【正文】 地圖投影轉(zhuǎn)換類(lèi)的設(shè)計(jì)與研究外文題目：THE DESIGNING AND STUDY ON MAP PROJECTION TRANSFORMATION畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 79 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文20頁(yè)） 圖紙共0張 完成日期 2011616 答辯日期 2011619 遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生誠(chéng)信承諾保證書(shū)本人鄭重承諾：《 》畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容真實(shí)、可靠，系本人在 指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)全部責(zé)任。學(xué)生簽名：年 月 日 遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師誠(chéng)信承諾保證書(shū)本人鄭重承諾：我已按學(xué)校相關(guān)規(guī)定對(duì) 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的選題與內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)和審核，確認(rèn)由該生獨(dú)立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔(dān)指導(dǎo)教師相關(guān)責(zé)任。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 摘要本文主要介紹了大地測(cè)量參考框架；不同基本坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換；地圖投影的鋪墊知識(shí)，如：曲率半徑；地圖投影的分類(lèi)以及地圖投影的變形與特殊投影的一般條件。詳細(xì)的介紹了不同類(lèi)型的方位投影，圓錐投影，圓柱投影的正反算公式。更加詳細(xì)的介紹了高斯投影正反算，換帶問(wèn)題；蘭伯托投影正反算；墨卡托投影正反算；以及北京5西安80和WGS—84坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換方法，其方法主要有4參數(shù)平面轉(zhuǎn)換、七參數(shù)轉(zhuǎn)換和九參數(shù)廣義大地坐標(biāo)微分公式轉(zhuǎn)換。并且用C++語(yǔ)言編寫(xiě)出了大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，主題解算正反算，高斯投影、墨卡托投影和蘭伯托投影的正反算，四參數(shù)平面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)空間旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換的程序，并用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了它們。在論文中闡述了編程的基本思路，附有程序流程圖。關(guān)鍵詞：地圖投影；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；參數(shù)轉(zhuǎn)換；投影分類(lèi)；C++坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。AbstractThis paper mainly introduces the frame of reference for land measurement。 Different basic coordinate system of mutual transformation。 What knowledge map projection, such as: the curvature radius。 The classification of a map projection map projection and the deformation and the projection of general conditions. Special Detailed introduces the different types of orientation, cone, cylindrical projection projection of the projection is positive and negative formula. More detailed introduces the projection is positive and negative, in gaussian with problem。 LanBo projection is positive and negative。 Ink is positive and negative cato projection。 And Beijing 54, xian, WGS 8084 coordinates transformation method, the main methods four parameters plane conversion, seven parameters conversion, and nine parameters generalized differential formula geodetic coordinates transformation. And with a C + + language to develop out of the earth and space coordinate conversion of the rectangular, theme is positive and negative, gaussian calculation, cato projection and projection ink, the positive and negative LanBo projection calculate, four parameters plane rotation transformation and seven parameters space program, and the rotating conversion data validation them. In the thesis expounds the basic thought of the programming, with thinking structure maps. Key words: map projection。 