常用坐标系转换分析透彻浅显易懂分解公开课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,常用坐标转换措施,第1页,坐标系基本概念,一,框架间关系与比较,二,软件功效与界面,五,框架转换实例,六,内 容,惯用坐标系之间转换,三,转换模型及适用范围,四,第2页,一,框架间关系与比较,二,软件功效与界面,五,框架转换实例,六,内 容,惯用坐标系之间转换,三,转换模型及适用范围,四,坐标系基本概念,第3页,1,、地球形状,地球大地水准面,地球看做球形,地球看做椭球,第4页,地球为椭球,大地水准面,全球一致总椭球,参考椭球,第5页,地心坐标系,坐标原点位于地球质心,2,、地心坐标系与参心坐标系,参心坐标系,坐标原点不位于地球质心,地心坐标系和参心坐标系特点,地心坐标系适合于全球用途应用,参心坐标系适合于局部用途应用,有助于使局部大地水准面与参照椭球面符合更好,保持国家坐标系稳定,有助于坐标系保密,第6页,参心坐标系,原点与轴指向由给定点定义,基于国家或局部参照椭球,在国家内部进行平差,参照系为水平坐标系,Local ellipsoid,Geoid,Local area of,interest,Easting,Northing,第7页,原点,地球质量中心,Z-,轴,地球平均旋转轴,X-,轴,平均格林尼治子午面,垂直于,Z,轴,P(X,Y,Z),格林尼治,平均旋转轴,平均赤道面,O,平均格林尼治子午面,地心坐标系,全球椭球,大地水准面,第8页,WGS-84,坐标系,3、常用坐标系,国际地球参照框架(ITRF),1954,年北京坐标系,1980,西安坐标系,新,1954,北京坐标系,国家大地坐标系,我国大地基准,参心坐标系,地心坐标系,第9页,存在问题：,（1）椭球参数有较大误差。,（2）参照椭球面与我国大地水准面存在着自西,向东明显系统性倾斜。,（3）几何大地测量和物理大地测量应用参照,面不统一。,（4）定向不明确。,3.1 1954,年北京坐标系,1.1954年北京坐标系（BJ54旧）,坐标原点：前苏联普尔科沃。,参照椭球：克拉索夫斯基椭球。,平差措施：分辨别期局部平差。,第10页,坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。,参照椭球：1975年国际椭球。,平差措施：天文大地网整体平差。,3.2 1980,年国家大地坐标系（,GDZ80,）,特点：,（1）采用1975年国际椭球。,（2）椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。,（3）定向明确。,（4）大地原点地处我国中部。,（5）大地高程基准采用1956年黄海高程。,第11页,新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980国,家大地坐标（GDZ80）转换得来。,坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。,参照椭球：克拉索夫斯基椭球。,平差措施：天文大地网整体平差。,3.3,新,1954,年北京坐标系（,BJ54,新）,BJ54新特点：,（1）采用克拉索夫斯基椭球。,（2）是综合GDZ80和BJ54旧 建立起来参心坐标系。,第12页,3.3,新,1954,年北京坐标系（,BJ54,新）,（3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在,我国境内不是最对旳拟合。,（4）定向明确。,（5）大地原点与GDZ80相似，但大地起算数据不一样样。,（6）大地高程基准采用1956年黄海高程。,（7）与BJ54旧 相比，所采用椭球参数相似，,其定位相近，但定向不一样样。,（8）BJ54旧 与BJ54新 无全国统一转换参,数，只能进行局部转换。,第13页,WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数,3.4 WGS-84,坐标系,WGS-84定义：原点在地球质心,Z轴指向BIH1984.0定义协定地球极（CTP）方向,X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道交点,Y轴和Z、X轴构成右手坐标系.,它是一种地固坐标系。