2023學(xué)年完整公開課版GPS坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

核心技能訓(xùn)練GPS坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換2019.11.261GPS坐標(biāo)系統(tǒng)GPS衛(wèi)星圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)且與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，而觀測站固定在地球表面，其空間位置隨地球自轉(zhuǎn)而變動。因此，在衛(wèi)星定位中，需建立兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，即天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標(biāo)采集31GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標(biāo)采集4兩類坐標(biāo)系統(tǒng)空間固定的坐標(biāo)系（天球坐標(biāo)系）特點：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)優(yōu)點：便于描述衛(wèi)星的運行位置和狀態(tài)地球相固聯(lián)的坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系）特點：隨同地球自轉(zhuǎn)軸運動優(yōu)點：便于表達(dá)地面觀測站的位置和處理觀測數(shù)據(jù)2023/5/9項目四坐標(biāo)采集51.1天球坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系以天極和春分點作為天球定向基準(zhǔn)。由于歲差和章動的影響，通常為協(xié)議天球坐標(biāo)系。實用中是將衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別顧及歲差和章動的影響，轉(zhuǎn)換成實際觀測歷元的瞬時天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以取得衛(wèi)星與測站點相關(guān)位置在時間系統(tǒng)上的一致。地心坐標(biāo)系（以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點）建立以地心為坐標(biāo)原點、與地球體相固連的三維空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)以解決衛(wèi)星與地面的聯(lián)系。1GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標(biāo)采集61.1天球坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系分為地心空間大地平直角坐標(biāo)系（XD、YD、ZD）和地心大地坐標(biāo)系（BD、LD、HD）地心直角坐標(biāo)系是GPS定位中采用的基本坐標(biāo)系。將天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點置于地球質(zhì)心上，z軸與地心坐標(biāo)系的z軸一致，為瞬時地球自轉(zhuǎn)軸，此時所定義的天球坐標(biāo)系與地心直角坐標(biāo)系有最簡便的變換關(guān)系。1GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標(biāo)采集7天球與地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標(biāo)采集8極移影響平地球坐標(biāo)系觀測瞬間的真地球坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)-SG角觀測瞬間的真天球坐標(biāo)系歲差、章動影響某一歷元的平天球坐標(biāo)系極移改正平地球坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)SG角歲差、章動改正某一歷元的平天球坐標(biāo)系觀測瞬間的真天球坐標(biāo)系觀測瞬間的真地球坐標(biāo)系SG角——真春分點時角1.2參心坐標(biāo)系在經(jīng)典大地測量中，為了處理觀測成果和傳算地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)，通常須選取一參考橢球面作為基本參考面，選一參考點作為大地測量的起算點（稱為大地原點）。利用大地原點的天文觀測量來確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向。參心坐標(biāo)系即以參考橢球中心為原點的坐標(biāo)系。分為參心大地坐標(biāo)系和參心空間直角坐標(biāo)系兩種。1GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標(biāo)采集92.1WGS-84大地坐標(biāo)系自上世紀(jì)60年代以來，美國國防部制圖局先后建成了WGS-60、WGS-66和WGS-72全球坐標(biāo)系統(tǒng)。于1984年，發(fā)展了一種新的更為精確的世界大地坐標(biāo)系WGS-84（WorldGeodeticSystem-84）。WGS-84坐標(biāo)系的幾何定義是：坐標(biāo)系的原點是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集10零度子午面和CTP赤道的交點WGS-84幾何定義2023/5/9項目四坐標(biāo)采集11協(xié)議地球極（CTP）與Z軸、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系地球質(zhì)心2.1WGS-84大地坐標(biāo)系WGS-84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，采用4個基本參數(shù)，6個輔助參數(shù)。自1987年1月10日之后，GPS衛(wèi)星星歷均采用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，因此GPS網(wǎng)的測站坐標(biāo)均屬于WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，原在天球坐標(biāo)系中表示的星歷參數(shù)要轉(zhuǎn)換到WGS-84坐標(biāo)系下。2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集122.22000國家大地坐標(biāo)系我國空間技術(shù)發(fā)展成熟與廣泛應(yīng)用迫切要求國家提供高精度、地心、動態(tài)、實用、統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系作為各項社會經(jīng)濟(jì)活動的基礎(chǔ)性保障。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，根據(jù)《中華人民共和國測繪法》，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8至10年?，F(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系；2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應(yīng)采用2000國家大地坐標(biāo)系。2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集132.31954年北京坐標(biāo)系（BJ-54）解放初期，我國大地坐標(biāo)系是采用河北省石家莊市的柳新莊一等天文點作為原點的獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，采用該點的天文坐標(biāo)作為其大地坐標(biāo)，以海福特（Hayford）橢球進(jìn)行定位。因海福特橢球誤差大，后以原蘇聯(lián)當(dāng)時采用的1942年普爾科沃坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，采用克拉索夫斯基橢球。高程異常以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面新平差結(jié)果為起算值，而高程是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集142.41980年國家大地坐標(biāo)系（GD-80）由于BJ-54存在著很多缺點，1978年，我國決定重新對全國天文大地網(wǎng)施行整體平差，建立了1980年國家大地坐標(biāo)系。大地原點位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村。橢球短軸平行于由地球質(zhì)心指向我國地極原點JYD1968.0的方向，起始大地子午面平行于我國起始天文子午面。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)。2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集15常用坐標(biāo)WGS-84坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系地球橢球和參考橢球的基本幾何參數(shù)：2作業(yè)常用坐標(biāo)系2023/5/9項目四坐標(biāo)采集163.1坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理(1)不同大地坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(2)由大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g直角坐標(biāo)(3)由空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)(4)不同空間直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)法：常用布爾沙-沃爾夫模型。轉(zhuǎn)換參數(shù)包括3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度變化參數(shù)。三參數(shù)法：采用摩洛根斯基模型。轉(zhuǎn)換參數(shù)只有3個平移參數(shù)。平面四參數(shù)法：一種降維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換參數(shù)包括2個平移參數(shù)、1個旋轉(zhuǎn)參數(shù)1個尺度變化參數(shù)。3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標(biāo)采集173.2坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過程選取若干個具有兩套坐標(biāo)的點，一套坐標(biāo)為WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，另一套為國家或地方獨立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。通過坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換公式，求出一系列轉(zhuǎn)換參數(shù)。在以后的測量中，再將這些轉(zhuǎn)換參數(shù)代入到坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換公式中，即可得所測各點經(jīng)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)。3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標(biāo)采集183.3影響坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的因素已知點分布情況已知點最好要均勻分布在整個作業(yè)區(qū)域的邊緣，能控制整個區(qū)域；一定要避免已知點的線形分布。已知點數(shù)量不需要高程的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換建議至少要用3個已知點；需要高程的至少要用4個已知點。已知點的精度匹配程度最好使用同性質(zhì)且等精度的點。3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標(biāo)采集193.4轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度影響轉(zhuǎn)換參數(shù)求定精度的主要因