GPS中的坐标系省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

GPSGPS中坐标系中坐标系第1页主要内容：u坐标系统概述u投影投影带带号和中央子午号和中央子午线计算算u坐标系统转换u软件操作演示件操作演示第2页一、坐标系统概述1、概念、概念 坐标系统是描述位置一组数值，普通分为全球坐标系统和二维、三维坐标系统。将整个地表或某一部分投影到平面后，为了在地图上准确地定位，必须使用坐标系统。其主要参数为：地形面（Topography），大地水准面（Geoid），参考椭球面（ReferenceEllipsoid），基准（Datum）。坐标是地理数据骨骼框架，能够将我们数据定位到对应位置，为地图中每一点提供准确坐标，以确定项目区位置，为项目建设和区域规划提供依据，并实现可视化。第3页2 2、类别、类别 通常坐标系统分两种：地理空间坐标系（大地坐标）地理空间坐标系（大地坐标）与投投影坐标系（平面直角坐标影坐标系（平面直角坐标 ）（1 1）地理空间坐标系）地理空间坐标系(Geographic coordinate system)(Geographic coordinate system)使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义。基准面是利用特定椭球体对特定地域地球表面迫近，所以每个国家或地域都有各自基准面；也称球面坐标。我国惯用坐标系有WGS 1984（GPS点），Xian 1980.prj，Beijing 1954.prj。第4页（2 2）投影坐）投影坐标系系统 （Projection coordinate systemProjection coordinate system）在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上物体画到纸上，就必须展平，这种将球面转化为平面过程，称为“投影”。即平面直角坐标是球面坐标经由投影换算而成。该坐标系是使用X,Y值来描述地球上某个点所处位置。这个坐标系是从地球近似椭球体投影得到，它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米，也称非地球投影坐标系统（not earth），或者是平面直角坐标。投影坐标系由以下两项参数确定投影坐标系由以下两项参数确定:地理坐标系（由基准面确定，比如:北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯克吕格投影高斯克吕格投影、Lambert投影）第5页3 3、惯用坐标系、惯用坐标系（1 1）北京）北京5454坐标系坐标系 北京54坐标系是我国当前广泛采取大地测量坐标系，源自于前苏联1942年普尔科夫坐标系。以克拉索夫斯基椭球为基础，以1956年青岛验潮站黄海平均海水面为基准，经局部平差后产生坐标系，其结果得到了广泛应用。不过伴随测绘新理论、新技术不停发展，人们发觉该坐标系存在以下缺点：椭球参数有较大误差；参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东显著系统性倾斜，在东部地域大地水准面差距最大达+60m。这使得大百分比尺地图反应地面精度受到影响，同时也对观察量元素归算提出了严格要求；几何大地测量和物理大地测量应用参考面不统一，这给实际工作带来了麻烦；定向不明确。为此，我国在1978年在西安召开了“全国天文大地网整体平差会议”，提出了建立属于我国自己大地坐标系，即以后1980西安坐标系。第6页（2）西安）西安80坐标系坐标系 1980年国家大地坐标系采取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数据（IUG1975）。该坐标系大地原点设在我国中部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。基准面采取青岛大港验潮站19521979年确定黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。西安西安80坐标系是在坐标系是在1954北京坐标系基础上建立起来，含有以下优点：北京坐标系基础上建立起来，含有以下优点：a.椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，而且是多点定位；b.定向明确；c.大地原点位置居中，比较适当；d.大地高程基准采取1985国家高程基准第7页（3）WGS-84坐标系坐标系一个国际上采取地心坐标系，采取GPS卫星轨道数据。坐标原点为包含海洋和大气在内整个地球质心，空间直角坐标系Z轴指向BIH（1984.0）定义地极（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定义零度子午面和CTP赤道交点，Y轴和Z,X轴组成右手坐标系。WGS-84椭球采取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。建立WGS-84世界大地坐标系一个主要目标，是在世界上建立一个统一地心坐标系。当前是世界通用经纬度坐标系第8页（4）国家大地坐标系（CGCS）现行大地坐标系因为其结果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术要求。空间技术发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一大地坐标系作为各项社会经济活动基础性保障。所以，经国务院同意，依据中华人民共和国测绘法，我国自7月1日起启用国家大地坐标系。现有各类测绘结果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；7月1日后新生产各类测绘结果应采取国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到国家大地坐标系。