【正文】 ................ 5 .................................................................................................. 6 3 坐標(biāo)系統(tǒng)簡介 .................................................................................................... 7 測量常用的坐標(biāo)系 .......................................................................................... 7 大地坐標(biāo)系 ................................................................................................ 7 空間直角坐標(biāo)系 ......................................................................................... 8 平面坐標(biāo)系 ................................................................................................ 8 地方獨(dú)立坐標(biāo)系 ......................................................................................... 9 我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng) ..................................................................................... 9 1954年北京坐標(biāo)系 ................................................................................ 10 1980年國家大地坐標(biāo)系 ......................................................................... 11 1954年北京坐標(biāo)系（整體平差轉(zhuǎn)換值） ................................................. 11 WGS84世界大地坐標(biāo)系 ......................................................................... 12 2020國家大地坐標(biāo)系 ............................................................................. 12 4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論與程序設(shè)計(jì) ........................................................................... 14 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本概念 .................................................................................... 14 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型 ........................................................................................ 14 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 ........................ 14 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型 ............................................................................................ 17 不同地球橢球坐標(biāo)系的空間三參數(shù)或七參數(shù)轉(zhuǎn)換 ...................................... 17 5 全文總結(jié) ............................................................................................................ 20 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 21 附 錄 .......................................................................................................................... 22 IV 致謝 ............................................................................................................................ 22 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 隨著大地測量學(xué)，衛(wèi)星大地測量學(xué)，攝影測量學(xué)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的普及，對各種坐標(biāo)系的研究變得越來越重要了。按其原點(diǎn)相對地球質(zhì)心的位置，大地坐標(biāo)系可為局部坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系。應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)建立起來的參心坐標(biāo)系逐漸難以滿足測繪及相關(guān)行業(yè)發(fā)展的需求，甚至在有些應(yīng)用中完全失去了意義。世界許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都開始采用地心坐標(biāo)。 在實(shí)際測量中由于經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境條件的的限制，測量工作者在選取坐標(biāo)系的時(shí)候往往會正對實(shí)際情況選著最實(shí)用的坐標(biāo)系，這就對軟件提出了新的要求，需要數(shù)據(jù)處理的時(shí)候進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 自 60 年代以來 ,各國大地測量學(xué)者 ,經(jīng)過大量研究 ,提出了多種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及多種解算方法 , 北美 1927基準(zhǔn)面 (基于克拉克 1966橢球體與北美 1983基準(zhǔn)面 (基于 GRS1980 橢球體 )之間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是根據(jù)研究區(qū)內(nèi)一系列已知點(diǎn)的大地坐標(biāo)或網(wǎng)格坐標(biāo)改正量進(jìn)行插值進(jìn)行的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；英國采用北向與東向的雙線性江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計(jì) 2 網(wǎng)格插值進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；挪威在海岸帶調(diào)查中，采用經(jīng)緯度多項(xiàng)式用于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換這種方法進(jìn)行新（ ED87— 歐洲 1987 基準(zhǔn)面）、舊 (ED50— 歐洲 1950 基準(zhǔn)面 )坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換；歐洲石油勘探組織 (EPSG)對新、舊坐標(biāo)系采用“雙線性插值”進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題在測量工程中經(jīng)常遇到，其計(jì)算過程比較繁瑣，采用手動計(jì)算式相當(dāng)麻煩，國內(nèi)的許多坐標(biāo)軟件都有一個(gè)缺點(diǎn)操作界面過于復(fù)雜，操作起來也很繁瑣，為了提高軟件的交互性和實(shí)用性，我采用 VB 實(shí)現(xiàn)這一目的。