坐标系的探讨

关于坐标系的探讨主要内容 一、地理坐标系与大地坐标系二、我国大地坐标系的发展三、坐标系的转换与基准转换第2页,共23页，2024年2月25日，星期天一、地理坐标系与大地坐标系地理坐标系是指用地理经纬度表示地球表面上点位的空间坐标系。大地坐标系是以椭球面为参考面，以法线为参考线，用大地经纬度表示地面点在椭球面上位置的空间坐标系。第3页,共23页，2024年2月25日，星期天二、我国大地坐标系的发展

参心坐标系23地方独立坐标系地心坐标系1第4页,共23页，2024年2月25日，星期天1、参心坐标系参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。第5页,共23页，2024年2月25日，星期天北京54坐标系由于政治原因，使用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

长半轴a：6378245m

扁率f：1/298.3

高程：以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准第6页,共23页，2024年2月25日，星期天西安80坐标系

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。

第7页,共23页，2024年2月25日，星期天2、地方独立坐标系地方独立坐标系是各个地方根据自己的实际需求建立的O-XYZ坐标系。原点O点有些是实际中的点，有些是假设的。三轴方向根据地方实际情况确定。随着技术的发展，独立坐标系的区域性割据已严重影响到先进技术的发展和应用，在不远的将来，它将退出历史舞台。第8页,共23页，2024年2月25日，星期天3、地心坐标系地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正。Z轴与地球旋转轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。第9页,共23页，2024年2月25日，星期天WGS84坐标系

美国国防局为进行GPS导航定位于1984年建立的地心坐标系，1985年投入使用。

WGS-84坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，z轴指向（国际时间局）BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。

长半轴：6378137m

扁率：1/298.257223563

第10页,共23页，2024年2月25日，星期天CGCS2000国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系—2000国家大地坐标系。原点：包括海洋和大气在内的整个地球的质心；

长度单位：米（SI），与局部地心框架下的地心坐标时的时间坐标一致，通过建立适当的相对论模型获得；

定向：初始定向由1984.0时的BIH（国际时间局）定向给定；

定向的时间演化：定向的时间演化不产生相对于地壳的残余全球旋转。第11页,共23页，2024年2月25日，星期天Cgcs2000参数长半轴a＝6378137m扁率f＝1/298.257222101地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2自转角速度ω＝7.292115×10-5rads-1第12页,共23页，2024年2月25日，星期天三、坐标系的转换与基准转换为什么要进行转换？原因：坐标参照系包括基准和坐标系两部分，主要是由于不同基准和不同坐标系的存在，导致常常需要在他们之间进行相互转换。转换分为两个基本类型：1.坐标系转换2.基准转换第13页,共23页，2024年2月25日，星期天1、坐标系转换定义：指的是同一点的坐标在相同基准由一种坐标系下的坐标转换为另一种坐标系下的坐标。坐标系转换不涉及基准转换（即不涉及椭球参数及其定位和定向的转换，也即它们不变）坐标系转换中的两种坐标实际上是同一点不同坐标表达方式间的变换，具有一一对应的关系。第14页,共23页，2024年2月25日，星期天2、基准转换定义：就是两种坐标系由于采用的椭球参数、定位、定向或者由于尺度设置不同等原因导致两种基准之间的变换。基准变换和坐标系变换是本质上的区别。基准变换常见的是地心系与参心系之间的变换。基准变换常见的使用方法有：布尔沙-沃尔夫模型和莫洛金斯基模型第15页,共23页，2024年2月25日，星期天七参数布尔莎模型

一种椭球参数的转换需要使用七个参数，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z旋转（WZ），尺度变化（DM）。要求得七参数就需要在一个地区有3个以上的已知点。如果区域范围不大，可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化面DM视为0。第16页,共23页，2024年2月25日，星期天３、模型的选择全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型。对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型。

第17页,共23页，2024年2月25日，星期天二维七参数转换模型

同一点位在两个坐标系下的纬度差、经度差，单位为弧度，椭球长半轴差（单位米）、扁率差（无量纲），平移参数，单位为米，旋转参数，单位为弧度，尺度参数（无量纲）。

第18页,共23页，2024年2月25日，星期天平面四参数转换模型

属于两维坐标转换，对于三维坐标，需将坐标通过高斯投影变换得到平面坐标再计算转换参数。其中，x0，y0为平移参数，α为旋转参数，m为尺度参数。第19页,共23页，2024年2月25日，星期天综合法坐标转换

所谓综合法即就是在相似变换（Bursa七参数转换）的基础上，再对空间直角坐标残差进行多项式拟合，系统误差通过多项式系数得到消弱，使统一后的坐标系框架点坐标具有较好的一致性，从而提高坐标转换精度。首先利用重合点先用相似变换转换式中，3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度参数。第20页,共23页，2024年2月25日，星期天然后对相似变换后的重合点残