80坐標(biāo)系和54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換的原理和mapgis實(shí)例.doc

80坐標(biāo)系和54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換80坐標(biāo)系起動(dòng)后，由于橢球參數(shù)、定位和定向的變化，必然引起地形圖的圖廓線、方里線位置以及地形圖內(nèi)地形、地物相關(guān)位置的改變。為此，在建立城市地理信息系統(tǒng)時(shí)，若同時(shí)使用根據(jù)兩種坐標(biāo)系測(cè)制的地形圖的情況下，一定要涉及到54坐標(biāo)系向80坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題。1. 轉(zhuǎn)換的原理和方法大地坐標(biāo)系變更后，國家基本系列地形圖的變更和處理，必須在高斯平面內(nèi)進(jìn)行。由于新舊橢球參數(shù)不同，參心所在位置也不同，反映在高斯平面上，在同一個(gè)投影帶里，它們的縱橫坐標(biāo)軸不重合，因此，地面上某一點(diǎn)經(jīng)過不同橢球面而投影到高斯平面上，它距兩系統(tǒng)坐標(biāo)軸之距離是不等的，在X軸和Y軸上必定都有一個(gè)差值。所謂將舊圖轉(zhuǎn)換成新系統(tǒng)地形圖，就是在一幅舊圖上求出測(cè)圖控制點(diǎn)的新舊坐標(biāo)系統(tǒng)之高斯平面坐標(biāo)的差值，我們稱之為改正量。改正量的計(jì)算是分三步來完成的。1） 兩坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換某一點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換可以通過下列步驟完成：（1） 大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換按下式計(jì)算dB=X/MsinBcoslY/MsinBsinL+Z/McosB+1/Me/Wa+N/2W(2-esinB) e*sinBcosBdL=-1/NcosB(XsinL-YcosL)式中，ae分別為IAG-75橢球與克拉索夫斯基橢球長半徑、第一偏心率平方之差。W=1-sinB,M=a(1-e)/W,N=a/Wa,e分別為克氏橢球的長半徑與第一偏心率。L,B為這個(gè)點(diǎn)的大地經(jīng)緯度。 X, Y,Z為兩橢球參心的差值。則這個(gè)點(diǎn)在1980國家大地坐標(biāo)系中的大地坐標(biāo)為B80=B54+dBL80=L54+dL(2)根據(jù)B80 ，L80采用高斯投影正算公式計(jì)算X80,Y80并與X54，Y54相減得到這個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換改正量：DX1=X80-X54DY1=Y80-Y542） 平差改正量的計(jì)算1954年北京坐標(biāo)系所提供的大地點(diǎn)成圖沒有經(jīng)過整體平差，而新坐標(biāo)系提供的大地點(diǎn)成果是經(jīng)過整體平差的數(shù)據(jù)，所以新舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換還要考慮平差改正量的問題。在我國中部某些地區(qū)，平差改正量在1m以下，而在東北地區(qū)的某些圖幅則在10m以上。在實(shí)際計(jì)算中，我們是在全國范圍內(nèi)選擇了幾千個(gè)一、二等大地點(diǎn)，分別計(jì)算它們平差前后的坐標(biāo)差值，并根據(jù)這些差值和它們的大地坐標(biāo)，在全國分幅圖上分別繪制兩張平差改正量分布圖（即DX、DY分布圖），在分布圖上可以直接內(nèi)插出任何圖幅內(nèi)所求點(diǎn)的平差改正量。3） 總改正量的計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)換改正量和平差改正量按下列公式計(jì)算總改正量：DX= DX1+DX2DY= DY1+DY2式中，DX1，DY1 為新舊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換改正量，DX2， DY2為控制點(diǎn)整體平差后的平差改正量。根據(jù)理論推導(dǎo)，在同一個(gè)投影帶內(nèi)，特別是在同一個(gè)圖幅內(nèi)的所有控制點(diǎn)，它們轉(zhuǎn)換前后的相對(duì)位置應(yīng)基本不變。根據(jù)這一性質(zhì)，每幅圖只要計(jì)算一個(gè)控制點(diǎn)的高斯平面坐標(biāo)改正量，其值（DX，DY）就可以作為這個(gè)圖幅的改正量。在實(shí)際轉(zhuǎn)換計(jì)算中，我們不是真正計(jì)算圖幅內(nèi)的大地控制點(diǎn)，而是計(jì)算圖幅內(nèi)的一個(gè)特征點(diǎn)，即計(jì)算圖幅左下角圖廓點(diǎn)位置（經(jīng)緯度已知）的改正量，作為全圖幅的坐標(biāo)改正量。根據(jù)已計(jì)算好的坐標(biāo)改正量，在舊地圖上移動(dòng)公里網(wǎng)線。在我境內(nèi)，坐標(biāo)改正量DX，DY均為負(fù)值，故只要將公里網(wǎng)線北移DX/Mmm、東移DY/Mmm(M為比例尺分母)，則移動(dòng)后的公里網(wǎng)線就是新系統(tǒng)圖幅的公里網(wǎng)線。