Coordinate transformation。 Parameter transformation。 Projection classification。 C + + coordinate transformati.目錄1 引言 1 地圖投影學(xué)的意義和任務(wù) 1 國(guó)際上地圖投影發(fā)展的新趨勢(shì) 12 大地測(cè)量參考系統(tǒng)和參考框架 3 坐標(biāo)參考系統(tǒng) 3 大地坐標(biāo)系統(tǒng) 3 空間直角坐標(biāo)系 3 大地極坐標(biāo)系統(tǒng) 3 站心地平坐標(biāo)系 4 幾種過(guò)渡坐標(biāo)系 4 高程參考系統(tǒng) 5 大地高，正高和正常高及其關(guān)系 5 我國(guó)常用的高程基準(zhǔn) 5 參考框架 6 橢球定位和定向 6 參心坐標(biāo)系及我國(guó)常用參心坐標(biāo)系 6 地心坐標(biāo)系及WGS84世界大地坐標(biāo)系 83 地圖投影基本理論 9 子午圈和卯酉圈曲率半徑及其弧長(zhǎng) 9 子午線和卯酉圈曲率半徑 9 子午線弧長(zhǎng)及平行圈弧長(zhǎng) 10 地球橢球體表面上的梯形面積 11 某種條件下的球體半徑 12 大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換 12 大地測(cè)量主題解算——白賽爾法 14 空間直角坐標(biāo)系變換 17 歐勒角與旋轉(zhuǎn)矩陣 17 不同空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 19 不同大地坐標(biāo)系換算 20 球面極坐標(biāo)及其換算 21 地圖投影的基本理論 21 地圖投影的基本方法和投影分類(lèi) 21 地圖投影的變形 23 等角、等積和等距離投影的一般條件 254 常見(jiàn)地圖投影分類(lèi)及各投影簡(jiǎn)介 27 方位投影 27 方位投影的概念和基本公式 27 等面積方位投影 28 等距離方位投影 28 正射投影 29 球面投影（等角方位投影） 29 球心投影 30 方位投影的應(yīng)用 30 圓柱投影 30 正軸圓柱投影的概念和基本公式 30 等面積和等距離圓柱投影 31 橫軸圓柱投影 32 圓柱投影的應(yīng)用 33 圓錐投影 33 圓錐投影的概念及一般公式 33 正軸等面積與等距離圓錐投影 35 圓錐投影的應(yīng)用 365 常用地圖投影及其變換實(shí)現(xiàn) 37 高斯—克呂格投影及其相關(guān)換算問(wèn)題 37 高斯—克呂格投影基本原理 37 高斯投影正反算 38 高斯投影的鄰帶坐標(biāo)換算 40 WGS84坐標(biāo)、北京54坐標(biāo)與80國(guó)家坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 41 通用墨卡托投影 42 等角圓柱投影（墨卡托投影） 43 蘭勃脫投影及蘭勃脫投影正反算 44 投影變換的提出及基本公式 46 在VC++語(yǔ)言下的常用投影轉(zhuǎn)換 47 地圖投影變換軟件簡(jiǎn)介 47 地圖投影轉(zhuǎn)換軟件流程 49 地圖投影軟件數(shù)據(jù)驗(yàn)證 516 總結(jié)與展望 55致謝 56參考文獻(xiàn) 57附錄A 譯文 58附錄B 外文文獻(xiàn) 671 引言 地圖投影學(xué)的意義和任務(wù)現(xiàn)代地圖據(jù)有三個(gè)基本性質(zhì)：第一、由數(shù)學(xué)確定結(jié)構(gòu)；第二、已專門(mén)符號(hào)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)的空間信息；第三、以縮小概括的方式反映地球（或其他星體）表面的客觀實(shí)際。其中首要的一條是地圖的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，即地圖的經(jīng)緯網(wǎng)、地圖配置和比例尺等。沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的地圖，不能稱之為現(xiàn)代地圖，因?yàn)樗チ说貓D的嚴(yán)密科學(xué)性和當(dāng)代實(shí)用價(jià)值。從這種沒(méi)有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的地圖上，是不可能獲得正確的方位、距離、面積等數(shù)據(jù)以及各要素的空間關(guān)系和形狀。在測(cè)繪工作中，是把地球表面當(dāng)做一個(gè)扁率很小的旋轉(zhuǎn)托球面來(lái)處理的。旋轉(zhuǎn)托球面?zhèn)€點(diǎn)的相互位置，是以三角測(cè)量和天文測(cè)量求得并以經(jīng)緯度表示。在測(cè)繪和編繪地圖時(shí)，需要通過(guò)數(shù)學(xué)方法將橢球面上各點(diǎn)表示在平面上而成為地圖。假如測(cè)區(qū)面積很小，在半徑小于20km的范圍內(nèi)時(shí)，可以不考慮地球曲率，直接把這樣小的曲面當(dāng)做平面處理。這樣側(cè)制的地圖稱之為平面圖。如果制圖區(qū)域是超過(guò)上述面積的任一地區(qū)以至全球，則必須將地球表面作為橢球面處理。但是不論橢球面還是球面，都是不可展區(qū)面。如果把一個(gè)不可展曲面強(qiáng)行壓平，就好像把一個(gè)乒乓球切開(kāi)壓平一樣，必須產(chǎn)生斷裂和重疊。如此就不能獲得完整而連續(xù)的地球表面的平面圖形，當(dāng)然也就不符合人們對(duì)地圖的要求。為了解決地圖平面與地球曲面間的這對(duì)矛盾，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐，人們終于尋求到地圖投影這一科學(xué)方法。所謂地圖投影，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在平面上相對(duì)應(yīng)得經(jīng)緯網(wǎng)的數(shù)學(xué)法則。