《坐标系统清理改造》PPT课件

全省坐标系统的清理改造,基础测绘处,第一章常用坐标系统,一、1984世界大地坐标系（WGS-84坐标系）采用的椭球：GRS80,二、1954年北京坐标系采用的椭球：克拉索夫斯基椭球,三、1980西安坐标系采用的椭球：IUGG1975,四、地方独立坐标系采用的椭球：与国家参考椭球相同的椭球地方参考椭球（椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同）采用的投影面：,第二章控制测量的基准面和基准线,1、大地水准面、大地体,重力（离心力、地心引力的合力）重力方向铅垂线方向水准面静止状态的水面（无数个），重力位能相等。,测量中，要求仪器的垂直轴与铅垂线一致，故铅垂线是外业测量工作的基准线。,大地水准面,用占地球表面71%的海水面代替地球的形体，并作为测量外业工作统一的基准面大地水准面。假定海洋的水体，只受重力作用，无潮汐、风浪影响，处于完全静止和平衡状态，将海洋的表面延伸到大陆的下面并处处保持着与垂线方向正交这一特点，也是一个水准面，称这一特定的水准面为大地水准面。所包围的形体称大地体。,地球内部质量分布不均匀，地壳有高低起伏，所以重力方向有局部变化，致使处处与重力方向垂直的大地水准面也就不规则，它不能作为大地测量计算的基准面。必须寻找一个与大地体相近的，能用简单的数学模型表示的规则体形代替椭球面。,2、总地球椭球、参考椭球,用来代替大地体的椭球体称为地球椭球体。一个与大地体外形符合最好的地球椭球叫总地球椭球或平均地球椭球。,总地球精球应满足的三个条件：总质量等于地球的总质量，中心与地球的质心重合，赤道平面与地球赤道面一致。旋转角速度与地球的旋转角速度相等。体积与大地体的体积相等。它的表面与大地水难面之间的差距的平方和为最小。总地球精球面是个理想的测量计算的基准面。,3、参考椭球面、参考椭球体,各国或地区为各自的大地测量工作需要，采用了参考椭球体，用参考椭球面作为测量计算的基准面。参考椭球只与某一个国家或某一地区的大地水准面符合较好的地球椭球体。,4、垂线偏差和大地水准面差距,大地水准面的铅垂线与椭球面的法线之间的夹角称为垂线偏差。在某一点上，大地水准面超出椭球面的高差称为大地水准面差距。（似大地水准面超出椭球面的高差称为高程异常。）,它们是标志大地水准面和椭球面之间的差异的量。测量计算时要进行归化。,第三章椭球面的测量计算,一、地球椭球的基本几何参数及相互关系,椭圆的长半轴：a椭圆的短半轴：b椭圆的扁率：,椭圆的第一偏心率：,椭圆的第二偏心率：,五个基本几何参数,a、b称为长度元素,扁率反映了椭球体的扁平程度,二、将地面观测的方向值归算到椭球面,1、将地面观测的水平方向归算至椭球面三差改正,垂线偏差改正标高差改正截面差改正,三、将地面观测的长度归算到椭球面,1基线尺量距的归算,垂线偏差对长度归算的影响:,高程对长度归算的影响：,2电磁波测距的归算,第四章高斯投影,一、高斯投影概述,所谓地球投影，简略说来就是将椭球面各元素（包括坐标、方向和长度）按一定的数学法则投影到平面上。研究这个问题的专门学科叫地图投影学。,椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面，若将这个曲面上的元素（比如一段距离、一个角度、一个图形）投影到平面上，就会和原来的距离、角度、图形呈现差异，这一差异称作投影的变形,1.投影与变形,2.控制测量对地图投影的要求,等角投影（又称正形投影）,长度和面积变形不大，并能用简单公式计算由变形而引起的改正数,能很方便地按分带进行，并能按高精度的、简单的、同样的计算公式和用表把各带联成整体,3.高斯投影的基本概念,高斯投影又称横轴椭圆柱等角投影，是德国测量学家高斯于18251830年首先提出的,想象有一椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（称中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定的投影方法将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。,我国规定按经差6和3度进行投影分带，为大比例尺测图和工程测量采用3度带投影。特殊情况下工程测量控制网也可用1.5度带或任意带。,二、高斯投影坐标正反算,1高斯投影坐标正算公式：B,lx,y,高斯投影必须满足以下三个条件：中央子午线投影后为直线；中央子午线投影后长度不变；投影具有正形性质，即正形投影条件。