国家大地坐标系定义包含坐标系原点、三个坐标轴指向、尺度以及地球椭球4个基本参数定义。国家大地坐标系原点为包含海洋和大气整个地球质量中心；国家大地坐标系Z轴由原点指向历元.0地球参考极方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元.0）交点，Y轴与Z轴、X轴组成右手正交坐标系。采取广义相对论意义下尺度。国家大地坐标系采取地球椭球参数数值为：长半轴a=6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常数GM=3.9860044181014m3s-2自转角速度=7.29211510-5rads-1第9页4、惯用投影（1）高斯投影(GaussProjection)高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名“等角横切椭圆柱投影”。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（CarlFriedrichauss，17771855）于十九世纪二十年代确定，后经德国大地测量学家克吕格（JohannesKruger，18571928）于19对投影公式加以补充，故名。高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐步增加，变形最大之处于投影带内赤道两端。因为其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带数据，其它各带都能应用），所以在大百分比尺地形图中应用，能够满足军事上各种需要，能在图上进行准确量测计算。横轴：赤道，用Y表示；纵轴：中央经线，用X表示；坐标原点：中央经线与赤道交点，用O表示赤道以南为负，以北为正；中央经线以东为正，以西为负我国位于北半球，故纵坐标均为正值，但为防止中央经度线以西为负值情况，将坐标纵轴西移500公里YX第10页（2）UTM投影 UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是等角横轴割圆柱投影（高斯-克吕格为等角横轴切圆柱投影），该投影将地球划分为60个投影带，每带经差为6度，已被许多国家作为地形图数学基础。UTM投影与高斯投影主要区分在南北格网线百分比系数上，高斯-克吕格投影中央经线投影后保持长度不变，即百分比系数为1，而UTM投影百分比系数为0.9996。高斯-克吕格投影与UTM投影可近似采取 Xutm=0.9996*X高斯，Yutm=0.9996*Y高斯进行坐标转换。第11页分度方法分度方法:有有3 3度和度和6 6度分带法度分带法1、6度分度分带带法法 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，中央中央经线为经线为3，9，15，依依这类这类推，投影推，投影带带号号为为1，2，330表示。东半球从东经06度为第一带，其中央经线经度为东经3度，东经612度为第二带，其中央经线经度为9度 其投影其投影带带号号n和中央和中央经线经经线经度度L0计计算公式算公式为为：L0=(6n-3)；西半球投影带从180回算到0，编号为31-60，其投影其投影带带号号n和中央和中央经线经经线经度度L0计计算公式算公式为为：L0=360-(6n-3)普通中小百分比尺，1：2.5万到1：50万地形图采取6度分带投影。我国经度范围西起73东至135，可分成六度带11个，各带中央经线依次为75、81、87、129、135。新疆经度范围为73度东至96度东，各带中央经线依次为75、81、87、93。二、投影带带号和中央子午线计算二、投影带带号和中央子午线计算第12页模型首首子子午午线线第第1带带0126央央子子中中午午线线赤赤 道道 NS第13页 2、3度分度分带带法法 3度带是在六度带基础上分成，它中央子午线与六度带中央子午线和分带子午线重合，即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第 1、2120带。即东经1.54.5度为第1带，其中央经线经度为东经3度，东经4.57.5度为第2带，其中央经线经度为东经6度。东半球有东半球有6060个投影带，编号个投影带，编号1-601-60，各带中央经线计算公式：，各带中央经线计算公式：L L0 0=3n,=3n,中央经线为中央经线为33、6.1806.180 西半球有西半球有6060个投影带，编号个投影带，编号1-601-60，各带中央经线计算公式：，各带中央经线计算公式：L L0 0=360-3n,=360-3n,中央经线为西经中央经线为西经177177、.3.3、00 我国三度带22个，新疆三度带中央经纬线依次为：75、78、81、84、87、90、93。普通三度带用于大百分比尺（如 1：10000）测图，城建坐标多采取三度带高斯投影。地形图上公里网横坐标前地形图上公里网横坐标前2位就是带号，比如：位就是带号，比如：1：5万地形图上横坐标万地形图上横坐标为为20345486，其中，其中20即为带号，即为带号，345486为横坐标值。为横坐标值。第14页（1）带带号号计计算算 6度带是以中央经线正负3度，带号N6等于所在位置经度除以6取整数再加1，若没有余数则商数就是带号，即N=N=Int(X/6)+1Int(X/6)+1。比如：所在位置经度为12607，除以6之后，商数为21，余数为07，带号N6=21+1=22 3度带带号N3等于所处位置经度除以3四舍五入取整数。即：N=X/3。比如：乌鲁木齐经度872827E，除以3，商数为29.2，所以N3取整为29。3、带号及中央经纬线计算第15页（2）中央经线计算）中央经线计算六度带中央经线经度L0计算：L0=(6n-3)，并由此可反算带号n=(L0+3)/6比如：地形图上横坐标为20345468，其所处六度带中央经线经度为：620-3=117。