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計(jì) 3 2 相關(guān)理論和知識介紹 由于當(dāng)今世界上有著有許多的參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系等，所以對于地球表面上的任一一點(diǎn) P，表述改點(diǎn)坐標(biāo)的方式有很多。而且，即使使用同一坐標(biāo)系，也會有不同的表達(dá)方式。 坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換既包括不同的參心坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，或者不同的地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，也包括參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換以及同一坐標(biāo)系下的直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還有大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。一個(gè)與大地體符合最好，最接近地球大小和形狀的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為總地球橢球體。 ，而且其中心與地球重心相重合，總地球橢球的赤道面也應(yīng)該與地球的赤道一致。 在眾多橢球體中， WGS84 橢球體被認(rèn)為符合上述條件最好的橢球，由于經(jīng)典大地測量技術(shù)存在一 定的局限性，大地測量工作者算出一個(gè)涵蓋整個(gè)大陸和海洋的總地球橢球，而是根據(jù)本國的測繪成果推求出一個(gè)最能表達(dá)本國或者是本地區(qū)的地球橢球體，就是所謂的參考橢球。 而大地測量基準(zhǔn)是指用以描述地球形狀的地球橢球參數(shù)，包含描述地球橢球幾何特征的長短半軸和物理特征的有關(guān)參數(shù)、地球在空間的定位及定向以及描述這些位置所采用的單位長度的定義。在大地 測量中，根據(jù)參考橢球所選原點(diǎn)位置不同，可以分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地心空間直角坐標(biāo)系的定義為 :以地球質(zhì)心為原點(diǎn)， X 軸指向格林尼治子午面與地球赤道的交點(diǎn)， Z 軸指向北極， Y 軸過原點(diǎn)垂直于平面XOZ，構(gòu)成右手空間直角坐標(biāo)系。 參心坐標(biāo)系是這樣定義的：選取一個(gè)參考橢球面作為基本的參考面，選一參考點(diǎn)作為大地測量的起算點(diǎn)，并且通過大地的質(zhì)點(diǎn)來進(jìn)行測量，從而確定參考橢球在地球面的位置和方向。參心坐標(biāo)主要用于大地測量中，如測量某一地區(qū)的控制網(wǎng)等，所以又稱局部坐標(biāo)。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計(jì) 5 建立大地坐標(biāo)系的基本原理 橢球定位、定向的概念 大地坐標(biāo)系是建立在一定的大地基準(zhǔn)上的 用于表達(dá)地球表面空間位置及其相對關(guān)系的數(shù)學(xué)參照系，這里所說的大地基準(zhǔn)是指能夠最佳擬合地球形狀的地球橢球的參數(shù)及橢球定位和定向。局部定位要求在一定范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合 ,而對橢球的中心位置無特殊要求；地心定位要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合 ,同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。 ②大地起始子午面平行 于天文起始子午面 具有確定參數(shù) (長半徑 a 和扁率α ),經(jīng)過局部定位和定向 ,同某一地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳擬合的地球橢球 ,叫做參考橢球。 參考橢球定位與定向的實(shí)現(xiàn)方法 建立（地球）參心坐標(biāo)系，需進(jìn)行下面幾個(gè)工作： ①選擇或求定橢球的幾何參數(shù)（長短半徑）； ②確定橢球中心位置（定位）； ③確定橢球短軸的指向（定向）； ④建立大地原點(diǎn)。所以在國家或地區(qū)的天文大地測量工作進(jìn)行到一定的時(shí)候或基本完成后，利用許多拉普拉斯點(diǎn)（即測定了天文經(jīng)度、天文緯度和天文方位角的大地點(diǎn)）的測量成果和已有的橢球參數(shù)，按照廣義弧度測量方程按 =最小或 =最?。┻@一條件，通過計(jì)算進(jìn)行新的定位和定向，從而建立新的參心大地坐標(biāo)系。 多點(diǎn)定位的結(jié)果使橢球面在大地原點(diǎn)不再同大地水準(zhǔn)面相切，但在所使用的天文大地網(wǎng)資料的范圍內(nèi)，橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的密合 。人們?yōu)榱嗣枋隹臻g位置 ,采用了多種方法 ,從而也產(chǎn)生了不同的坐標(biāo)系 。地面上 P點(diǎn)的大地子午面 NPS 與起始大地子午面所構(gòu)成的二面角 L，叫做 P點(diǎn)的大地經(jīng)度，有起始子午面起算，向東為正 00(0 180 ) ，成為東經(jīng)，向西為負(fù)00(0 180 )? ，稱為西經(jīng)， P 點(diǎn)對于橢球的法線 PK 與赤道面的夾角 B，叫做 P 點(diǎn)的大地緯度，有赤道面起算，向北為正 00(0 90 ) ，稱為北緯，向南為負(fù)00(0 90 )? ，稱為南緯，如 31圖所示 圖 31 大地坐標(biāo)示意圖 P 點(diǎn)沿法線到橢球面的距離 H，叫大地高，從橢球面起算，向外為正，向里為負(fù)。大地高 H與水準(zhǔn)測量中的正常高 NH 或正高 NH 有以下關(guān)系 H（大地高） = NH （正常高） +? （高程異常 ） 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及其程序設(shè)計(jì) 8 圖 32 大地水準(zhǔn)面的差距 空間直角坐標(biāo)系 空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與參考橢球的中心重合， Z 軸正向指向參考橢球的北極， X 軸正向指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)， Y 軸按右手系與 X 軸呈 9 0176。某點(diǎn)在空間中的坐標(biāo)可用該點(diǎn)在此空間 坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸上的投影來表示，如圖所示 : 圖 33 空間直角坐標(biāo)系示意圖 平面坐標(biāo)系 平面直角坐標(biāo)系是利用投影，將空間坐標(biāo) (空間直角坐標(biāo)或空間大地坐標(biāo) )通過某種數(shù)學(xué)變換映射到平面上，這種變換稱為投影變換。 地形測圖以及許多的測量定位應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中是我們常見的平面直角坐標(biāo)。 由于地球橢球面是不可展曲面，所以無論采用什么樣的投影都會產(chǎn)生一定變形。根據(jù)制測量的任務(wù)和目的應(yīng)當(dāng)采用等角投影 (又稱正形投影 )。為了解決這些的矛盾，測量上往往是將一個(gè)大的區(qū)域按照一定規(guī)律分成若干個(gè)小的區(qū)域 (或帶 )。 目前測量上廣泛采用的是高斯投影，它是一種正形投影， 它的特點(diǎn)是：沒有角度變形，在不同點(diǎn)上的長度比隨點(diǎn)位而異，但在同一點(diǎn)上各方向的長度比相同