【正文】 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(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方面的知識，編程技能也有了很大的提高。老師是治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，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(wù)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(xué)習(xí)。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 21 參考文獻(xiàn) [1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉 .大地測量學(xué)基礎(chǔ) [M].武漢：武漢 大學(xué)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(xué)出版社， 2020. [3] 劉大杰，白征東等 .大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與 GPS 控制網(wǎng)平差計算及軟件系統(tǒng) [M].同濟(jì)大學(xué)出版社， 1997： 1623. [4] 潘正風(fēng)，程效軍，成樞 ， 王騰軍，宋偉東，鄒進(jìn)貴 .數(shù)字測圖原理與方法 [M].武漢：武漢大學(xué)出版社， 2020. [5] 沈云中 .獨立坐標(biāo)系中 GPS 網(wǎng)的坐標(biāo)變換方法 .工程勘察， 1998(1). [6] 朱華統(tǒng) . 大地坐標(biāo)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(guān)于利用七參數(shù)法進(jìn)行 WGS— 84 和 BJ— 54 坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(biāo)轉(zhuǎn)換的非線性模型 [J].武漢大學(xué)學(xué)報 (信息科學(xué)版 ),2020,28(5):566568. [9] 韓曉冬，陶華學(xué)，董軍 . 空間直角坐標(biāo)系非線性坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(biāo)系統(tǒng)的變換 [M].北京：測繪出版社， 1994. [11]朱華統(tǒng)，大地坐標(biāo)系的建立 [M]，測繪出版社， ， 1920 [12]孫建，北京 54坐標(biāo)系中的坐標(biāo)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(xué)報， ,57 [14]周崇山、李紅波、劉偉，測量中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算程序的開發(fā)及應(yīng)用 [J]，江西科學(xué)， 2020。 （ 3） 對程序界面設(shè)計功能進(jìn)行完善，以更好的為用戶使用。 由于本人的知識水平和計算機(jī)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(zhuǎn)換模型，還有其他的幾種模型有待去實現(xiàn)。測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換是指在同一參考橢球下，空間點的不同坐標(biāo)形式間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在實際應(yīng)用中，要想對不同測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)進(jìn)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(biāo)轉(zhuǎn)換問題。 見下圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 18 設(shè) （ XA， YA， ZA）為某點在 A空間直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)， （ XB， YB， ZB）為某點在 B空間直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)， （△ X0， △ Y0， △ Z0）為某點從 A空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 B 空間直角坐標(biāo) 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(biāo)系轉(zhuǎn)換到 B 空間直角坐標(biāo)系中的三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)， K為某點從 A空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 B 空間直角坐標(biāo)系中的三個尺度參數(shù)。 不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)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(jìn)行。利用 VB 實現(xiàn)大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成度分秒。也可以采用下面的算法直接將空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo) : 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。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。 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型 同一參考橢球下大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換 （ 1）大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系（ BLH→ XYZ） 將同一坐 標(biāo)系下的大地坐標(biāo) (B,L,H)轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo) (X,Y,Z)的轉(zhuǎn)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 15 （ 2）空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系（ XYZ → BLH ） 將同一坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo) (X,Y,Z}轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo) (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(jìn)行空間直角坐標(biāo)到大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換時，因為計算大地緯度 B時需要用到大地高 H，而計算大地高時又需要用到大地緯度 B。