,第14页,长半径：,a=63781372,（,m,）；,地球引力常数：,GM=398600510,8,m,3,s,-2,0.610,8,m,3,s,-2,；,正常化二阶带谐系数：,C20=-484.1668510,-6,1.310,-9,；,J2=10826310,-8,地球自转角速度：,=729211510,-11,rads,-1,0.15010,-11,rads,-1,3.4 WGS-84,坐标系,第15页,国务院同意，7月1日起正式实行,地心坐标系，原点为包括海洋和大气整个地球质量中心,Z轴由原点指向历元.0地球参照极方向,X轴由原点指向格林尼治参照子午线与地球赤道面（历元.0）交点,该历元指向由国际时间局给定历元1984.0推算得到,Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。,国家大地坐标系采用地球椭球参数为：,长半轴a=6378137m，扁率f=1/298.257222101,3.5,国家大地坐标系,第16页,3.6,独立坐标系统,大多数建立在上个世纪五六十年代,控制网普遍采用老式三角导线测量措施布测,以都市或测区中心设置中央子午线，为了满足每公里长度变形不不小于2.5厘米限差规定；,基于国家大地坐标系建立独立坐标系统，称为独立坐标系。,建立措施与常用独立坐标系建立措施基本相似。,第17页,3.7,坐标系各参数比较,坐标系统,坐标系类型,椭 球,a,长半轴,（米）,扁率,1954,年北京坐标系,参心坐标系,克拉索夫斯基,6378245,1/298.3,1980,西安坐标系,参心坐标系,IAG-75,6378140,1/298.257,WGS-84,世界坐标系,地心坐标系,WGS-84,6378137,1/298.257223563,国家大地坐标系,地心坐标系,CGCS,6378137,1/298.257222101,独立坐标系,参心坐标系,同国家或自定义,第18页,3.8国际地球参照架（ITRF）,国际地球参照架(ITRF)是IERS(International Earth Rotation Service)制定，由全球数百个SLR、VLBI和GPS站所构成,IGS精密星历,Z轴指向CIO，运用SLR、VLBI和GPS等,技术维持.,提供站坐标及速度场信息,第19页,ITRF序列观测技术及板块运动模型,序列,ITRF观察技术,参考历元,启用时间,板块运动模型,88,VLBI,SLR,LLR,1988.0,1989,AM0-2,AM1-2,89,VLBI,SLR,LLR,1988.0,1990,AM0-2,AM1-2,90,VLBI,SLR,LLR,1988.0,1991,AM0-2,AM1-2,91,VLBI,SLR,LLR,GPS,1988.0,1992,AM0-2,NNR-NUVEL1,92,VLBI,SLR,LLR,GPS,1988.0,1994,AM0-2,NNR-NUVEL1,93,VLBI,SLR,GPS,1993.0,1995,NNR-NUVEL1A,94,VLBI,SLR,GPS,1993.0,1996,NNR-NUVEL1A,96,VLBI,SLR,GPS,DORIS,1997.0,1998,NNR-NUVEL1A,97,VLBI,SLR,GPS,DORIS,1997.0,1999,NNR-NUVEL1A,VLBI,SLR,GPS,DORIS,LLR,1997.0,NNR-NUVEL1A,最新是,ITRF,第20页,坐标系基本概念,一,二,软件功效与界面,五,框架转换实例,六,内 容,惯用坐标系之间转换,三,转换模型及适用范围,四,框架间旳关系与比较,第21页,ITRF,和,IGS(,卫星轨道,),关系,ITRF911992年至1993年终;,ITRF921994年期间;,ITRF931995年初至1996年中期;,ITRF941996年中期至1998年3 月;,ITRF961998年3月至1999年7月,ITRF97 1999年8月至6月,IGS97 6月至年12月,IGS00 年12月至201月,IGS00b 201月至2023月,IGS05 2023月至今,第22页,ITRF,和,IGS,关系,IGS精密星历,轨道约束，则测站坐标与IGS精密星历所采用ITRF框架一致。,采用ITRF中测站坐标,并对测站进行约束，则必需采用最新参照框架并将它转换至观测历元。,假如测站框架ITRFzz比IGS星历框架ITRFyy新。修正过程为,在自由网或最小约束分析方案中运用星历轨道计算;在观测历元采用近似转换参数将测站坐标从ITRFyy转换至ITRFzz;在ITRFzz 中加测站约束;,第23页,ITRF,和,IGS,关系,)假如采用GPS广播星历（WGS84）,则测站坐标同任一ITRFyy一致性在1米以内,运用精化了WGS84(G1150)星历,则两者一致性在1厘米以内。