常用坐标系.docx

工作原因接触到大量生产单位的一线测量员,发现多数人对GPS测量中的关键概念“坐标系”了解甚少。所以找了点相关资料贴出来,希望对大家有帮助。
测量的基本任务就是确定物体在空间中的位置、姿态及其运动轨迹。而对这些特征的描述都是建立在某一个特定的空间框架和时间框架之上的。所谓空间框架就是我们常说的坐标系统,而时间框架就是我们常说的时间系统。
坐标系统
一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式,而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置,而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数,及其在空间的定位、定向方式,以及在描述空间位置时所采用的单位长度的定义。
坐标系的分类
正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置,采用了多种方法,从而也产生了不同的坐标系,如直角坐标系、极坐标系等。在测量中,常用的坐标系有以下几种:
n         空间直角坐标系
空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心,Z轴指向参考椭球的北极,X轴指向起始子午面与赤道的交点,Y轴位于赤道面上,且按右手系与X轴呈90°夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。(见Error! Reference source not found.)
 
n         空间大地坐标系
空间大地坐标系是采用大地经度(L)、大地纬度(B)和大地高(H)来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角,经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角,大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。
n         平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换,将空间坐标(空间直角坐标或空间大地坐标)通过某种数学变换映射到平面上,这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多,如UTM投影、Lambuda投影等,在我国采用的是高斯-克吕格投影,也称为高斯投影。
基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面,在大地测量中,在大地测量中,基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数,如参考椭球的长短半轴,以及参考椭球在空间中的定位及定向,还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
坐标系变换与基准变换
在GPS测量中,经常要进行坐标系变换与基准变换。所谓坐标系变换就是在不同的坐标表示形式间进行变换,基准变换是指在不同的参考基准间进行变换。
坐标系统的转换方法
不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换,不同基准间的转换方法有很多,其中,最为常用的有布尔沙模型,又称为七参数转换法。
七参数转换法是:
设两空间直角坐标系间有七个转换参数―3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。
一、      GPS测量中常用的坐标系统
1.      WGS-84
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统,GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。
WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84(世界大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立,于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。
WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心,,,Y轴与X轴和Z轴构成右手系。
WGS-84系所采用椭球参数为:
2.      1954年北京坐标系
1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。
建国前,我国没有统一的大地坐标系统,建国初期,在苏联专家的建议下,我国根据当时的具体情况,建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为:
a=6378245m
f=1/
遗憾的是,该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位,而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁,经我国的东北地区传算过来的,该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值,按我国天文水准路线推算出来的,而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
1954年北京坐标系建立后,全国天文大地网尚未布测完毕,因此,在全国分期布设该网的同时,相应地进行了分区的天文大地网局部平差,以满足经济和国防建设的需要。局部平差是按逐级控制的原则,先分区平差一等锁系,然后以一等