三度带中央经线经度L0计算：L L0 0=3=3n n比如：带号为20，其所处三度带中央经线经度为：320=60。第16页三坐标系统转换因为不一样基准和不一样坐标系存在，在实际应用中经常造成需要在他们之间进行相互转换。转换分为两个基本类型：1.坐标系转换2.基准转换1、坐标系转换、坐标系转换定义：定义：指是同一点坐标在相同基准下，由一个坐标系下坐标转换为另一个坐标系下坐标。比如，同一坐标参考系下空间直角坐标与大地坐标之间转换。特点：特点：（1）坐标系转换不包括基准转换（即不包括椭球参数及其定位和定向转换，也即它们不变）；（2）坐标系转换中两种坐标实际上是同一点不一样坐标表示方式间变换，含有一一对应关系。2、基准转换、基准转换定义：定义：就是两种坐标系因为采取椭球参数、定位、定向或者因为尺度设置不一样等原因造成两种基准之间变换。基准变换和坐标系变换是本质上区分。基准变换常见是地心系与参心系之间变换。如：北京54与西安80坐标间转换。第17页3、常见坐标转换、常见坐标转换我们惯用坐标转换主要为大地坐标与平面坐标转换、同一坐标系不一样带转换。以下主要介绍我们惯用两个坐标转换软件，即coord软件和实用坐标转换工具，进行经纬度坐标和公里网坐标转换。经检验两种方法计算结果是一致。当用GPS在外业中测得经纬度坐标后能够转换为公里网坐标在图纸上应用。方法以下：第18页（1）coord软件此次主要介绍经纬度转换为平面坐标。转换数据为：数据格式须设置为“度：分：秒”，如：872104.43“，须设置为：87:21:04.43双击coord.exe程序，打开转换软件界面，选择源坐标类型和目标坐标类型，椭球基准均选择北京54坐标系。经度经度纬度纬度872104.43435740.09872052.87435743.59872038.43435729.88872050.29435726.17第19页坐标转换 在“坐标转换”菜单下选择“投影设置”选项，弹出投影设置对话框。依据需转换坐标经度872104.43”，判断6度带中央经线为87度。在投影设置对话框中选择高斯投影6度带，填写中央子午线87度，单击确定。然后输入源坐标，格式为：度:分:秒，B为纬度，L为经度，单击转换坐标，则一组数据转换完成。第20页经度纬度XY872104.43435740.094869650.04528189.73872052.87435743.594869756.97527931.55872038.43435729.884869332.47527611.38872050.29435726.174869219.07527876.29由这类推，转换其它三组数据，最终转换结果以下表，再依据转换结果上图，画图。批量坐标转换：批量坐标转换：首先在打开界面中选择首先在打开界面中选择“文件转换文件转换”，其源坐标类型、，其源坐标类型、目标坐标类型、椭球基准及投影设置和单点坐标设置相同。然目标坐标类型、椭球基准及投影设置和单点坐标设置相同。然后设置后设置“格式格式”，依据设置格式创建源文件（，依据设置格式创建源文件（txt文档），然文档），然后选择后选择“浏览浏览”，单击转换按钮，单击转换按钮 ，最终查看转换结果。，最终查看转换结果。其详细操作在软件实际操作中进行详解。其详细操作在软件实际操作中进行详解。第21页（2）实用坐标转换工具 转换数据和coord软件转换数据相同，数据格式数据格式为为“度度.分秒分秒”，如：，如：872104.43“，须设须设置置为为87.210443格式。格式。双击运行程序 ，打开软件界面，单击“转换”菜单，选择“大地坐标变换为平面直角坐标”；设置坐标系和投影：单击“1954北京坐标系”，选择坐标系；单击“中国高斯投影（6度分带）”，弹出“当前平面直角坐标系”对话框，去掉标准分带“”，设置3度（6度）分带和中央子午线经度87度，单击确定；设置起始行、起始列，单击“打开”按钮选择需转换数据，单击“运行”按钮，查看转换结果，保留转换结果数据。第22页注意事项：1、必须是txt文档；2、在txt文档中，纬度在前，经度在后；3、从excel中拷贝经纬度数据，必须将原有空格替换为英文状态下空格；4、起始行、列设置必须和txt文档中经纬度数据起始行、列，如：数据有一行和一列表头，则起始行列为2,2。普通情况下最好不要设置表头，起始行列设置为1,1。第23页（3）北京）北京54坐标系转西安坐标系转西安80坐标系坐标系参数计算数据选择内蒙古自治区测绘局测量矿区周围8个国家控制点。需转换北京54坐标为：x：5100720.940y：664820.36z：1125.65点名等级坐标X(m)坐标Y(m)高程H(m)平面系高程系舍野日机鄂博5100682.470 664757.770 1125.650 8056包罗西哈托山5090462.240 660099.930 1079.300 8056九九二高地（一）5087706.780 667728.870 992.200 8056舍里得仁嘎山5095269.460 669369.580 1016.350 8056舍野日机鄂博5100720.940 664820.361125.650 5456包罗西哈托山5090500.720 660162.391079.300 5456九九二高地（一）5087745.220 667791.27992.200 5456舍里得仁嘎山5095307.920 669432.061016.350 5456第24页转换步骤：转换步骤：a、投影设置、投影设置设置投影方式和中央子午线经度；b、计算七参数、计算七参数在“坐标转换”菜单中选择“七参数计算”，弹出计算七参数对话框，输入源坐标和目标坐标，进行计算；c、七参数设置、七参数设置在“坐标转换”菜单中选择“七参数设置”，填写七个参数；d、坐标转换、坐标转换 选择源坐标类型、椭球基准和目标坐标类型、椭球基准，输入源坐标，即北京54坐标，勾选“七参数转换”，单击“转换坐标”，则可看到转换结果，即西安80坐标。第25页第26页