工程测量中几种常用坐标系和坐标转换方法

工程测量中几种常用坐标系和坐标转换方法

我国常用的测量坐标系统

1984世界大地坐标系

WGS-84坐标系的定义是:原点是地球的质心,空间直角坐标系的Z轴指向BIH(1984.0)定义的地极(CTP)方向,即国际协议原点CIO,它由IAU和IUGG共同推荐。
X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点,Y轴和Z,X轴构成右手坐标系。
WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值,两个常用基本几何参数:长半轴a=6378137m;扁率f=1:298.257223563
1954北京坐标系

1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系。
属于参心大地坐标系,其长半轴 a=6378245,扁率 f=1/298.3。
1980西安坐标系

1978年,我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。属参心大地坐标系。
其椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们为:其长半轴a=6378140m; 扁率f=1/298.257。
高斯平面直角坐标系和UTM

目前世界各国采用最广泛的高斯- 克吕格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影(等角投影), 即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。
为了限制长度变形,,根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带,6度带是自零度子午线起每隔经度。高斯平面直角坐标系一般以中央经线(L0)投影为纵轴X, 赤道投影为横轴Y,两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值,在投影中规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴。为了区别某一坐标系统属于哪一带,通常在横轴坐标前加上带号,如(4231898m,21655933m),其中21即为带号。城建坐标多采用三度带的高斯-克吕格投影。同一坐标系下的大地坐标(即经纬度坐标B,L)与其对应的高斯平面直角坐标(x,y)有严格的转换关系。
地方独立坐标系

地方独立坐标系是一种高斯平面直角坐标系;
在小范围的城市测量和工程测量中,为了减小投影变形一般采用地方独立坐标系;
中央子午线选在该测区的中心,投影面选在测区的平均高程面,坐标系定向在当地的正北方向或指定方向。
既然说到了不同的坐标系,就存在坐标转换的问题。

坐标转换是测绘实践中经常遇到的重要问题之一。

关于坐标转换,首先要搞清楚转换的严密性问题,即在同一个椭球里的坐标转换都是严密的,而在不同的椭球之间的转换这是不严密的。例如,由1954北京坐标系的大地坐标转换到954北京坐标系的高斯平面直角坐标是在同一参考椭球体范畴内的坐标转换,其转换过程是严密的。由1954北京坐标系的大地坐标转换到WGS-84的大地坐标,就属于不同椭球体间的转换。
不同椭球体间的坐标转换在局部地区的采用的常用办法是相似变换法,即利用部分分布相对合理高等级公共点求出相应的转换参数。一般而言,比较严密的是用七参数的相似变换法,即X平移,Y平移,Z平移,X旋转,Y旋转,Z旋转,尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点,如果区域范围不大,最远点间的距离不大于30Km(经验值),这可以用三参数,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K视为0,所以三参数只是七参数的一种特例。
如果不考虑高程的影响,对于不同椭球体下的高斯平面直角坐标可采用四参数的相似变换法,即四参数(x平移,y平移,尺度变化m,旋转角度α)。如果用户要求的精度低于20米,在一定范围(2'*2')内,就直接可以用二参数法(ΔB,ΔL)或(Δx,Δy)修正。但在实际操作中,这也取决于选取的公共点是否合理,并保证其足够的精度。
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