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    3d试机号014历史开奖结果:【GPS測量中坐標系統.坐標系的轉換過程】 測量坐標系

    双色球近800期 www.rmcxb.com 時間:2019-08-09 10:39:49 來源:双色球近800期 本文已影響 佳訊范文網手機站

    GPS測量中坐標系統、坐標系的轉換過程

    趙永春

    天津港灣水運工程有限公司

    摘 要:GPS在測量領域得到了廣泛的應用,本文介紹將GPS所采集到的WGS-84

    坐標轉換成工程所需的坐標的過程。

    關鍵詞:GPS 坐標系統 坐標系 轉換

    一、概述GPS及其應用

    GPS即全球定位系統(Global Positioning System)是美國從本世紀70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成的衛星導航定位系統。作為新一代的衛星導航定位系統經過二十多年的發展,已成為在航空、航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信氣象等所有的領域中一種被廣泛采用的系統。我國測繪部門使用GPS也近十年了,它最初主要用于高精度大地測量和控制測量,建立各種類型和等級的測量控制網,現在它除了繼續在這些領域發揮著重要作用外還在測量領域的其它方面得到充分的應用,如用于各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影測量、海洋測量和地理信息系統中地理數據的采集等。GPS以測量精度高; 操作簡便,儀器體積小,便于攜帶; 全天候操作;觀測點之間無須通視;測量結果統一在WGS84坐標下,信息自動接收、存儲,減少繁瑣的中間處理環節、高效益等顯著特點,贏得廣大測繪工作者的信賴。

    二、GPS測量常用的坐標系統

    1、1984世界大地坐標系

    WGS-84坐標系是美國國防部研制確定的大地坐標系,是一種協議地球坐標系。WGS-84坐標系的定義是:原點是地球的質心,空間直角坐標系的Z軸指向BIH(1984.0)定義的地極(CTP)方向,即國際協議原點CIO,它由IAU和IUGG共同推薦。X軸指向BIH定義的零度子午面和CTP赤道的交點,Y軸和Z,X軸構成右手坐標系。WGS-84橢球采用國際大地測量與地球物理聯合會第17屆大會測量常數推薦值,采用的兩個常用基本幾何參數:

    長半軸a=6378137m;扁率f=1:298.257223563。

    2、1954北京坐標系

    1954北京坐標系是將我國大地控制網與前蘇聯1942年普爾科沃大地坐標系相聯結后建立的我國過渡性大地坐標系。屬于參心大地坐標系,采用了前蘇聯的

    克拉索夫斯基橢球體。其長半軸 a=6378245,扁率 f=1/298.3。1954年北京坐標系雖然是蘇聯1942年坐標系的延伸,但也還不能說它們完全相同。

    3、1980西安坐標系

    1978年,我國決定建立新的國家大地坐標系統,并且在新的大地坐標系統中進行全國天文大地網的整體平差,這個坐標系統定名為1980年西安坐標系。屬參心大地坐標系。1980年西安坐標系Xi"an Geodetic Coordinate System 1980 采用1975國際橢球,以JYD 1968.0系統為橢球定向基準,大地原點設在陜西省涇陽縣永樂鎮,采用多點定位所建立的大地坐標系.其橢球參數采用1975年國際大地測量與地球物理聯合會推薦值,它們為:其長半軸a=6378140m; 扁率f=1/298.257。

    4 高斯平面直角坐標系和UTM

    一般的地圖均為平面圖,其對應的也是平面坐標.因此,需要將橢球面上各點的大地坐標,按照一定的數學規律投影到平面上成為平面直角坐標.目前世界各國采用最廣泛的高斯- 克呂格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影(等角投影), 即該投影在小區域范圍內使平面圖形與橢球面上的圖形保持相似。為了限制長度變形,,根據國際測量協會規定,將全球按一定經差分成若干帶。我國采用6度帶或3度帶,6度帶是自零度子午線起每隔經度。

    高斯平面直角坐標系一般以中央經線(L0)投影為縱軸X, 赤道投影為橫軸Y,兩軸交點即為各帶的坐標原點。為了避免橫坐標出現負值,在投影中規定將坐標縱軸西移500公里當作起始軸。為了區別某一坐標系統屬于哪一帶,通常在橫軸坐標前加上帶號,如(4231898m,21655933m),其中21即為帶號。 城建坐標多采用三度帶的高斯-克呂格投影。同一坐標系下的大地坐標(即經緯度坐標B,L)與其對應的高斯平面直角坐標(x,y)有嚴格的轉換關系。現行的測繪的教科書的一般都有。

