【正文】 家和地區(qū)的惟一選擇。 信息時代的控制測量儀器和測量系統(tǒng)已形成數(shù)字化，智能化和集成化的新發(fā)展態(tài)勢，空間測量和地面測量儀器和測量系統(tǒng)出現(xiàn)互補共榮的新的發(fā)展格局；傳統(tǒng)的大地測量技術發(fā)生了質(zhì)的變化，傳統(tǒng)的測繪行業(yè)逐漸向地理信息 化產(chǎn)業(yè)轉換，工作重點已經(jīng)由外業(yè)轉為內(nèi)業(yè)處理。 在國內(nèi)空間三維直角坐標轉換中 ,通常采用 7 參數(shù)布爾沙 — 沃爾夫模型、莫洛金斯基模型和范式模型，并且劉經(jīng)南院士和其同事在對這三種傳統(tǒng)轉換模型進行分析的基 礎上，從理論和實踐上證明了這三個模型的等價性，并在此基礎上他還提出了第 4個等價模型 — “武測模型”，這些模型雖然表示形式上略有差異，但從坐標轉換的最終結果而言，他們是等價的。 因此對于地面上一點，由于所選擇的坐標系不同，其表達方式也會不同。 由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均，導致大地體其實是一個不平的似球體，經(jīng)過長期的理論研究和實踐認為，當一個通過南北兩極的子午圈，繞地球南北極旋轉一周而形成一個橢球體，用這個橢球面來代替大地水準面，是一個很理想的計算基準面。 。 不同的坐標系統(tǒng)會使用的基準也不同。地心大地坐標系定義為：以地球的質(zhì)心作為原點，以地球自轉軸作為橢球的短軸，大地緯度 B是過地面點的橢球法線與橢球赤道面之間的夾角，大地經(jīng)度 L 為過地面點的橢球子午面與格林尼治子午面之間的夾角，大地高度 H為地面點沿橢球法線到橢球面的最短距離。它同樣具有參心大地坐標系和參心直角坐標系兩種表述方法，它們的定義與地心坐標系的定義相似。 橢球定向是指確定橢球旋轉軸的方向 ,不論是局部定位還是地心定位 ,都應滿足兩個平行條件 : ①橢球短軸平行于地球自轉軸 。 參考橢球定位定向方法 選定某一適宜的點 K 作為大地原點，在該點上實施精密的天文測量和高程測量，由此得到該點的天文經(jīng)度 ，天文緯度，至某一相鄰點的天文方位角和正高 得到 K 點相應的大地經(jīng)度，大地緯度 ，至某一相鄰點的大地方位角和大地高 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 6 （ ） 多點定位 一點定位的結果在較大范圍內(nèi)往往難以使橢球面與大地水準面有較好的密合。 s e cK K K KL ? ? ??? K K KB ????K K K KA tg? ? ??? K K KH H N??正江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 7 3 坐標系統(tǒng) 簡介 所謂坐標系指的是描述空間位置的表達形式 ,即采用什么方法來表示空間位置。 GPS 測量出來的高程為大地高，與我們所選要的正常高存在高程異常。投影變換的方法有很多，如 Lambuda投影， UTM 投影等，在我國一般采用的是高斯一克呂格投影，也稱為高斯投影。投影變形一般分為長度變形，角度變形和面積變形這三種。每個區(qū)域單獨投影，并組成自身的直角坐標系，然后，在將這些帶用簡單的數(shù)學方法聯(lián)系起來，從而組成同一系統(tǒng)。 因此，一般采用分帶投影的辦法，來限制長度變形。而且該橢球的扁率、中心、軸向一般與國家參考橢球體相同，但其長半軸則必有一個修正量，這個參考橢球就被稱為地方參考橢球。 特點 : ?1954 年北京坐標系屬于參心坐標系； ?采用 克拉索夫斯基橢球參數(shù)； ?多點定位 :垂線偏差由 900個點解得，大地水準面差距由 43個點解得； ?大地原點是前蘇聯(lián)的普爾科沃； ?大地點高程是以 1956 年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準； ?高程異常是以前蘇聯(lián) 1955 年大地水準面重新平差結果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的； ?提供的大地點成果是局部平差結果。地球橢球短軸平行于由地球質(zhì)心指向地極原點 方向，起始大地子午面平行于我國起始天文子午面； ?