1、第七章第七章 大地测量坐标大地测量坐标系统的转换系统的转换第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标系统之间的转换（重点）（重点）第四节第四节 平面坐标系统之间的转换平面坐标系统之间的转换（重点）（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）（重点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第七节 GPS
2、GPS高程与局部地区大地水准面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换（重点）不同大地坐标系统之间的转换（重点）第四节第四节 平面坐标系统之间的转换（重点）平面坐标系统之间的转换（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第
3、七节 GPSGPS高程与局部地区大地水准面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介 应用大地测量学应用大地测量学 应用大地测量学应用大地测量学7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值）年北京坐标系（整体平差转换值）7.1 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介 应用大地测量学应用大地测量学7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换
4、值）年北京坐标系（整体平差转换值）7.1 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系 应用大地测量学应用大地测量学 19541954年，总参测绘局在有关方面的建议与支持下，年，总参测绘局在有关方面的建议与支持下，鉴于当时的历史条件，采取先将我国一等锁与前苏联远鉴于当时的历史条件，采取先将我国一等锁与前苏联远东一等锁相联接，然后以连接处呼玛，吉拉林，东宁基东一等锁相联接，然后以连接处呼玛，吉拉林，东宁基线网扩大边端点的前苏联线网扩大边端点的前苏联19421942年年普尔科沃坐标系普尔科沃坐标系的坐标的坐标为起算数据，平差我国东北及东部一等锁，这样从苏
5、联为起算数据，平差我国东北及东部一等锁，这样从苏联传算来的坐标系定名为传算来的坐标系定名为19541954年北京坐标系。年北京坐标系。19541954年北京坐标系实际上是前苏联年北京坐标系实际上是前苏联19421942年普尔科沃年普尔科沃坐标系在我国的延伸，但我国坐标系的坐标系在我国的延伸，但我国坐标系的大地点高程大地点高程（19561956年黄海高程系）却与前苏联坐标系的计算基准面年黄海高程系）却与前苏联坐标系的计算基准面不同，因此严格意义上来说，二者不同，因此严格意义上来说，二者不是完全相同不是完全相同的大地的大地坐标系。坐标系。应用大地测量学应用大地测量学u19541954年北京坐标系属
6、于年北京坐标系属于参心参心坐标系；坐标系；u采用采用克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球参数；参数；u多点多点定位定位:垂线偏差由垂线偏差由900900个点解得，大地水准面差距由个点解得，大地水准面差距由4343个点解得；个点解得；u参考椭球参考椭球定向定向时令时令 ；u大地大地原点原点是前苏联的普尔科沃；是前苏联的普尔科沃；u大地点大地点高程高程是以是以19561956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；u高程异常高程异常是以前苏联是以前苏联19551955年大地水准面重新平差结果为起算值，按年大地水准面重新平差结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来
7、的；我国天文水准路线推算出来的；u提供的大地点成果是提供的大地点成果是局部平差局部平差结果。结果。0zyx7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系 应用大地测量学应用大地测量学u克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球比现代精确椭球相差过大比现代精确椭球相差过大；u只涉及两个几何性质的椭球参数只涉及两个几何性质的椭球参数（a a和和），满足不了当今理论研究和实），满足不了当今理论研究和实际工作中所需四个地球椭球基本参数的要求；际工作中所需四个地球椭球基本参数的要求；u处理处理重力数据重力数据时采用的是赫尔默特时采用的是赫尔默特19011901到到19091909年正常重力公式，与之相应年正常重力公
8、式，与之相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的；的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的；u对应的对应的参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜，在东部地区高程异常最大达到在东部地区高程异常最大达到6565米，全国范围平均米，全国范围平均2929米；米；u椭球定向不明确椭球定向不明确，椭球短轴指向既不是，椭球短轴指向既不是CIO,CIO,也不是我国的也不是我国的JYD1968.0JYD1968.0；u起始子午面起始子午面不是国际时间局不是国际时间局BIHBIH所定义的格林尼治平均天
