演示文稿坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換講解

演示文稿坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換ppt講解當(dāng)前1頁(yè)，總共40頁(yè)。2023/3/212（優(yōu)選）坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換ppt講解當(dāng)前2頁(yè)，總共40頁(yè)。

坐標(biāo)系是指描述空間位置的表達(dá)形式。一、坐標(biāo)系基本概念坐標(biāo)系的種類很多，在數(shù)學(xué)當(dāng)中按表達(dá)方式的不同分為:笛卡爾直角坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系(或稱球坐標(biāo)系)、平面極坐標(biāo)系和柱面坐標(biāo)系(或稱柱坐標(biāo)系)等。

坐標(biāo)系

坐標(biāo)系種類當(dāng)前3頁(yè)，總共40頁(yè)。在測(cè)量中根據(jù)研究對(duì)象的不同主要分為兩類：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。天球坐標(biāo)系用來描述天體的位置，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，是一種慣性系。地球坐標(biāo)系用來描述地面點(diǎn)的位置，隨同地球自轉(zhuǎn)。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類當(dāng)前4頁(yè)，總共40頁(yè)。天球坐標(biāo)系分為天球球面坐標(biāo)系和天球直角坐標(biāo)系。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類1、天球坐標(biāo)系當(dāng)前5頁(yè)，總共40頁(yè)。原點(diǎn)：地球質(zhì)心赤經(jīng)α：天體子午面與春分點(diǎn)子午面的夾角赤緯δ：天體與地心聯(lián)線和天球赤道面的夾角面的夾角向徑r：天體與地心的距離二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（1）天球球面坐標(biāo)系當(dāng)前6頁(yè)，總共40頁(yè)。原點(diǎn)：地球質(zhì)心Z軸：指向北天極X軸：指向春分點(diǎn)Y軸：與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（2）天球空間直角坐標(biāo)當(dāng)前7頁(yè)，總共40頁(yè)。2、地球坐標(biāo)系以上兩類都有以下幾種表達(dá)方式：地球坐標(biāo)系根據(jù)原點(diǎn)的不同，即參考橢球的不同分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類空間大地坐標(biāo)系，即大地經(jīng)緯度（B,LH）形式；空間直角坐標(biāo)系，即三維空間坐標(biāo)（X,Y,Z）形式；投影平面直角坐標(biāo)系，即二維平面坐標(biāo)（x，y，h）形式當(dāng)前8頁(yè)，總共40頁(yè)。地心坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心

參心坐標(biāo)：坐標(biāo)原點(diǎn)不位于地球質(zhì)心地心坐標(biāo)系適用于全球應(yīng)用參心坐標(biāo)系適用于局部應(yīng)用有利于局部大地水準(zhǔn)面與參考橢球面符合更好保持國(guó)家坐標(biāo)系的穩(wěn)定有利于參心坐標(biāo)系的保密二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類2、地球坐標(biāo)系當(dāng)前9頁(yè)，總共40頁(yè)。地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系的區(qū)別二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類當(dāng)前10頁(yè)，總共40頁(yè)。建立一個(gè)地心坐標(biāo)系，通常包括以下幾個(gè)內(nèi)容：確定地球橢圓體：它的大小和形狀要同大地球體最佳吻合；地心的定位和定向：坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球(含海洋和大氣)的質(zhì)心，定向?yàn)閲?guó)際時(shí)間局(BIH)測(cè)定的某一歷元的協(xié)議地極(CTP)和零子午線；采用廣義相對(duì)論下某一局部地球框架內(nèi)的尺度作為測(cè)量長(zhǎng)度的尺度。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（1）地心坐標(biāo)系當(dāng)前11頁(yè)，總共40頁(yè)。目前主要的地心坐標(biāo)系坐標(biāo)系a(m)WGS-846378137.01:298.25722ITRF-20006378137.01:298.25722PZ-906378136.01:298.25784中國(guó)2000