包括大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換、空間直角坐標(biāo)系與站心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、以及大地坐標(biāo)系與高斯平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換（即高斯投影正反算） 基準(zhǔn)變換：是指空間點在不同的地球橢球間的坐標(biāo)變換。 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換通常包含兩層含義：坐標(biāo)系變換和基準(zhǔn)變換。 2020 國家 大地坐標(biāo)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(zhuǎn)角速度 ω = 105rad s1 采用 2020 國家大地坐標(biāo)系具有科學(xué)意義，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設(shè)、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國土資源管理等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要一個以全球參考基準(zhǔn)為 背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)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(xué)、原點位于地球質(zhì)量中心的三維國家大地坐標(biāo)系。自 2020 年 7 月 1 日起，中國將全面啟用 2020 國家大地坐標(biāo)系 ， 國家測繪局 受權(quán)組織實施。為了求得 GPS 測站點在地面坐標(biāo)系（屬于 參心坐標(biāo)系）中的坐標(biāo)，就必須進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。 WGS84橢球采用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 自 1987 年 1月 10日之后， GPS 衛(wèi)星星歷均采用 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)。 特點： ?屬參心大地坐標(biāo)系；長短軸采用克拉 索夫斯基橢球參數(shù)； 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 12 ?多點定位，參心雖和 1954 年北京坐標(biāo)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(biāo)系的定向相同； ?大地原點與 1980 年國家大地坐標(biāo)系相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同； ?大地點高程基準(zhǔn)是以 1956 年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)； ?提供坐標(biāo)是 1980 年國家大地坐標(biāo)系整體平差轉(zhuǎn)換值，精度一致； ?用于測圖坐標(biāo)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。 1954 年北京坐標(biāo)系（整體平差轉(zhuǎn)換值） 它是在 1980 年國家大地坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，改變 IUGG1975 年橢球至克拉索夫斯基橢球，通過在空間三個坐標(biāo)軸上進(jìn)行平移而來的。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(zhǔn)； ?1980 年國家大地坐標(biāo)系建立后，進(jìn)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。 1980 年國家大地坐標(biāo)系 特點： ?1980 年國家大地坐標(biāo)系屬參心大地坐標(biāo)系； ?采用既含幾何參數(shù)又含物理參數(shù)的四個橢球基本參數(shù)。 特點 : ?1954 年北京坐標(biāo)系屬于參心坐標(biāo)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(zhǔn)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(zhǔn)； ?高程異常是以前蘇聯(lián) 1955 年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算值，按我國天文水準(zhǔn)路 線推算出來的； ?提供的大地點成果是局部平差結(jié)果。 我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 10 1954 年北京坐標(biāo)系 1954 年，總參測繪局在有關(guān)方面的建議與支持下，鑒于當(dāng)時的歷史條件，采取先將我國一等鎖與前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相聯(lián)接，然后以連接處呼瑪，吉拉林，東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端點的前蘇聯(lián) 1942 年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國東北及東部一等鎖，這樣從蘇聯(lián)傳算來的坐標(biāo)系定名為 1954 年北京坐標(biāo)系。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。在城市、工礦等工程測量中，如果直接在國家分帶坐標(biāo)系中建立控制網(wǎng)，會使地面長度投影的變形較大，當(dāng)長度變形大于 cm/km時，就難以滿足工程上的需要。 因此，一般采用分帶投影的辦法，來限制長度變形。高斯 克呂格正形投影又稱橫軸橢圓柱投影，即橢圓柱內(nèi)面橫套在地球橢球的外表面，橢圓柱的中心通過橢球的中心，并在某一中央子午線上相切，該中央子午線就是高斯平面直角坐標(biāo)系的 X軸， X 軸沒有長度變形，赤道在橢圓柱上的投影是高斯平面直角坐標(biāo)系的 Y軸，把橢球柱展開，就得到以 (X， Y)為坐標(biāo)的高斯平面直角坐標(biāo)系。每個區(qū)域單獨投影，并組成自身的直角坐標(biāo)系，然后，在將這些帶用簡單的數(shù)學(xué)方法聯(lián)系起來，從而組成同一系統(tǒng)。在采用的正形投影時，還要求長度和面積變形不大，并且能用簡單的公式來計算這些變形而帶來的改正數(shù)。投影變形一般分為長度變形，角度變形和面積變形這三種。對于一個國家或較大區(qū)域，應(yīng)按照一定的數(shù)學(xué)法則將參考橢球面上的各點的大地經(jīng)江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計 9 緯度投影為平面上相對應(yīng)點的平面直角坐標(biāo)。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。夾角且位于赤道面上。 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。 測量常用的坐標(biāo)系 大地坐標(biāo)系 空間大地坐標(biāo)系以大地經(jīng)度 L，地緯度 B，大地高 H 來表示空間某一點的位置。 s e cK K K KL ? 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K K KB ????K K K KA tg? ? ??? K K KH H N??正江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 不同坐標(biāo)系