测量坐标系的变换

测量学坐标系的变换河北省地质调查院2010年1月6号目录第一节、坐标系统................................................................................................................1第二节、我国常用高程系................................................................................................2第三节、北京54和西安80坐标系区别...............................................................3第四节、北京54坐标系与西安80坐标系的相互转换...............................4第五节、6度带和3度带的划分及转换................................................................6第六节、Mapgis平台下的北京54及西安80坐标换带批量转换..........71第一节、坐标系统1、北京54坐标系北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。1954年北京坐标系的历史：新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采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。它是将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。因此，P54可归结为：a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f．高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。H.北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；自P54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果2得到了广泛的应用。2、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，即IAG75地球椭球体。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）。西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.257221013、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（WorldGeodeticSystem）是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。WGS84坐标系，长轴6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。第二节、我国常用高程系“1956年黄海高程系”，是在1956年确定的。它是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料，求出该站验潮井里横按铜丝的高度为3.61米，所以就确定这个钢丝以下3.61米处为黄海平均海水面。从这个平均海水面起，于1956年推算出青岛水准原点的高程为72.289米。国家85高程基准其实也是黄海高程基准，只不过老的叫“1956年黄3海高程系统”，新的叫“1985国家高程基准”，新的比旧的低0.029m我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。各高程系统之间的关系：56黄海高程基准：+0.00085高程基准（最新的黄海高程）：56高程基准-0.029吴淞高程系统：56高程基准+1.688珠江高程系统：56高程基准-0.586我国目前通用的高程基准是：85高程基准第三节、北京54和西安80坐标系区别1、北京54和西安80是两种不同的大地基准面，不同的参考椭球体，因而两种地图下，同一个点的坐标是不同的，无论是三度带六度带坐标还是经纬度坐标都是不同的。2、数字化后的得到的坐标其实不是WGS84的经纬度坐标，因为54和80的转换参数至今没有公布，一般的软件中都没有54或80投影系的选项，往往会选择WGS84投影。3、WGS84、北京54、西安80之间，没有现成的公式来完成转换。4、对于54或80坐标，从经纬度到平面坐标（三度带或六度带）的相互转换可以借助软件完成。5、54和80间的转换，必须借助现有的点和两种坐标，推算出变换参数，再对待转换坐标进行转换。（均靠软件实现）46、在选择参考点时，注意不能选取河流、等高线、地名、高程点，公路尽量不选。这些在两幅地图上变化很大，不能用作参考。而应该选择固定物，如电站，桥梁等第四节、北京54坐标系与西安80坐标系的相互转换北京54坐标系与西安80坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。转换方法如下：MAPGIS平台下的北京54与西安80转换一、数据说明北京54坐标系和西安80坐标系之间的转换其实是两种不同的椭球参数之间的转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z旋转（WY），尺度变化（DM）。若得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z），可以向地方测绘局获取。二、“北京54坐标系”转“西安80坐标系”的操作步骤启动“投影变换模块”1、单击“投影转换”“菜单下“S坐标系转换”“命令，系统弹出“转换坐标值”“话框，如图1所示：5⑴、在“输入”一栏中，坐标系设置为“北京54坐标系”，单位设置为“线类单位－米”；⑵、在“输出”一栏中，坐标系设置为“西安80坐标系”，单位设置为“线类单位－米”；⑶、在“转换方法”一栏中，单击“公共点操作求系数”项；⑷、在“输入”一栏中，输入北京54坐标系下一个公共点的（x、y、z），如图1所示；⑸、在“输出”一栏中，输入西安80坐标系下对应的公共点的（x、y、z），如图1所示；⑹、在窗口右下角，单击“输入公共点”按钮，右边的数字变为1，表示输入了一个公共点对，如图1所示；⑺、依照相同的方法，再输入另外的2个公共点对；⑻、在“转换方法”一栏中，单击“七参数布尔莎模型”项，将右边的转换系数项激活；⑼、单击“求转换系数”菜单下“求转换系数”命令，系统根据输入的3个公共点对坐标自动计算出7个参数，如图2所示，将其记录下来；然后单击“确定”按钮；2、求出七参数后便个进行坐标单点或文件转换。6⑴、首先编辑txt格式文本格式如图：⑵、转换类型选择“文件”，点击文件名打开要转转换的txt文件，例“54公共点转换实例”⑶、点击输出的“文件名”选择txt格式并起名保存，例保存为“80公共点转换实例”。点击转换所得到的“80公共点转换实例”即为转为80坐标系后坐标值。第五节、6度带和3度带的划分及转换1∶2.5万及1∶5万的地形图采用6度分带投影，即经差为6度，从零度子午线开始，自西向东每个经差6度为一投影带，全球共分60个带，用1，2，3，4，5，……表示．即东经0～6度为第一带，其中央经线的经度为东经3度，东经6～12度为第二带，其中央经线的经度为9度。1∶1万的地形图采用3度分带，从东经1.5度的经线开始，每隔3度为一带，用1，2，3，……表示，全球共划分120个投影带，即东经1.5～4.5度为第1带，7其中央经线的经度为东经3度，东经4.5～7.5度为第2带，其中央经线的经度为东经6度．我省位于东经113度－东经120度之间，跨第38、39、40共计3个带，其中东经115.5度以西为第38带，其中央经线为东经114度；东经115.5～118.5度为39带，其中央经线为东经117度；东经118.5度以东到山海关为40带，其中央经线为东经120度。地形图上公里网横坐标前2位就是带号，例如：1∶5万地形图上的横坐标为20345486，其中20即为带号，345486为横坐标值。当地中央经线经度的计算六度带中央经线经度的计算：当地中央经线经度＝6°×当地带号－3°，例如：地形图上的横坐标为20345，其所处的六度带的中央经线经度为：6°×20－3°＝117°（适用于1∶2．5万和1∶5万地形图）。三度带中央经线经度的计算：中央经线经度＝3°×当地带号（适用于1∶1万地形图）。例如在河北境内大部分地区：三度带中央经线经度的计算：114°=3°×38（横坐标为38******）六度带中央经线经度的计算：117°=6°×20-3°（横坐标为20******）而在张家口附近属于6度带和3度带中央子午线重合地带，既当地的3、6度带的X坐标及Y坐标的后6位数值都一样，即在转换时只须把各度带的Y坐标的前2位改过来即可，那里的6度带和3度带划分为：三度带中央经线经度的计算：117°=3°×39（横坐标为39******）六度带中央经线经度的计算：117°=6°×20-3°（横坐标为20******）第六节、Mapgis平台下的北京54及西安80坐标换带批量转换演示81、坐标系与高程系地面点或空间目标位置需由三维数据来决定，即由确定平面（球面）位置的坐标系和确定空间高度的高程系来定位。这个问题是一个与人类的生产活动与科学技术发展息息相关的重大问题。长期以来，人们一直在寻找一种精确的定位方法。本节将讨论如何建立一个科学的球面坐标系统问题。关于球面坐标系统的建立，可以假想地球绕一个想象中的地轴旋转，轴的北端称为地球的北极，轴的南端称为地球的南极；想象中有一个与地轴相垂直的平面能将地球截为相等的两半，这个平面与地球相交的线是一个圆，这个圆就是地球的赤道。我们将一条过英国格林尼治天文台旧址和地轴所组成的平面与地球球面的交线定义为本初子午线。以地球的北极、南极以及本初子午线作为基本要素，即可构成地球球面的坐标系统。1.坐标系用来表示地面点位置的坐标系的种类很多，但与地图及测绘密切相关的有地理坐标系和平面坐标系等。