6378137.01:298.25722二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類當(dāng)前12頁(yè)，總共40頁(yè)。參心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與某一地區(qū)或某個(gè)國(guó)家所采用的參考橢球中心重合。建立一個(gè)參心坐標(biāo)系，通常包括以下幾個(gè)內(nèi)容：（1）確定參考橢球體的形狀和大小；（2）確定參考橢球中心的位置（參考橢球定位）；（3）確定坐標(biāo)軸的方向（定向）；（4）確定大地原點(diǎn)的大地經(jīng)緯度。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（2）參心坐標(biāo)系當(dāng)前13頁(yè)，總共40頁(yè)?？臻g大地坐標(biāo)系采用大地緯度（B）、大地經(jīng)度（L）和大地高來描述空間位置。大地經(jīng)度是空間的點(diǎn)與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸法線與參考橢球的起始子午面的夾角。大地緯度是空間的點(diǎn)沿參考橢球面的法線與赤道面的夾角。大地高度是空間的點(diǎn)沿參考橢球的法線方向與參考橢球面的距離。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類2、地球坐標(biāo)系（1）空間大地坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系）三種表達(dá)形式：當(dāng)前14頁(yè)，總共40頁(yè)。大地坐標(biāo)系采又稱地理坐標(biāo)系，可以表示地球上任何一點(diǎn)的位置。通過格林尼治天文臺(tái)子午環(huán)中心的子午線作為本初子午線。參考橢球不同得到的經(jīng)緯度也是不一樣的。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類當(dāng)前15頁(yè)，總共40頁(yè)。坐標(biāo)原點(diǎn)位于參考橢球的中心。X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)；Z軸指向參考橢球的北極Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸成90°夾角。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（2）空間直角坐標(biāo)系當(dāng)前16頁(yè)，總共40頁(yè)。平面直角坐標(biāo)系是利用投影變換，將空間坐標(biāo)通過某種數(shù)學(xué)變換映射到平面上，這種變換又稱投影變換。投影變換有很多，如UTM投影、Lambuda投影等，在我國(guó)采用的最多的是高斯克呂格投影。二、測(cè)量坐標(biāo)系的分類（3）平面直角坐標(biāo)當(dāng)前17頁(yè)，總共40頁(yè)。坐標(biāo)系是指描述空間位置的表達(dá)形式。三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)是指為描述空間位置而定義的點(diǎn)線面。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。

坐標(biāo)系統(tǒng)由坐標(biāo)系和基準(zhǔn)兩方面要素構(gòu)成。WGS-84、北京54、西安80都可以用（B,L,H）和（X,Y,Z）表示。當(dāng)前18頁(yè)，總共40頁(yè)。WGS-84世界大地坐標(biāo)系（TheWGS-84CoordinateSystem）我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)有：1954年北京坐標(biāo)系（BeijingGeodeticCoordinateSystem1954）1980國(guó)家大地坐標(biāo)系（NationalGeodeticCoordinateSystem1980）地方獨(dú)立地坐標(biāo)系注:以上是標(biāo)準(zhǔn)名稱。三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前19頁(yè)，總共40頁(yè)。WGS-84坐標(biāo)系是一個(gè)地心坐標(biāo)系。由美國(guó)國(guó)防部制圖局建立，于1987年取代了WGS-72坐標(biāo)系。（一）、WGS-84坐標(biāo)系原點(diǎn)是地球的質(zhì)心?？臻g直角坐標(biāo)的Z軸指向BIH1984.0定義的（CTP）方向。X軸指向BIH1984.0定義的零度子午面和（CTP）赤道的交點(diǎn)。Y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。注:GPS直接提供的坐標(biāo)是（B,L,H）;

BIH(BureauInternationaldel'Heure)國(guó)際時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu);CTP(ConventionalTerrestrialPole)協(xié)議地級(jí)三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前20頁(yè)，總共40頁(yè)。1954年北京坐標(biāo)系是一個(gè)參心大地坐標(biāo)系。（二）、1954年北京坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球的兩個(gè)兒何參數(shù)；大地原點(diǎn)在原蘇聯(lián)的普爾科沃；采用多點(diǎn)定位法進(jìn)行橢球定位；高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面；高程異常以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)；按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算而得。三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前21頁(yè)，總共40頁(yè)。1980國(guó)家大地坐標(biāo)系是一個(gè)參心大地坐標(biāo)系。（三）、1980國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的國(guó)際大地測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì)于1975年推薦的橢球參數(shù)；大地原點(diǎn)位于我國(guó)陜西省徑陽(yáng)縣永樂鎮(zhèn)；橢球面同大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為擬合；大地高程基準(zhǔn)采用1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面；橢球定向明確，其短軸指向我國(guó)地極原點(diǎn)JYD1968.0方向，地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)的子午面；三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前22頁(yè)，總共40頁(yè)。在許多城市測(cè)量與工程測(cè)量中，如果直接在國(guó)家坐標(biāo)系中建立控制網(wǎng)，則存在如下問題：（四）、地方獨(dú)立坐標(biāo)系受起算數(shù)據(jù)影響較大；當(dāng)測(cè)區(qū)離分帶中央子午線較遠(yuǎn)時(shí)，其長(zhǎng)度變形較大(大比例尺圖上的距離或按平面坐標(biāo)反算得到的距離，與實(shí)地直接測(cè)定的跟離相差較大；當(dāng)測(cè)區(qū)的平均高程為H時(shí)，控制點(diǎn)間在H高程面上的水平距離D歸算到參考橢球面上的長(zhǎng)度會(huì)縮短；三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前23頁(yè)，總共40頁(yè)。（四）、地方獨(dú)立坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系是一種高斯平面直角坐標(biāo)系；在小范圍的城市測(cè)量和工程測(cè)最中，為了減小投影變形一般采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系；中央子午線選在該測(cè)區(qū)的中心，投影面選在測(cè)區(qū)的平均高程面，坐標(biāo)系定向在當(dāng)?shù)氐恼狈较蚧蛑付ǚ较?。三、我?guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)前24頁(yè)，總共40頁(yè)。地球橢球：三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)橢圓的長(zhǎng)半軸：a橢圓的短半軸：b橢圓的扁率：