大地原點在我國中部：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點； ?大地點高程以 1956 年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準； ?1980 年國家大地坐標系建立后，進行了全國天文大地網(wǎng)整體平差，計算了 5 萬余個點的成果。 特點： ?屬參心大地坐標系；長短軸采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)； 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 12 ?多點定位，參心雖和 1954 年北京坐標系參心不相一致，但十分接近； ?定向明確，與 1980 年國家大地坐標系的定向相同； ?大地原點與 1980 年國家大地坐標系相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同； ?大地點高程基準是以 1956 年青島驗潮站求出的黃海平均 海水面為基準； ?提供坐標是 1980 年國家大地坐標系整體平差轉換值，精度一致； ?用于測圖坐標系，對于 1:5 萬以下比例尺測圖，新舊圖接邊，不會產(chǎn)生明顯裂痕。為了求得 GPS 測站點在地面坐標系（屬于參心坐標系）中的坐標，就必須進行坐標系的轉換。 2020 國家大地坐標系采用的地球橢球參數(shù)如下：長半軸 a=6378137m 扁率 f=1/ 地心引力常數(shù) GM= 1014m3s2 自轉角速度 ω = 105rad s1 采用 2020 國家大地坐標系具有科學意義，隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步，我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國土資源管理等領域的科學研究需要一個以全球參考基準為背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 13 系統(tǒng)，來處理國家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會和信息等問題，需要采用定義更加科學、原點位于地球質(zhì)量中心的三維國家大地坐標系。包括大地坐標系與空間直角坐標系的相互轉換、空間直角坐標系與站心坐標系的轉換、以及大地坐標系與高斯平面坐標系的轉換（即高斯投影正反算） 基準變換：是指空間點在不同的地球橢球 間 的坐標變換。具體計算時，可先根據(jù) 下 式求出大地緯度 B的初值 : 22ZB = a r c t a n ( )X + Y 然后利用該初值代入公式來求大地高 H,N 的初值，再利用所求出的大地高 H和 N 的初值代入公式中再次求出 B 值。利用 VB 實現(xiàn)大地坐標與空間直角坐標的轉換程序直觀易懂，操作方便，在日常的測繪工作中這種類似程序并不經(jīng)常，程序的缺陷沒有把經(jīng)緯度轉換成度分秒。 見下圖 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 18 設 （ XA， YA， ZA）為某點在 A空間直角坐標系中的三維坐標， （ XB， YB， ZB）為某點在 B空間直角坐標系中的三維坐標， （△ X0， △ Y0， △ Z0）為某點從 A空間直角坐標系轉換到 B 空間直角坐標系中的三個平移參數(shù)， （ ω X， ω Y， ω Z ）為某點從 A 空間直角坐標系轉換到 B 空間直角坐標系中的三個旋轉參數(shù)， K為某點從 A空間直角坐標系轉換到 B 空間直角坐標系中的三個尺度參數(shù)。測量坐標系轉換是指在同一參考橢球下，空間點的不同坐標形式間的坐標轉換。 （ 3） 對程序界面設計功能進行完善，以更好的為用戶使用。老師是治學嚴謹，謙虛，不斷追求完善的的精神給我了深刻的教誨，老師的平易近人和穩(wěn)定的心態(tài)讓我明白做事情不要指望一蹴而就，要腳踏實地，務實才是最重要的，這些財富必將影像我以后的日常工作和學習。最后我要向我的父母致謝，感謝他們對我的理解和支持。 同時，在此次畢業(yè)設計過程中我也學到了許多了關于坐標轉換方面的知識，編程技能也有了很大的提高。