,第24页,最初WGS84与ITRF关系,WGS84地面站坐标精度为1m到2m精度，ITRF则为厘米级精度,引力常数不一样样,WGS-84,与,ITRF,关系,WGS84,与,ITRF,转换关系,第25页,WGS-84,与,ITRF,关系,精化后差异越来越小，最新实现差异在毫米量级,第26页,WGS84,与,CGCS,比较,第27页,WGS84,与,CGCS,比较,从定义上,CGCS与WGS 84是一致，即有关坐标系原点、尺度、定向及定向演变定义都是相似。,参照椭球非常相近，在4个椭球常数、GM、中，唯有扁率有微小差异：,第28页,WGS84,与,CGCS,比较,）df不引起大地经度变化；,）df引起大地纬度变化范围为00.105mm；,）df引起大地高变化范围为00.105mm；,在目前测量精度水平,即坐标测量精度1mm，由两个坐标系参照椭球扁率差异引起同一点在WGS 84和CGCS坐标系内坐标变化可以忽视。,结论:CGCS和WGS 84（G1150）在坐标系实现精度范围内，两者坐标是一致。,第29页,坐标系基本概念,一,框架间关系与比较,二,软件功效与界面,五,框架转换实例,六,内 容,三,转换模型及适用范围,四,常用坐标系之间旳转换,第30页,坐标类型,空间直角坐标,-XYZ,大地坐标,BLH,第31页,对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：,直角坐标系与大地坐标系参数间转换,直接算法,第32页,大地坐标系与空间直角坐标系变换,由空间直角坐标系变换至大地坐标系采用迭代法,第33页,两个坐标系三个平移参数、三个旋转参数、一种尺度参数,国家大地坐标系之间及与国际上坐标系之间转换,布尔莎七参数模型,第34页,布尔莎七参数模型,第35页,大地微分公式,椭球面上转换,三维七参数坐标转换模型,第36页,大地微分公式,椭球面上转换,二维七参数转换模型,用于大地高精度较低转换,第37页,三维四参数转换,若不考虑两者尺度差异,只顾及两个坐标系原点及起始定向差异,进行空间坐标转换时这4个参数可以是3个坐标平移参数和1个旋转参数,第38页,平面四参数转换模型,第39页,平面相似变换模型,考虑两个方向不一样样尺度Sx，Sy,第40页,独立坐标系建立措施,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,都市独立坐标系一般是以国家坐标系坐标为基础建立，独立坐标系建立措施大体归类为如下三种类型或它们组合：,（1）高斯正形投影于参照椭球面上任意带平面直角坐标系；,（2）高斯正形投影于低偿高程面任意带平面直角坐标系；,（3）以中心点坐标平移或者坐标加常数和旋转。,第41页,建立都市独立坐标系模型,1）椭球膨缩法,独立坐标系投影面即可高出CGCS椭球面，也可减少。,建立高斯投影于抵偿高程面上任意带平面直角坐标系，可采用椭球膨缩法。,2）椭球平移法,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,第42页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,（1）高斯正形投影于参照椭球面上任意带平面直角坐标系,这种类型一般采用用高斯投影计算措施，将独立坐标变换到对应椭球国家平面坐标。,（2）高斯正形投影于低偿高程面任意带平面直角坐标系,这种类型一般采用椭球变换法或比例缩放法进行变换。,椭球变换法,在不变化扁率（偏心率）前提下，变化椭球长半轴，使变化后椭球面与区域平均高程面重叠，然后在变化参数后椭球基础上进行投影。,第43页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,转,换,步,骤,第44页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,比例缩放法,比例缩放法1：一般在一定精度和范围内进行不一样样投影归算面坐标换算，可视为是长度元素进行一次按比例缩放。,转,换,步,骤,第45页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,比例缩放法2：在测区中央选择一种中心点，保持其他各点与中心点,方位不变，对各点与中心点距离乘以一种变形系数K后得到零变形距离，然后根据零变形距离与方位角计算各点坐标改正量，从而得到各点新坐标（地方坐标）。,转,换,步,骤,第46页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,算法比较,比例缩放法：合用在小区域范围，算法上只考虑两个投影归算面简朴近似平面缩放关系，没有考虑由于归算面变化而产生椭球面变化问题。并且需要选择一种重叠点，选择不一样样重叠点换算后坐标也会有差异，其长处换算后坐标值与原坐标值较靠近，便于展到原地形图上。