橢圓的第一偏心率：橢圓的第二偏心率：

五個(gè)基本幾何參數(shù)當(dāng)前25頁(yè)，總共40頁(yè)。三、我國(guó)常用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)克拉索夫斯基橢球1975國(guó)際橢球WGS-84系橢球a637824563781406378137b6356863.01877304736356755.28815752876356752.3142c6399698.90178271106399596.65198801056399593.6258

f1/298.31/298.2571/298.257223563e20.0066934216229660.0066943849995880.0066943799013e’20.0067385254146830.0067395018194730.00673949674227我國(guó)所采用的的1954年北京坐標(biāo)系應(yīng)用的是克拉索夫斯基橢球參數(shù)；以后采用的1980國(guó)家大地坐標(biāo)系應(yīng)用的是1975國(guó)際橢球參數(shù)；而GPS應(yīng)用的是WGS-84系橢球參數(shù)。幾種地球橢球參數(shù)：當(dāng)前26頁(yè)，總共40頁(yè)。一、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本概念1、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本概念（1）坐標(biāo)系變換：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是測(cè)繪實(shí)踐中經(jīng)常遇到的重要問題之一。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。（2）基準(zhǔn)變換：就是在同一地球橢球下，空間點(diǎn)的不同坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行變換。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）

是指空間點(diǎn)在不同的地球橢球見的坐標(biāo)變換?？捎每臻g的三參數(shù)或七參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同橢球間空間直角坐標(biāo)系或不同橢球見大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前27頁(yè)，總共40頁(yè)。一、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本概念2、大地測(cè)量基準(zhǔn)的基本概念所謂基準(zhǔn)是指為描述空間位置而定義的點(diǎn)線面。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。經(jīng)典大地測(cè)量基準(zhǔn)通常采用的是與區(qū)域大地水準(zhǔn)面最佳擬合的參考橢球，其中心往往與地心不重合。由于地球表面的不規(guī)則性，適合于不同地區(qū)的參考橢球的大小、定位和定向都不一樣，每個(gè)參考橢球都有各自的參數(shù)和參考系。參考橢球?qū)τ谔煳拇蟮販y(cè)量、大地點(diǎn)坐標(biāo)的推算以及國(guó)家測(cè)圖和區(qū)域繪圖來說，是十分適宜的。四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前28頁(yè)，總共40頁(yè)。二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型（1）大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系（BLH→XYZ）在相同的基準(zhǔn)下，將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系。公式為四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前29頁(yè)，總共40頁(yè)。二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型利用該式計(jì)算有一個(gè)問題：（2）空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系（XYZ→BLH）在相同的基準(zhǔn)下，將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系。公式為：后兩式中有交叉變量，因此必須采用迭代的方法。因此必須采用下面的辦法處理四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前30頁(yè)，總共40頁(yè)。二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程專業(yè)然后，利用B的初值求出H、N的初值，再次求定B的值。（2）空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系（XYZ→BLH）首先用下式求出B的初值四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前31頁(yè)，總共40頁(yè)。二、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型（2）空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系（XYZ→BLH）也可以采用如下的直接算法。公式為：四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前32頁(yè)，總共40頁(yè)。二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型2.大地坐標(biāo)與平面直角坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換（1）高斯投影正算公式（BL→xy）公式為：四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前33頁(yè)，總共40頁(yè)。二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型2.大地坐標(biāo)與平面直角坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換（2）高斯投影反算公式（xy→BL）公式為：四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換當(dāng)前34頁(yè)，總共40頁(yè)。1.不同橢球坐標(biāo)系的空間三參數(shù)或七參數(shù)轉(zhuǎn)換不同橢球之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)際上是不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。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(shí)現(xiàn)，亦可用平面變換方法進(jìn)行。下面介紹七參數(shù)布爾莎模型

設(shè)兩不同橢球的對(duì)應(yīng)的兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系見有7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)：

3個(gè)平移參數(shù)（原點(diǎn)不重合產(chǎn)生）；

3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（坐標(biāo)軸不平行產(chǎn)生）；

1個(gè)尺度參數(shù)（兩坐標(biāo)系間的尺度不一致產(chǎn)生）。四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換三、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型當(dāng)前35頁(yè)，總共40頁(yè)。四、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換三、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型當(dāng)前36頁(yè)，總共40頁(yè)。1.不同地球橢球坐標(biāo)系的空間三參數(shù)或七參數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)（XA，YA，ZA）為某點(diǎn)在A空間直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；（XB，YB，ZB）為某點(diǎn)在B空間直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；（△X0，△Y0，△Z0）為