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 21 參考文獻 [1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉 .大地測量學基礎 [M].武漢：武漢 大學出版社 ， 2020. [2] 李征航，黃勁松 .GPS 測量與數(shù)據(jù)處理 [M].武漢：武漢大學出版社， 2020. [3] 劉大杰，白征東等 .大地坐標轉換與 GPS 控制網(wǎng)平差計算及軟件系統(tǒng) [M].同濟大學出版社， 1997： 1623. [4] 潘正風，程效軍，成樞 ， 王騰軍，宋偉東，鄒進貴 .數(shù)字測圖原理與方法 [M].武漢：武漢大學出版社， 2020. [5] 沈云中 .獨立坐標系中 GPS 網(wǎng)的坐標變換方法 .工程勘察， 1998(1). [6] 朱華統(tǒng) . 大地坐標系的建立 [M]. 北京 :測繪出版社 ,1986. [7] 徐仕琪，張曉帆，周可法，趙同陽 .關于利 用七參數(shù)法進行 WGS— 84 和 BJ— 54 坐標轉換問題的探討 [J].測繪與空間地理信息， 2020,30 [8] 曾文憲 ,陶本藻 . 3 維坐標轉換的非線性模型 [J].武漢大學學報 (信息科學版 ),2020,28(5):566568. [9] 韓曉冬，陶華學，董軍 . 空間直角坐標系非線性坐標轉換模型 [J].工程勘察，2020,(5):2730. [10] 朱華統(tǒng)，楊元喜，呂志平 .GPS 坐標系統(tǒng)的變換 [M].北京：測繪出版社， 1994. [11]朱華統(tǒng)，大地坐標系的建立 [M]，測繪出版社， ， 1920 [12]孫建，北京 54坐標系中的坐標計算 [J]，水運工程， ,25 [13]寧津生，現(xiàn)代大地測量參考系統(tǒng) [J]，測繪學報， ,57 [14]周崇山、李紅波、劉偉，測量中坐標轉換計算程序的開發(fā)及應用 [J]，江西科學， 2020。 由于本人的知識水平和計算機編程語言掌握的有限，論文還存在許多不足之處，本文存在不足建議在以下方面繼續(xù)做工作： （ 1）本文主要只介紹幾種轉換模型，還有其他的幾種模型有待去實現(xiàn)。在實際應用中，要想對不同測量坐標系下的坐標進行綜合處理，使他們之間有所聯(lián)系，必然會涉及到測量坐標轉換問題。 不同基準之間的轉換方法很多，可以通過空間變換的方法實現(xiàn)，亦可用平面變換方法進行。也可以采用下面的算法直接將空間直角坐標轉換為大地坐標 : 222222*a r c t a n ( ) ,*z a a be bX Y b? ??? ? 232 2 2 322YL =a r c t a n( )Xz +e bs i n θB =a r c t a n( )X +Y e a c os θX +YH= Nc os B （ ） e為參考橢球的第二偏心率。 坐標系轉換的模型 同 一參考橢球下 大地坐標系與空間直角坐標系的相互轉換 （ 1） 大地坐標系轉換為空間直角坐標系（ BLH→ XYZ） 將同一坐標系下的大地坐標 (B,L,H)轉換成空間直角坐標 (X,Y,Z)的轉換公式為： X = ( N + H ) c osB c osLY = ( N + H ) c osB sinL2Z = [ N ( 1 e ) + H ) sinB2a= [ N * + H ] sinB2b （ ） 式中， e為第一偏心率； N為卯酉圈的半徑； b為短半軸； a 為參考橢球長半軸； b為短半軸；并且有 22aN= 1 e sin B 若點在橢球面上，則大地高 H=0，式可簡化為： 2X = N c o sB c o sLY = N c o sB sin LZ = N ( 1 e ) sin B （ ） 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 不同坐標系的轉換及其程序設計 15 （ 2） 空間直角坐標系轉換為大地坐標系（ XYZ → BLH ） 將同一坐標系下的空間直角坐標 (X,Y,Z}轉換為大地坐標 (B,L,H)的公式為 ： 2 2 22YL = a r c ta n( )XZ ( N + H )B = a r c ta n(( X + Y ) N ( 1 e ) + HZH = N ( 1 e )sinB???? （ ） 在使用上式進行空間直角坐標到大地坐標的轉換時，因為計算大地緯度 B時需要用到大地高 H，