,椭球变换法：通过变化椭球参数来确定新椭球面，换算后坐标值具有唯一值，合用换算区域范围更大，精度较高，不过，换算后坐标值与原坐标值相差较大，不便于展到原坐标地形图上。,第47页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,（3）以中心点坐标平移或者坐标加常数和旋转,以中心点进行平移,以都市或测区中央某个控制点为中心点，将所有原控制点坐标以中心点进行平移，从而获得独立坐标系坐标。,第48页,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,（3）以中心点坐标平移或者坐标加常数和旋转（续）,以中心点进行平移，再按某角度进行旋转,以都市或测区中央某个控制点为中心点，将先所有原控制点坐标以中心点基准进行平移，然后按某角度进行旋转，最终获得独立坐标系坐标。,第49页,原独立坐标系向系独立坐标系转换,地方独立坐标系测绘成果向地心坐标系转换措施,原独立坐标系成果转换到系独立坐标系，通过选择覆盖整个转换区域，且分布均匀，具有一定密度高精度重叠点，采用二维坐标转换模型（二维四参数模型或二维多项式模型）求解转换参数，根据转换参数通过转换获得系独立系坐标。,第50页,转换模型,第51页,ITRF框架间互相转换,框架转换环节,框架转换关系建立,进行板块运动改正,进行框架点坐标计算,第52页,ITRF框架互相转换,第一步:框架转换关系建立,若已给定转换参数P，任一历元t坐标值可从下式中得到,t0是表中指定历元，t为需转到目旳历元,P为参数速率,第53页,框架转换关系,转换参数,T1,(cm),T2(cm),T3(cm),S,ppb,R1,.001,R2,.001,R3,.001,ITRF97,0.60,0.56,-2.01,1.40,0.04,-0.001,0.043,转换参数,(cm/y),(cm/y),(cm/y),ppb,.001/y,.001/y,.001/y,速率,-0.04,-0.08,-0.15,0.012,-0.004,0.001,0.03,从ITRF到 ITRF转换参数及它们速率（历元.0）,转换,参数,T1,(mm),T2,(mm),T3,(mm),S,ppb,R1,(mas),R2,(mas),R3,(mas),ITRF,0.1,-0.8,-5.8,0.40,0.000,0.000,0.000,转换参数,(cm/y),(cm/y),(cm/y),ppb/y,.001/y,.001/y,.001/y,速率,-0.2,0.1,-1.8,0.08,0.000,0.000,0.000,从ITRF转换到此前框架转换参数与速率（历元1998.0）,第54页,ITRF框架互相转换,详细公式为,第55页,ITRF框架互相转换,第二步,:,考虑板块运动,第三步,:,进行框架点坐标计算,X,Y,Z为在ITRF中坐标，XS,YS,ZS为其他框架中坐标,第56页,国家大地坐标与,ITRF,框架坐标转换,首先按已公布ITRF框架之间转换关系由参照历元转换到.0历元。,ITRF-ITRF97=ITRF-ITRF+ITRF-ITRF97,例如:将ITRF坐标转换关系转换为ITRF97，历元,转换,参数,(cm),(cm),(cm),S(ppb),.001,.001,.001,ITRF97,0.5300,0.3200,-2.8900,1.8270,0.0320,0.0010,0.1030,速率,-0.0600,-0.0700,-0.3300,0.0920,-0.0040,0.0010,0.0300,第57页,国家大地坐标与,ITRF,框架坐标转换,根据测站自身在预转换框架中速率值及框架自身变化速率代入公式，转换参数变化率看作年变率，计算得到测站实际变化速率。,第58页,国家大地坐标与,ITRF,框架坐标转换,为控制点速率，可从ITRF网站（）所提供对应框架站点坐标文献中获取(例如：ITRF_GPS_SSC)。,第59页,国家大地坐标与,ITRF,框架坐标转换,其速度矢量不确定期,测站速度场可通过已公布动态板块模型近似得到。,每个板块角速度分量是已知值都可从地球物理模型计算得到，因此，测站速度为：,第60页,国家大地坐标与,ITRF,框架坐标转换,按计算得到框架之间转换关系转换,得到,CGCS,坐标,第61页,坐标系基本概念,一,框架间关系与比较,二,软件功效与界面,五,框架转换实例,六,内 容,惯用坐标系之间转换,三,四,转换模型及合用范围,第62页,Bursa,椭球面,三维,平面,七,参数,七参数,四、坐标转换模型及合用范围,四参数,四参数,三参数,第63页,四、坐标转换模型及合用范围,二维七参数转换,模型,省级以下,相对独立平面坐标系统与,CGCS,联络,全国,及省级,三维四参数转换模型,平面四参数转换模型,范围与模型选择,多项式回归,模型,第64页,