測量中的常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換概述課件

1、測量中的常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換概述測量中的常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換概述內(nèi)容一、測量學(xué)的基本知識二、測量中的各種坐標(biāo)系三、坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換內(nèi)容一、測量學(xué)的基本知識1、大地體：把地球總的形狀看做是被海水包圍的球體，設(shè)想有一個靜 止的海水面向陸地延伸而形成一個封閉的曲面；由于海水有潮汐，時高時低，所以取其平均的海水面作為地球形狀和大小的標(biāo)準(zhǔn)，它所包圍的形體就是大地體。2、水準(zhǔn)面：靜止而不流動的水面上的每一個分子，各自都受到重力的作用，在重力位相同時這些水分子便不流動而成靜止?fàn)顟B(tài)，形成一個重力等位面，這個面被稱為水準(zhǔn)面。 3、大地水準(zhǔn)面：用平均海水面代替海水靜止時的水面，是一個特定重力位的水準(zhǔn)面，將其稱為大地

2、水準(zhǔn)面 。4、鉛垂線：沿重力方向懸掛的線。一、測量學(xué)的基本知識1、大地體：把地球總的形狀看做是被海水包一、測量學(xué)的基本知識5、地球橢球：由于地球吸引力的大小與地球內(nèi)部的質(zhì)量有關(guān)，地球內(nèi)部的質(zhì)量分布不均勻，這引起地面上個點(diǎn)的鉛垂線方向方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，因而大地水準(zhǔn)面是一個有微小起伏的不規(guī)則的曲面，不能用數(shù)學(xué)公式嚴(yán)格表示，所以測繪工作便選取可以用數(shù)學(xué)式嚴(yán)格表示的、大小與大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢圓作為地球的參考形狀和大小。用來代表地球的旋轉(zhuǎn)橢球就叫做地球橢球，它是地球的數(shù)學(xué)代表。一、測量學(xué)的基本知識5、地球橢球：由于地球吸引力的大小與地球一、測量學(xué)的基本知識 旋轉(zhuǎn)橢球是由橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的幾何體

3、。 右圖中， O是橢球中心， NS為旋轉(zhuǎn)軸， a為長半軸， b為短半軸 NKAS為子午圈（經(jīng)圈，子午橢圓） QKQ為平行圈（緯圈） EAE為赤道 旋轉(zhuǎn)橢球的形狀和大小由子午橢圓的五個基本幾何參數(shù)決定。 橢圓的長半軸 橢圓的短半軸 橢圓的扁率 橢圓的第一偏心率 橢圓的第二偏心率 一、測量學(xué)的基本知識 旋轉(zhuǎn)橢球是由橢圓繞其短軸6、參考橢球：具有一定幾何參數(shù)、經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳密合的地球橢球。參考橢球上的坐標(biāo)系，叫做參心坐標(biāo)系。7、總地球橢球：除了滿足地心定位和雙平行定位條件外，在確定橢球參數(shù)時使它在全球范圍內(nèi)與大地體最密合的地球橢球?？偟厍驒E球上的坐標(biāo)系，叫做地心坐標(biāo)系。

4、 一、測量學(xué)的基本知識局部定位地心定位橢球定位1、一定范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合；2、橢球中心則無特殊要求。1、全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合，2、橢球中心與地球質(zhì)心一致（或十分接近）。橢球定向1、橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸2、大地起始子午面平行于天文起始子午面6、參考橢球：具有一定幾何參數(shù)、經(jīng)過局部定位和定向，同某一地1、大地坐標(biāo)系 定義：大地測量中以參考橢球面（不準(zhǔn)確）為基準(zhǔn)面建立起來的坐標(biāo)系。 一定的參考橢球和一定的大地原點(diǎn)上的大地起算數(shù)據(jù)，確定了一定的坐標(biāo)系。通常用參考橢球參數(shù)和大地原點(diǎn)上的起算數(shù)據(jù)作為一個參心大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志。大地坐標(biāo)（地理坐標(biāo)）：將某點(diǎn)投影到橢

5、球面上的位置用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示，（ B ， L）統(tǒng)稱為大地坐標(biāo)。大地高H：某點(diǎn)沿投影方向到基準(zhǔn)面（參考橢球面）的距離。在大地坐標(biāo)系中，某點(diǎn)的位置用（B ， L，H）來表示。 二、測量中的各種坐標(biāo)系所謂某點(diǎn)的大地經(jīng)度L ，就是通過該點(diǎn)的子午面與起始子午面的夾角；大地緯度B就是該點(diǎn)的橢球面法線與赤道面的交角。1、大地坐標(biāo)系二、測量中的各種坐標(biāo)系所謂某點(diǎn)的大地經(jīng)度L ，2、空間直角坐標(biāo)系 定義：以橢球體中心為原點(diǎn)，起始子午面與赤道面交線為X軸，在赤道面上與X軸正交的方向?yàn)閅軸，橢球體的旋轉(zhuǎn)軸為Z軸。 在空間直角坐標(biāo)系中，某點(diǎn)的位置用（X，Y，Z）來表示。 二、測量中的各種坐標(biāo)系2、空間直角