然后以新建立的公里網(wǎng)線為準(zhǔn)，根據(jù)新圖廓坐標(biāo)值展刺新圖廓點(diǎn)（國家測(cè)繪局?jǐn)?shù)據(jù)中心已編好1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1：1萬、1：5千新圖廓坐標(biāo)表，以供使用）連接四個(gè)圖廓點(diǎn)，則這幅圖就可以視為1980國家大地坐標(biāo)系地形圖。2實(shí)際作業(yè)過程中應(yīng)注意的幾個(gè)問題（1） 橢球參數(shù)的變更，新圖廓線將發(fā)生變化，但在我國境內(nèi)，1度經(jīng)線弧長變小值不超過1.9m，1度緯線弧長變小值不超過1.8m，這對(duì)任何一種比例尺地形圖來說，其變小量都小于圖上0.1mm，這種變化是可以忽略的。因此，新舊圖幅每條圖廓邊可以認(rèn)為相等，形狀相同，面積可以視為相等，其新舊圖幅變化，也只是以四條圖廓邊作為一個(gè)整體在高斯平面內(nèi)作上下左右移動(dòng)。只要展出一個(gè)圖廓點(diǎn)，其它三個(gè)點(diǎn)就很容易確定其位置。但是圖廓點(diǎn)的移動(dòng)量與公里網(wǎng)線的移動(dòng)量是不一樣的，移動(dòng)的方向有時(shí)也不同，這是由新舊圖廓點(diǎn)的坐標(biāo)值不等而引起的，其移動(dòng)量由下列公式確定：dX=DX+(X舊圖廓-X新圖廓)dY=DY+(Y舊圖廓-Y新圖廓)式中，DX、DY為公里網(wǎng)線移動(dòng)值：dX0新圖廓點(diǎn)相對(duì)于舊圖廓點(diǎn)南移dXm；dX0新圖廓點(diǎn)相對(duì)于舊圖廓點(diǎn)西移dXm；dYMAPGIS平臺(tái)的工作路徑設(shè)置為“.北京54轉(zhuǎn)西安80”文件夾下。下面我們來講解“北京54坐標(biāo)系”轉(zhuǎn)“西安80坐標(biāo)系”的轉(zhuǎn)換方法和步驟。一、 數(shù)據(jù)說明北京54坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換其實(shí)是兩種不同的橢球參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)布爾莎模型，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)（WX），Y旋轉(zhuǎn)（WY），Z旋轉(zhuǎn)（WY），尺度變化（DM）。若得七參數(shù)就需要在一個(gè)地區(qū)提供3個(gè)以上的公共點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)（即北京54坐標(biāo)下x、y、z和西安80坐標(biāo)系下x、y、z），可以向地方測(cè)繪局獲取。二、 “北京54坐標(biāo)系”轉(zhuǎn)“西安80坐標(biāo)系”的操作步驟啟動(dòng)“投影變換模塊”，單擊“文件”菜單下“打開文件”命令，將演示數(shù)據(jù)“演示數(shù)據(jù)_北京54.WT”、“演示數(shù)據(jù)_北京54.WL”、“演示數(shù)據(jù)_北京54.WP”打開，如圖1所示：圖11、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”“菜單下“S坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換”“命令，系統(tǒng)彈出“轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值”“話框，如圖2所示：圖2、在“輸入”一欄中，坐標(biāo)系設(shè)置為“北京54坐標(biāo)系”，單位設(shè)置為“線類單位米”；、在“輸出”一欄中，坐標(biāo)系設(shè)置為“西安80坐標(biāo)系”，單位設(shè)置為“線類單位米”；、在“轉(zhuǎn)換方法”一欄中，單擊“公共點(diǎn)操作求系數(shù)”項(xiàng)；、在“輸入”一欄中，輸入北京54坐標(biāo)系下一個(gè)公共點(diǎn)的（x、y、z），如圖2所示；、在“輸出”一欄中，輸入西安80坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的公共點(diǎn)的（x、y、z），如圖2所示；、在窗口右下角，單擊“輸入公共點(diǎn)”按鈕，右邊的數(shù)字變?yōu)?，表示輸入了一個(gè)公共點(diǎn)對(duì)，如圖2所示；、依照相同的方法，再輸入另外的2個(gè)公共點(diǎn)對(duì)；、在“轉(zhuǎn)換方法”一欄中，單擊“七參數(shù)布爾莎模型”項(xiàng)，將右邊的轉(zhuǎn)換系數(shù)項(xiàng)激活；、單擊“求轉(zhuǎn)換系數(shù)”菜單下“求轉(zhuǎn)換系數(shù)”命令，系統(tǒng)根據(jù)輸入的3個(gè)公共點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)自動(dòng)計(jì)算出7個(gè)參數(shù)，如圖3所示，將其記錄下來；然后單擊“確定”按鈕；圖32、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“編輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“不同地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