测量中的坐标系及其坐标转换

坐标系简要介绍以及转换

测量中的坐标系及其坐标转换

坐标转换的种类

测量中常用的坐标系

1:北京54坐标系，西安80坐标系，地方独立坐标系，WGS84坐标系,大地坐标系，高斯－克吕格平面直角坐标系，1956和1985黄海高程系统

（1）北京54坐标系

北京54坐标系的由来及特点

它是一种参心坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸，它的原点并不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

该坐标系曾发挥了巨大作用，但也有不可避免的缺点：

1：椭球参数有较大误差；

2：参考椭球面与我国大地水准面差距较大，存在着自西向东的明显的系统性的倾斜；

3：定向不明确；

4：几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一；

5：椭球只有两个几何参数，缺乏物理意义；

6：该坐标系是按分区进行平差的的，在分区的结合部误差较大。

（2）1980年国家大地坐标系

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大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村

西安80坐标系的由来及特点

它也是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。

1:采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。它有四个基本参数：

地球椭球长半径 a=6378140m

G是地心引力常数

地球重力场二阶带谐系数

地球自转角速度

2：椭球面同大地水准面在我国境内最为拟合；

3：椭球定向明确，其短轴指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面。

4：大地高程基准面采用1956黄海高程系统。

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2000年国家大地坐标系

WGS84坐标系

前面的均是参心坐标系，就整个地球空间而言，有以下缺点：

（1）不适合建立全球统一的坐标系统

（2）不便于研究全球重力场

（3）水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间三维坐标的完整性。

WGS84坐标系就是能解决上述问题的地心坐标系。

高斯－克吕格投影平面直角坐标系的由来及特点

为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。

目前各国常采用的是高斯投影和UTM投影，这两种投影具有下列特点：

（1）椭球面上任意一个角度，投影到平面上都保持不变,长度投影后会发生变形，但变形比为一个常数。

（2）中央子午线投影为纵轴，并且是投影点的对称轴，中央子午线投影后无变形，但其它长度均产生变形，且越离中央子午线越远，变形愈大。

（3）高斯平面直角坐标系的坐标轴与笛卡儿直角坐标系坐标轴相反，一般将y值加上500公里，在y值前冠以带号。

（4）带号与中央子午线经度的关系为

高程系统的由来及特点

在测量中有三种高程，分别是大地高，正高，正常高，我国高程系统日常测量中采用的是正常高，GPS测量得到的是大地高。

高程基准面是地面点高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程基准面。所谓大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的海水面，并延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。

我国的高程系统目前采用的是1956黄海高程系统和1985黄海高程系统。

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GPS定位的坐标系统与时间系统

坐标系统和时间系统是描述卫星运动、处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。

§2.1坐标系统的类型

在GPS定位中，通常采用两类坐标系统：

一类是在空间固定的坐标系，该坐标系与地球自转无关，对描述卫星的运行位置和状态极其方便。

另一类是与地球体相固联的坐标系统，该系统对表达地面观测站的位置和处理GPS观测数据尤为方便。

坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。在GPS定位中，坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。

§ 2.2协议天球坐标系

1.天球的基本概念

天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。

天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点Pn(

北天

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极)Ps(南天极)称为天极。

天球赤道面与天球赤道：通过地球质心与天轴垂直的平面为天球赤道面，该面与天球相交的大圆为天球赤道。

天球子午面与天球子午圈：包含天轴并经过地球上任一点的平面为天球子午面，该面与天球相交的大圆为天球子午圈。

时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。

黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.50。

黄极；通过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点。靠近北天极的交点 n称北黄极，靠近南天极的交点 s称南黄极。

春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点 。

在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。

2.天球坐标系

在天球坐标系中，任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。

天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分点 ，y轴与x、z轴构成右手坐标系。

天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经 为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬 为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离。

天球空间直角坐标系与天球球面坐标系

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x cos cos y

r cos sin z sin

岁差与章动 问题的提出：实际上地球自转轴（天轴）的空间指向、地球（天球）赤道面和地球（天球）黄道面的夹角（黄赤交角）和春分点在天球上的位置是否永远保持稳定不变？ 岁差：北天极（NCP）绕北黄极（NEP）顺时针转动，自转轴围绕北黄极画出一个圆锥，锥角等于黄赤交角ε＝23.5°，周期约为25800年。 瞬时平北天极：绕北黄极均匀移 动的北天极 瞬时北天极：观测瞬间的北天极 章动：瞬时北天极围绕瞬时平北天极产生旋

转，大致成椭圆形轨迹，其长半轴约9.2″，

主周期约18.6年。

§ 2.5时间系统

1有关时间的基本概念

在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。

在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：

GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS卫星的位置误差小于1cm，则相应的时 …… 此处隐藏：4538字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……