6、坐標(biāo)系二、測量中的各種坐標(biāo)系3、平面直角坐標(biāo)系在小區(qū)域進(jìn)行測量工作若采用大地坐標(biāo)來表示地面點(diǎn)位置是不方便的，通常采用平面直角坐標(biāo)系。測量工作以x軸為縱軸，以y軸為橫軸投影坐標(biāo)：為了建立各種比例尺地形圖的控制及工程測量控制，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。 4、地方獨(dú)立坐標(biāo)系 基于限制變形、方便、實(shí)用和科學(xué)的目的，在許多城市和工程測量中，常常會建立適合本地區(qū)的地方獨(dú)立坐標(biāo)系，建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系，實(shí)際上就是通過一些參數(shù)來確定地方參考橢球與投影面。二、測量中的各種坐標(biāo)系3、平面直角坐標(biāo)系二、測量中的各種坐標(biāo)系5、1954年北京坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系大地

7、原點(diǎn)：在前蘇聯(lián)的普爾科沃參考橢球：克拉索夫斯基橢球定向不明確長半軸 a=6378245，扁率 f=1/298.3 6、1980年西安坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系大地原點(diǎn)：位于我國陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)參考橢球： 1975年國際橢球定向明確，其短軸指向我國地極原點(diǎn)JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺的子午面。長半軸a=6378140m; 扁率f=1/298.257 二、測量中的各種坐標(biāo)系5、1954年北京坐標(biāo)系二、測量中的各種坐標(biāo)系7、WGS-84坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系。參考橢球：WGS-84橢球原點(diǎn)：地球的質(zhì)心空間直角坐標(biāo)系的z軸指向BIH（1984.0）定義的地極（CTP）方向，X軸指向

8、BIH定義的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 長半軸a=6378137m；扁率f=1:298.257223563 二、測量中的各種坐標(biāo)系7、WGS-84坐標(biāo)系二、測量中的各種坐標(biāo)系三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換不同橢球之間的轉(zhuǎn)換不嚴(yán)密同一橢球間的轉(zhuǎn)換嚴(yán)密不同空間直角坐標(biāo)系的換算不同大地坐標(biāo)系的換算大地坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系大地坐標(biāo)高斯平面坐標(biāo)高斯投影的鄰帶換算三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐不同橢球之間的轉(zhuǎn)換同一橢球間的轉(zhuǎn)換不同空間直角三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換1、不同空間直角坐標(biāo)系的換算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要求出轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)一般是利用重合點(diǎn)的兩套已知坐標(biāo)值通過一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算如果重合點(diǎn)為3個以上時，采用布爾

9、薩7參數(shù)（3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1個尺度變換參數(shù)）法進(jìn)行轉(zhuǎn)換三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換1、不同空間直角坐標(biāo)系的換算三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2、不同大地坐標(biāo)系的換算轉(zhuǎn)換參數(shù)：7參數(shù)+地球橢球參數(shù)（da，df） da為兩個橢球的長半軸之差 df為兩個橢球的扁率倒數(shù)之差一般，GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換有5個參數(shù)： dx：WGS84地心坐標(biāo)與目標(biāo)橢球地心坐標(biāo)的 X分量差。 (即 dx= X84 Xdest） dy：WGS84地心坐標(biāo)與目標(biāo)橢球地心坐標(biāo)的 Y分量差。 (即dy= Y84 Ydest） dz：WGS84地心坐標(biāo)與目標(biāo)橢球地心坐標(biāo)的 Z分量差。 (即dz = Z84 - Zdest） da：WGS84橢球與目標(biāo)橢球長半軸之

10、差。 (即 da= A84 - Adest，A為橢球的長半軸) df：WGS84橢球與目標(biāo)橢球扁率倒數(shù)之差。 (即df= 1/f84 - 1/fdest，其中 f為橢球的扁率, f84 = 1/298.257223563)轉(zhuǎn)換目標(biāo)坐標(biāo)為北京54坐標(biāo)系時， da=-108，df=0.0000005 轉(zhuǎn)換目標(biāo)坐標(biāo)為西安80坐標(biāo)系時，da=-3，df=0.000000008三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2、不同大地坐標(biāo)系的換算三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3、大地坐標(biāo)同空間直角坐標(biāo)的變換 三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3、大地坐標(biāo)同空間直角坐標(biāo)的變換三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換4、大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)的變換 將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo)，按照高斯投影正算公式 進(jìn)行。 高斯投影正算公式： 三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換4、大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)的變換三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換5、高斯投影的鄰帶換算 應(yīng)用高斯投影正反算公式間接進(jìn)行換帶計(jì)算：實(shí)質(zhì)是把橢球面上的大地坐標(biāo)作為過渡坐標(biāo)，首先把某投影帶（比如I帶）