框，如圖4所示；圖4在“坐標(biāo)系選項(xiàng)”一欄中，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)如下：源坐標(biāo)系：北京54坐標(biāo)系；目的坐標(biāo)系：西安80坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換方法：七參數(shù)布爾莎模型；長度單位：米；角度單位：弧度；然后單擊“添加項(xiàng)”按鈕，則在窗口左邊的“不同橢球間轉(zhuǎn)換”列表中將該轉(zhuǎn)換關(guān)系列出；在窗口下方的“參數(shù)設(shè)置”一欄中，將上一步得到的七個(gè)參數(shù)依次輸入到相應(yīng)的文本框中，如圖4所示；單擊“修改項(xiàng)”按鈕，輸入轉(zhuǎn)換關(guān)系，并單擊“確定”按鈕；接下來就是文件投影的操作過程了。3、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“MAPGIS投影轉(zhuǎn)換/選轉(zhuǎn)換線文件”命令，系統(tǒng)彈出“選擇文件”對(duì)話框，如圖5所示：圖5選中待轉(zhuǎn)換的文件“演示數(shù)據(jù)_北京54.WL”，單擊“確定”按鈕；4、 設(shè)置文件的Tic點(diǎn)，在“投影變換”模塊下提供了兩種方法：手工設(shè)置和文件間拷貝，這里不作詳細(xì)的說明；5、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“編輯當(dāng)前投影參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“輸入投影參數(shù)”對(duì)話框，如圖6所示，根據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況來設(shè)置其地圖參數(shù)，如下：坐標(biāo)系類型：大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)：北京54投影類型：高斯克呂格投影比例尺分母：1坐標(biāo)單位：米投影中心點(diǎn)經(jīng)度（DMS）：1230000然后單擊“確定“按鈕；圖66、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“設(shè)置轉(zhuǎn)換后參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“輸入投影參數(shù)”對(duì)話框，如圖7所示，轉(zhuǎn)換后的參數(shù)設(shè)置為：坐標(biāo)系類型：大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)：西安80（注意橢球參數(shù)的變換）投影類型：高斯克呂格投影比例尺分母：1坐標(biāo)單位：米投影中心點(diǎn)經(jīng)度（DMS）：1230000（注意前后中央經(jīng)線保持一致）圖77、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“進(jìn)行投影變換”命令，系統(tǒng)彈出“輸入轉(zhuǎn)換后位移值”對(duì)話框，單擊“開始轉(zhuǎn)換”按鈕，系統(tǒng)開始按照設(shè)定的參數(shù)轉(zhuǎn)換線文件，如圖8所示：圖8以同樣的操作步驟和參數(shù)設(shè)置，將“演示數(shù)據(jù)_北京54.WL”、“演示數(shù)據(jù)_北京54.WP”文件進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換；8、 單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“復(fù)位”命令，系統(tǒng)彈出“選擇文件名”對(duì)話框，可以看到系統(tǒng)生成了三個(gè)新的文件：“NEWLIN.WL”、“NEWPNT.WT”、“NEWPNT.WP”，依次選中這三個(gè)文件，單擊“確定”按鈕，如圖7所示：這時(shí)新生成的三個(gè)文件就是西安80坐標(biāo)系下的文件；補(bǔ)充：通常情況下，轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)會(huì)有一定的誤差存在，所以有時(shí)為了保證數(shù)據(jù)的精度，在轉(zhuǎn)換的過程中通過設(shè)置橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的偏移量來修正轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值；跨帶投影我們知道高斯克呂格投影采用了分帶投影的思想，每一個(gè)投影帶的坐標(biāo)都是對(duì)本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，使用時(shí)只需變一個(gè)帶號(hào)即可，這樣就存在著如果不考慮帶號(hào)的情況下，會(huì)有重疊的情況出現(xiàn)，如果要想將重疊的圖框回到其實(shí)際所在的位置上，這時(shí)就會(huì)用到跨帶投影?？鐜队笆荕APGIS投影變換中一個(gè)很重要的方面。