.b) * Sin(RBLH.l)BtoX.Z = (N * (1 - e2) + RBLH.H) * Sin(RBLH.b)End Sub關(guān)于空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間大地坐標(biāo)系，我們才用的是迭代法，代碼如下：Public Sub XYZ_BLH(IXYZ As XYZ, a As Double, b As Double) '空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間大地坐標(biāo)系(迭代法)Di

39、m e2 As Double, N As DoubleDim tB As Double, tH As Double, Lb As Double, lH As Doublee2 = GetE2(a, b)If IXYZ.x = 0 ThenXtoB.l = PI / 2ElseXtoB.l = Atn(IXYZ.y / IXYZ.x)End IfIf IXYZ.x = 0 And IXYZ.y = 0 ThenXtoB.b = PI / 2N = GetN(a, b, XtoB.b)XtoB.H = IXYZ.Z / Sin(XtoB.b) - N * (1 - e2)ElsetB = Atn(

40、IXYZ.Z / Sqr(IXYZ.x 2 + IXYZ.y 2)mGoTo:N = GetN(a, b, tB)tH = Sqr(IXYZ.x 2 + IXYZ.y 2) / Cos(tB) - NLb = Atn(IXYZ.Z + N * e2 * Sin(tB) / Sqr(IXYZ.x 2 + IXYZ.y 2)If Abs(Lb - tB) > 1E-99 ThentB = LbGoTo mGoToElseXtoB.b = LbN = GetN(a, b, XtoB.b)XtoB.H = Sqr(IXYZ.x 2 + IXYZ.y 2) / Cos(XtoB.b) - NEnd

41、 IfEnd IfEnd Sub根據(jù)上述的設(shè)計(jì)語句，我們可以通過調(diào)用函數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的操作，代碼如下：Public BtoX As New XYZPublic XtoB As New BLHPublic pi As DoublePublic Sub Command1_Click()Dim a As Double, b As Doublea = 6378245b = 6354950Dim pBLH As New BLHDim pXYZ As New XYZIf Option1.Value = True ThenpBLH.b = Val(Me.Text1.Text)pBLH.l = Val(

42、Me.Text2.Text)pBLH.H = Val(Me.Text3.Text)Call BLH_XYZ(pBLH, a, b)pXYZ.x = BtoX.xpXYZ.y = BtoX.ypXYZ.Z = BtoX.ZMe.Text4.Text = Str(pXYZ.x)Me.Text5.Text = Str(pXYZ.y)Me.Text6.Text = Str(pXYZ.Z)End IfIf Option2.Value = True ThenBtoX.x = Val(Me.Text4.Text)BtoX.y = Val(Me.Text5.Text)BtoX.Z = Val(Me.Text6

43、.Text)Call XYZ_BLH(BtoX, a, b)Dim w As DoubleXtoB.l = Radian_Angular(XtoB.l)XtoB.l = Angular_DMS(XtoB.l)XtoB.b = Radian_Angular(XtoB.b)XtoB.b = Angular_DMS(XtoB.b)pXYZ.x = XtoB.bpXYZ.y = XtoB.lpXYZ.Z = XtoB.HpXYZ.x = Format(XtoB.b, "#.00000000 ")pXYZ.y = Format(XtoB.l, "#.00000000 &qu

44、ot;)pXYZ.Z = Format(XtoB.H, "#.00000000 ")Me.Text1.Text = Str(pXYZ.x)Me.Text2.Text = Str(pXYZ.y)Me.Text3.Text = Str(pXYZ.Z)End IfEnd Sub程序設(shè)計(jì)好之后就是要檢驗(yàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是否成功了，我們找來了一個(gè)已知點(diǎn)。在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)值：X=2558068.045186Y=423173.403201Z=200在空間大地坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值為：B=000:00.26961279NL=009:23.59186463EH=-3785303.049735在文本框輸入已知點(diǎn)的坐標(biāo)，檢測該點(diǎn)在另外一個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)是否正確：首先從空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到空間大地坐標(biāo)系統(tǒng)，結(jié)果如下（圖4-3）：圖4-3基本上滿足該點(diǎn)在空間大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值。第五章結(jié)論工程施工過程中，常常