研究這些法則的專門(mén)學(xué)科，叫做地圖投影。他的基本任務(wù)是：研究將地理坐標(biāo)描寫(xiě)到平面上建立地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的各種可能的方法；討論這些方法的理論、變形規(guī)律、實(shí)用價(jià)值以及不同投影坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。 國(guó)際上地圖投影發(fā)展的新趨勢(shì)外星地圖投影，過(guò)去凡提到地圖和地圖投影，往往只是針對(duì)地球而言。自從人類(lèi)登上月球后，地圖制圖的領(lǐng)域已從地球擴(kuò)展到外星。目前月球制圖所需要的各種投影，也早已研究和選定了。鎖著宇航技術(shù)的發(fā)展，不久的將來(lái)有可能登上距地球較近的其他星體，到時(shí)還會(huì)增加更多星體的地圖投影?？臻g地圖投影，過(guò)去原有的靜態(tài)的地圖投影，已不適用于人造地球衛(wèi)星在自己的軌道運(yùn)行中，通過(guò)掃描裝置自動(dòng)攝取自轉(zhuǎn)著的地球表面影像進(jìn)行連續(xù)制圖的要求。1974年美國(guó)地質(zhì)測(cè)量局科爾沃克雷塞斯空間斜墨卡托投影，1977年由瓊金斯和施耐德同時(shí)推求出som投影的公式，并證實(shí)它是一種最適合于陸地衛(wèi)星掃描影像制圖的投影。1980年后，施耐德又研制出微型軌跡地圖投影，它包括衛(wèi)星軌跡圓柱投影和衛(wèi)星軌跡圓錐投影。其特點(diǎn)是非常簡(jiǎn)化并能在地圖上顯示出衛(wèi)星軌跡和攝影地區(qū)。但由于變形較大，不能代替SOM投影用于大中比例尺的衛(wèi)星影像制圖。多焦投影和比例尺投影，近年來(lái)計(jì)量地理學(xué)和某些新興專題地圖的發(fā)展，要求利用地圖投影的變形或擴(kuò)大這種變形的方式，反應(yīng)區(qū)域內(nèi)某現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)量的強(qiáng)度及其分布趨勢(shì)，并在地圖上讓讀者明顯的看出這種差異。多焦投影是在同一投影的地圖上，運(yùn)用不同的投影中心或視點(diǎn)位置，增大或縮小局部范圍的比例尺，使制圖現(xiàn)象的強(qiáng)度或密度與統(tǒng)計(jì)面的大小成比例以反映其分布差異。例如編制城市旅游圖，可使城市中心區(qū)的比例尺比郊區(qū)增大1倍~2倍，便于詳細(xì)表示商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、交通狀況、食住和游樂(lè)等服務(wù)設(shè)施等。這種投影要經(jīng)過(guò)再次投影而實(shí)現(xiàn)，即一般地圖→過(guò)渡球面→新地圖。對(duì)地圖投影的一貫要求是變形愈小愈好，但是為了某種專題地圖的需要，也可以利用擴(kuò)大投影變形的方法以達(dá)到某項(xiàng)專題地圖的要求，這也可以說(shuō)是對(duì)投影變形的另一種認(rèn)識(shí)。2 大地測(cè)量參考系統(tǒng)和參考框架 坐標(biāo)參考系統(tǒng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系如圖21所示，P點(diǎn)的子午面NPS與起始子午面NGS所構(gòu)成的二面角L，叫做P點(diǎn)的大地精度，由起始子午面起算，向東為正，稱東經(jīng)（0176。~180176。），向西為負(fù)，稱西經(jīng)（0176。~180176。），P點(diǎn)的法線Pn與赤道面的夾角B，稱做P點(diǎn)的大地緯度，由赤道面起算，向北為正，稱北緯（0176。~90176。），向南為負(fù)，稱南緯（0176。~90176。）。在該坐標(biāo)系中，P點(diǎn)的位置用（L,B）表示。如果不在橢球面上，還要附加另一參數(shù)—大地高H，他是從觀測(cè)點(diǎn)沿橢球的法線方向到橢球面的距離。 空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系如圖22所示，空間任一點(diǎn)的坐標(biāo)用（X，Y，Z）表示，坐標(biāo)原點(diǎn)位于總地球質(zhì)心和參考橢球中心，Z軸與地球平均自轉(zhuǎn)軸相重合，亦即指向某一時(shí)刻的平均北極點(diǎn)，X軸指向平均自轉(zhuǎn)軸與平均格林尼治天文臺(tái)所決定的子午面與赤道的交點(diǎn)Ge，而Y軸與XOZ平面垂直，且指向東為正。以上兩種坐標(biāo)系在大地測(cè)量、地形測(cè)量以及制圖學(xué)的理論研究及實(shí)踐工作中都得到廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樗鼈儗⒌厍虮砻嫔系馁Y料統(tǒng)一在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。 圖21 大地坐標(biāo)系 圖22 空間直角坐標(biāo)系 Geodetic Coordinate System Space Coordinate System 大地極坐標(biāo)系統(tǒng)在圖23中，M為橢球體面上任意一點(diǎn)，MN為過(guò)M點(diǎn)的子午線，S為連接MP的大地線長(zhǎng)，A為大地線在M點(diǎn)的方位角。以M為極點(diǎn)，MN為極軸，S為極半徑，A為極角，這樣就構(gòu)成大地極坐標(biāo)系。在該坐標(biāo)系中P點(diǎn)的位置用S,A表示。橢球面上的極坐標(biāo)（S,A）與大地坐標(biāo)（L,B）可以互相轉(zhuǎn)換，這種換算叫大地主題解算。 站心地平坐標(biāo)系大地站心地平坐標(biāo)系是以測(cè)站法線和子午線方向?yàn)橐罁?jù)的坐標(biāo)系。通常用站心左手地平直角坐標(biāo)系及地平極坐標(biāo)系。如圖24所示，以測(cè)站點(diǎn)P為原點(diǎn)以P點(diǎn)的法線為Z軸，指向天定為正，一子午線方向?yàn)閄軸，指向北為正，Y軸與XZ平面垂直，向東為正。在此坐標(biāo)系中，點(diǎn)的坐標(biāo)用Q（x，y，z）表示。也可以這樣說(shuō)，任一點(diǎn)P2的位置可用距離d，大地方位角a及大地天頂距Z來(lái)表示，將Q（d，a，z）叫做大地站心地平