,2高斯投影坐标反算公式x,yB,l,满足以下三个条件：x坐标轴投影后为中央子午线是投影的对称轴；x坐标轴投影后长度不变；投影具有正形性质，即正形投影条件。,3高斯投影坐标正反算公式的几何解释,当B=0时x=X=0，y则随l的变化而变化，这就是说，赤道投影为一直线且为y轴。当l=0时,则y=0,x=X,这就是说，中央子午线投影亦为直线，且为x轴，其长度与中央子午线长度相等。两轴的交点为坐标原点。当l=常数时(经线),随着B值增加，x值增大，y值减小，这就告诉我们，经线是凹向中央子午线的曲线，且收敛于两极。又因cos(-B)=cosB，即当用-B代替B时，y值不变，而x值数值相等符号相反，这就说明赤道是投影的对称轴。当B=常数时(纬线)，随着的l增加，x值和y值都增大，这就是说，纬线是凸向赤道的曲线。又当用-l代替l时，x值不变，而y值数值相等符号相反，这就说明，中央子午线是投影对称轴。由于满足正形投影条件，所以经线和纬线的投影是互相垂直的。距中央子午线愈远的子午线，投影后弯曲愈厉害，表明长度变形愈大。,二、方向改化,三、距离改化,s与D的关系:,长度比和长度变形,用大地坐标表示的长度比公式,用平面坐标表示的长度比公式,四、工程测量投影面和投影带的选择,1、工程测量中投影面和投影带选择的基本出发点有关投影变形的基本概念平面控制测量投影面和投影带的选择，主要是解决长度变形问题。这种投影变形主要由以下两方面因素引起：1).实量边长归算到参考椭球体面上的变形影响,Hm为归算边高出参考椭球面的平均高程；s为归算边的长度；R为归算边方向参考椭球法截弧的曲率半径。,2).将参考椭球面上边长归算到高斯投影面上的变形影响，其值依（8-138）式有：,式中,s0s+s1，即s0为投影归算边长，ym为归算边两端点横坐标平均值，Rm为参考椭球面平均曲率半径。,2.工程测量投影面和投影带选择的基本出发点,(1)在满足精度要求的前提下，为使测量结果一测多用，应采用国家统一带高斯平面直角坐标系，将观测结果归算至参考椭球面上。即工程测量控制网应同国家测量系统相联系；,(2)当边长的两次归算投影改正不能满足上述要求时，为保证测量结果的直接利用和计算的方便，可采用任意带的独立高斯平面直角坐标系，归算测量结果的参考面可自己选定。为此可用以下手段实现：(a)通过改变Hm从而选择合适的高程参考面，将抵偿分带投影变形（称为抵偿投影面的高斯正形投影）；,(b)改变ym从而对中央子午线作适当移动，以抵偿由高程面的边长归算到参考椭球面上的投影变形（称为任意带高斯正形投影）；(c)通过既改变Hm（选择高程参考面），又改变ym（移动中央子午线），来抵偿两项归算改正变形（称为具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影）。,目前，在工程测量中主要有以下几种常用的平面直角坐标系：1.国家3带高斯正形投影平面直角坐标系据计算，当测区平均高程在100m以下，且值不大于40km时，其投影变形值均小于2.5cm，可以满足大比例尺测图和工程放样的精度要求。因此在偏离中央子午线不远和地面平均高程不大的地区，无需参考投影变形问题，直接采用国家统一的3带高斯正形投影平面直角坐标系作为城市坐标系统和工程测量的坐标系，使两者一致。,3.城市坐标系统和工程测量中几种可能采用的直角坐标系,2.抵偿投影面的带高斯正形投影平面直角坐标系此时仍采用国家带高斯投影，但投影的高程面不是参考椭球面而是依据补偿高斯投影长度变形而选择的高程参考面。在该参考面上长度变形为零。当采用第一种坐标系时，有,且s超过允许的精度要求时(2.5cm)，我们可令s=0，即,于是当一定时，由上式可求得：,比如某测区海拔Hm=2000m，最边缘中央子午线100km，当s=1000m时，则有,而s1+s2=-0.19m，超过允许值2.5cm此时不改变中央子午线位置，而选择一个合适的高程参考面，算得高差H780m即将地面实测距离归算到2000-780=1220(m)的高程面上，此时两项长度改正得到完全补偿。,3.任意带高斯正形投影平面直角坐标系该坐标系中，仍把地面观测结果归算到参考椭球面上，但投影带的中央子午线不按国家3带的划分方法，而是依据补偿高程面归算长度变形而选择的某一条子午线作为中央子午线。即保持Hm不变，于是得,比如某测区相对参考椭球面的高程Hm500m为抵偿地面观测值向参考椭球面上归算的改正值，依上式算得,即选择与该测区相距80km处的子午线。此时在ym=80km处，两项改正项得到完全补偿。