下面來講解跨帶投影的操作方法和步驟，共分為兩部分：一、 演示數(shù)據(jù)的生成和說明：在“投影變換”模塊下分別生成3幅1：50萬的標(biāo)準(zhǔn)框，并在“輸入編輯”模塊中將其改成不同的顏色（“FRAM_50_左.W“表示“FRAM_50_左.WL”和“FRAM_50_左.WT”）：名稱 起始經(jīng)度（DDMMSS） 起始緯度（DDMMSS）中央經(jīng)線（DDMMSS）FRAM_50_左.W 1140000 280000 1170000FRAM_50_中.W 1170000 280000 1170000FRAM_50_右.W 1200000 280000 1230000因?yàn)樵谕队斑^程中采用的是“高斯克呂格投影”，且1：50萬的標(biāo)準(zhǔn)圖框的經(jīng)線跨度為3，所以當(dāng)同時(shí)打開這三幅標(biāo)準(zhǔn)圖框時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)“FRAM_50_左.W”和“ FRAM_50_右.W”二者重疊在了一起,如圖1所示：圖1如果想實(shí)現(xiàn)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框連續(xù)排列，則需要經(jīng)過跨帶投影。二、 跨帶投影的操作步驟啟動(dòng)“投影變換”模塊，單擊“文件”菜單下“打開文件”命令，將“FRAM_50_左.W”、“FRAM_50_中.W”、“FRAM_50_右.W”三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框添加進(jìn)來，如圖2所示：圖21、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“MAPGIS文件投影/選轉(zhuǎn)換線文件”文件命令，系統(tǒng)彈出“選擇文件”對(duì)話框，選擇“FRAM_50_右.WL”，單擊“確定”按鈕，如圖3所示：圖32、 設(shè)置文件的Tic點(diǎn)，因?yàn)樵谏蓸?biāo)準(zhǔn)圖框時(shí)MAPGIS為自動(dòng)為其添加4個(gè)Tic點(diǎn)，所以這里不再作詳細(xì)的說明； 3、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“編輯當(dāng)前投影參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“輸入投影參數(shù)”對(duì)話框，如圖4所示：坐標(biāo)系類型：投影平面直角坐標(biāo)系橢球參數(shù)：西安80投影類型：高斯克呂格投影比例尺分母：500000坐標(biāo)單位：毫米投影中心點(diǎn)經(jīng)度（DMS）：1230000通常情況下，因?yàn)槭菢?biāo)準(zhǔn)框，所以系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的讀取其各項(xiàng)參數(shù)，所以只需檢查各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置是否有錯(cuò)即可；圖44、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“設(shè)置轉(zhuǎn)換后參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“輸入投影參數(shù)”對(duì)話框，如圖5所示：坐標(biāo)系類型：投影平面直角坐標(biāo)系橢球參數(shù)：西安80投影類型：高斯克呂格投影比例尺分母：500000坐標(biāo)單位：毫米投影中心點(diǎn)經(jīng)度（DMS）：1170000（注意前后中央經(jīng)線發(fā)生了變化）圖55、 單擊“投影轉(zhuǎn)換”菜單下“進(jìn)行投影變換”命令，系統(tǒng)彈出“輸入轉(zhuǎn)換后位移值”對(duì)話框，單擊“開始轉(zhuǎn)換”按鈕，系統(tǒng)開始按照設(shè)定的參數(shù)轉(zhuǎn)換線文件，如圖6所示：圖6以同樣的操作步驟和參數(shù)設(shè)置，將FRAM_50_右.WT文件進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換；6、 單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“復(fù)位”命令，系統(tǒng)彈出“選擇文件名”對(duì)話框，可以看到系統(tǒng)生成了兩個(gè)新的文件：“NEWLIN.WL”、“NEWPNT.WT”，依次選中“FRAM_50_左.W”、“FRAM_50_中.W”及兩個(gè)新生成的文件，然后單擊“確定”按鈕，如圖7所示：圖7最終結(jié)果如圖8所示：圖8補(bǔ)充：中央經(jīng)線的設(shè)置方法跨帶投影的過程中設(shè)計(jì)到一個(gè)很重要的參數(shù)就是中央經(jīng)線，因?yàn)椤案咚箍藚胃裢队啊辈捎玫氖欠謳У乃枷?，所以在每個(gè)投影帶都會(huì)有一個(gè)中央經(jīng)線，中央經(jīng)線設(shè)置錯(cuò)誤，則投影變換的結(jié)果就會(huì)有問題，尤其是跨帶投影的情況下。那如何查閱一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框的中央經(jīng)線呢？我們國家規(guī)定：高斯克呂格投影，1：2.5萬1：50萬地形圖均采用6度分帶；1：1萬及更大比例尺采