【正文】 .. 5 橢球定位、定向的概念 ............................................................................... 5 ............................................................... 5 .................................................................................................. 6 3 坐標(biāo)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .................................................................................................... 7 測(cè)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(guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng) ..................................................................................... 9 1954年北京坐標(biāo)系 ................................................................................ 10 1980年國(guó)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(guó)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(cè)量學(xué)，衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)，攝影測(cè)量學(xué)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的普及，對(duì)各種坐標(biāo)系的研究變得越來(lái)越重要了。按其原點(diǎn)相對(duì)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(lái)的參心坐 標(biāo)系逐漸難以滿足測(cè)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(guó)家和地區(qū)都開(kāi)始采用地心坐標(biāo)。 在實(shí)際測(cè)量中由于經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境條件的的限制，測(cè)量工作者在選取坐標(biāo)系的時(shí)候往往會(huì)正對(duì)實(shí)際情況選著最實(shí)用的坐標(biāo)系，這就對(duì)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(lái) ,各國(guó)大地測(cè)量學(xué)者 ,經(jīng)過(guò)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(guó)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(duì)新、舊坐標(biāo)系采用“雙線性插值”進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 測(cè)量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題在測(cè)量工程中經(jīng)常遇到，其計(jì)算過(guò)程比較繁瑣，采用手動(dòng)計(jì)算式相當(dāng)麻煩，國(guó)內(nèi)的許多坐標(biāo)軟件都有一個(gè)缺點(diǎn)操作界面過(guò)于復(fù)雜，操作起來(lái)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(shí)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(duì)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(huì)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(cè)量技術(shù)存在一定的局限性，大地測(cè)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(guó)的測(cè)繪成果推求出一個(gè)最能表達(dá)本國(guó)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)度的定義。在大地測(cè)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(guò)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(cè)量的起算點(diǎn)，并且通過(guò)大地的質(zhì)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)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(cè)量中，如測(cè)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(duì)關(guān)系的數(shù)學(xué)參照系，這里所說(shuō)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(duì) 橢球的中心位置無(wú)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(zhǎng)半徑 a 和扁率α ),經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(guó)家或地區(qū)的天文大地測(cè)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(cè)定了天文經(jīng)度、天文緯度和天文方位角的大地點(diǎn)）的測(cè)量成果和已有的橢球參數(shù)，按照廣義弧度測(cè)量方程按 =最小或 =最?。┻@一條件，通過(guò)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(duì)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(cè)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(lái)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(guò)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(cè)圖以及許多的測(cè)量定位應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中是我們常見(jiàn)的平面直角坐標(biāo)。由于地球橢球面是不可展曲面，所以無(wú)論采用什么樣的投影都會(huì)產(chǎn)生一定變形。根據(jù)制測(cè)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(cè)量上往往是將一個(gè)大的區(qū)域