    5、 地方獨立坐標系

    在我國許多城市測量與工程測量中,若直接采用國家坐標系下的高斯平面直角坐標,則可能會由于遠離中央子午線,或由于測區平均高程較大,而導致長度投影變形較大,難以滿足工程上或實用上的精度要求。另一方面,對于一些特殊的測量,如大橋施工測量,水利水壩測量,滑坡變形監測等,采用國家坐標系在實用中也會很不方便。因此,基于限制變形,以及方便實用,科學的目的,在許多城市和工程測量中,常?;嶠⑹屎媳鏡厙牡胤蕉懶⒆晗?。建立地方獨立坐標系,實際上就是通過一些元素的確定來決定地方參考橢球與投影面.地方參考橢球一般選擇與當地平均高程相對應的參考橢球,該橢球的中心,軸向和扁率與國家參考橢球相同。其橢球半徑α1增大為:α1=α+Δα1,Δα1=Hm+ζ0式中:Hm為當地平均海拔高程,ζ0為該地區的平均高程異常。而地方投影面的確定中,選取過測區中心的經線或某個起算點的經線作為獨立中央子午線.以某個特定方便使用的點和方位為地方獨立坐標系的起算原點和方位,并選取當地平均高程面Hm為投影面。

    三、坐標系統的轉換

    在工程應用中使用GPS衛星定位系統采集到的數據是WGS-84坐標系數據,而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標系或是地方(任意)獨立坐標系為基礎的坐標數據。因此必須將WGS-84坐標轉換到BJ-54坐標系或地方(任意)獨立坐標系。

    目前一般采用布爾莎公式(七參數法)完成WGS-84坐標系到北京54坐標系的轉換,得到北京54坐標數據。

    XBJ54=XWGS84+ KXWGS84+Δx+YWGS84ξZ"/ρ"-ZWGS84ξY"/ρ"

    YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+ΔY-XWGS84ξZ"/ρ"+ZWGS84ξX"/ρ"

    ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+ΔZ+XWGS84ξY"/ρ"-ZWGS84ξX"/ρ"

    四、坐標系的變換

    同一坐標系統下坐標有多種不同的表現形式,一種形式實際上就是一種坐標系。如空間直角坐標系(X,Y,Z)、大地坐標系(B,L)、平面直角坐標(x,y)等。通過坐標統的轉換我們得到了BJ54坐標系統下的空間直角坐標,我們還須在BJ54坐標系統下再進行各種坐標系的轉換,直至得到工程所需的坐標。

    1.將空間直角坐標系轉換成大地坐標系,得到大地坐標(B,L):

    L=arctan(Y/X)

    B=arctan {(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}

    H=(X2+Y2)0.5sinB-N

    用上式采用迭代法求出大地坐標(B,L)

    2.將大地坐標系轉換成高斯坐標系,得到高斯坐標(x,y)

    按高斯投影的方法求得高斯坐標,x=F1(B,L),y=F2(B,L)

    3.將高斯坐標系轉換成任意獨立坐標系,得到獨立坐標(x’,y’)

    在小范圍內測量,我們可以將地面當作平面,用簡單的旋轉、平移便可將高斯坐標換成工程中所采用坐標系的坐標(x’,y’),

    x’=xcosα+ysinα

    y’=ycosα-xsinα

    五、小結

    由于GPS測量的種種優點,GPS 定位技術現已基本上取代了常規測量手段成為了主要的技術手段,市面上出現了許多轉換軟件和不同型號的GPS數據處理配套軟件(包含了怎樣將GPS測量中所得到的WGS-84轉換成工程中所須坐標的功能),萬變不離其宗,只要我們明白了WGS-84轉換到獨立坐標系的轉換過程,便可很容易的使用該軟件了,甚至可以自己編寫程序,將WGS-84坐標轉換成獨立坐標系坐標。

    本文主要是介紹坐標系統、坐標系的轉換過程,文中提及的符號及具體轉換方法請參閱相關文獻。

    參考文獻

    [1] 徐紹銓等.GPS測量原理及應用(3S叢書).武漢測繪科技大學出版社.1998.

    [2] 朱華統等.GPS坐標系統的變換.北京測繪出版社.1994.

    [3] 武漢測繪學院等.控制測量學(下).測繪出版社.1988.

    [4] 楊德麟等.大比例尺數字測圖的原理方法與應用.清華大學出版社.1998.

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