但在实际应用这种坐标系时，往往是选取过测区边缘、或测区中央、或测区内某一点的子午线作为中央子午线，而不经过上述计算。,4.具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系该坐标系中，往往是指投影的中央子午线选在测区的中央，地面观测值归算到测区平均高程面上，按高斯正形投影计算平面直角坐标系。因此，这是综合第二、三两种坐标系长处的一种任意高斯直角坐标系。显然这种坐标系更能有效地实现两种长度变形改正的补偿。,5.假定平面直角坐标系当测区面积较小时，可不进行方向和距离改正，直接把局部地球表面作为平面建立独立的平面直角坐标系。这时起算坐标和起算方位角最好能与国家网联测，如果联测有困难可自行测定边长和方位，而起始点坐标可假定。这种假定平面直角坐标系只限于某种工程建筑施工之用。,第五章国家高程基准,一、高程基准面-通常采用大地水准面作为高程基准面中国主要验潮站：青岛，（浙江）坎门，吴淞口，大连,二、1956年黄海高程系统三、1985年国家高程基准,四、水准原点-青岛1956年黄海高程系统，水准原点的高程值72.289m1985年国家高程基准，水准原点的高程值72.2604m,五、城市和工程建设高程控制网分二三四等3个等级首级高程控制网，一般要求设成闭合环。,一、坐标系统清理改造工作的意义：城市坐标系统清理改造是一项事关全省经济建设和社会发展的基础性工作。依法实施坐标系统的清理改造工作，把城市规划建设和管理纳入一个统一的空间定位管理,第六章我省坐标系统清理改造工作,体系，避免无序的管理、定位矛盾、权属纠纷和工程隐患，有利于为大型基础设施建设等各项工作提供权威的基础依据和强有力的测绘保障，促进地理空间信息资源共享，减少重复测绘和资源浪费，提高城市建设和管理水平，因而势在必行。,二、坐标系统清理改造工作的依据1、法律依据。2、建立的原则。城市相对独立坐标系建立的原则城市高程控制网建立的原则,三、城市平面控制网的坐标系统清理改造的技术要求。1、城市平面控制测量坐标系统的选择应以投影长度变形值不大于2.5cm/km为原则。在此原则上,为了保持原来成果资料的衔接，可以继续沿用原先的坐标系统。,2、控制面积、精度能满足近期测绘及工程应用需求并与1980西安坐标系统建有联测关系的坐标系统，继续使用。3、未联测到1980西安坐标系，但精度、控制面积能够满足要求的独立坐标系统，只做联测工作，建立同1980西安坐标系的换算关系。,4、控制面积或精度不能满足使用、标志破坏比例较高的平面坐标系统，在原网基础上扩展布网或改造更新，用GPS技术重新联测平差，建立同1980西安坐标系的换算关系。,四、我省各县市的宜采用的城市平面坐标系统。1、福州市。福州市从1958年开始建立福州城市独立平面直角坐标系，采用任意带，以东经1191823为中央子午线。福清11923长乐11931连江11933罗源11936闽候11908闽清11852永泰11855平潭11947,2、莆田市。莆田11900仙游11841,3、泉州市。泉州市城市平面坐标系统一直使用高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，中央子午线经度为11830。,4、厦门市。厦门市从1958年开始使用厦门市独立坐标系，高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，中央子午线经度为11830。1992年采用GPS技术重新布设了“厦门二三等GPS控制网”，共113个GPS点。,5、漳州市。漳州市城市平面坐标系统采用漳州市独立坐标系，高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，中央子午线经度为11740。2003年漳州市在漳州规划区范围内布设一个C级GPS控制网。,龙海1172911815云霄1170711733漳浦1172411802诏安1165511722长泰1173611757东山1171711735南靖1170011736平和1165411731华安1171611742,6、龙岩市。龙岩市、漳平、永定、连城国家坐标系上杭、长汀武平,7、三明市三明市、永安、明溪、清流、宁化、将乐、泰宁、建宁国家坐标系沙县、大田尤溪118,8、南平市南平市城市平面坐标系统采用南平市独立坐标系，高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，中央子午线经度为118。2004年南平市在南平规划区范围内布设一个D级GPS控制网。,南平市独立坐标系：