9、文台子午面，给所定义的格林尼治平均天文台子午面，给坐标换算带来一些不便和误差；坐标换算带来一些不便和误差；u坐标系未经整体平差坐标系未经整体平差而仅是局部平差成果，点位精度不高，也不均匀；而仅是局部平差成果，点位精度不高，也不均匀；u名不副实名不副实，容易引起一些误解。，容易引起一些误解。7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系 应用大地测量学应用大地测量学7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系 应用大地测量学应用大地测量学7.1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值）年北京坐标系（整
10、体平差转换值）7.1 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系 应用大地测量学应用大地测量学u19801980年国家大地坐标系属年国家大地坐标系属参心参心大地坐标系；大地坐标系；u采用既含几何参数又含物理参数的采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数四个椭球基本参数。数值采用。数值采用19751975年年IUGGIUGG第第1616届大会的推荐值；届大会的推荐值；u多点多点定位；定位；u定向定向明确。地球椭球短轴平行于由地球质心指向地极原点明确。地球椭球短轴平行于由地球质心指向地极原点JYD1968.0JYD1968.0方向，起始大
11、地子午面平行于我国起始天文子午面；方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面；u大地原点大地原点在我国中部：陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点；在我国中部：陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点；u大地点高程大地点高程以以19561956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；u19801980年国家大地坐标系建立后，进行了全国天文大地网年国家大地坐标系建立后，进行了全国天文大地网整体平差整体平差，计算了计算了5 5万余个点的成果。万余个点的成果。应用大地测量学应用大地测量学7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系7.1.2 1980年国家大地坐标
12、系年国家大地坐标系 应用大地测量学应用大地测量学u原来的各种关于椭球参数的用表均要变更原来的各种关于椭球参数的用表均要变更u低等点要重新平差，编撰新的三角点成果表低等点要重新平差，编撰新的三角点成果表u地形图图廓线和方里网线位置发生变化，并引起地形图内地形、地地形图图廓线和方里网线位置发生变化，并引起地形图内地形、地物相关位置的改变物相关位置的改变u新形势下新形势下19801980年国家大地坐标系的地极原点年国家大地坐标系的地极原点JYD1968.0JYD1968.0已不能适应已不能适应当代建立高精度天文地球动力学系带要求。当代建立高精度天文地球动力学系带要求。应用大地测量学应用大地测量学7.
13、1.1 1954年北京坐标系年北京坐标系7.1.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值）年北京坐标系（整体平差转换值）7.1 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值年北京坐标系（整体平差转换值）应用大地测量学应用大地测量学 它是在它是在19801980年国家大地坐标系的基础上，年国家大地坐标系的基础上，改变改变IUGG1975IUGG1975年椭球至克拉索夫斯基椭球年椭球至克拉索夫斯基椭球，通过在空间，通过在空间三个坐标轴上进行平移而来的。因此，其坐标值仍三个坐标轴上进行平移而来的。因此
14、，其坐标值仍体现了体现了整体平差整体平差的特点，精度和的特点，精度和19801980年国家大地坐年国家大地坐标系相同，克服了标系相同，克服了19541954年北京坐标系局部平差的缺年北京坐标系局部平差的缺点；其点；其坐标轴坐标轴和和19801980年国家大地坐标系坐标轴相互年国家大地坐标系坐标轴相互平行，所以它的定向明确；它的平行，所以它的定向明确；它的椭球参数椭球参数恢复为恢复为19541954年北京坐标系的椭球参数，从而使其坐标值和年北京坐标系的椭球参数，从而使其坐标值和19541954年北京坐标系局部平差坐标值相差较小。年北京坐标系局部平差坐标值相差较小。应用大地测量学应用大地测量学u属
15、属参心参心大地坐标系；长短轴采用大地坐标系；长短轴采用克拉索夫斯基克拉索夫斯基椭球参数；椭球参数；u多点多点定位，参心虽和定位，参心虽和19541954年北京坐标系参心不相一致，但十分年北京坐标系参心不相一致，但十分接近；接近；u定向定向明确，与明确，与19801980年国家大地坐标系的定向相同；年国家大地坐标系的定向相同；u大地原点大地原点与与19801980年国家大地坐标系相同，但大地年国家大地坐标系相同，但大地起算数据起算数据不同；不同；u大地点高程基准大地点高程基准是以是以19561956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；为基准；u提供坐标是提供坐
16、标是19801980年国家大地坐标系年国家大地坐标系整体平差整体平差转换值，精度一致；转换值，精度一致；u用于用于测图坐标系测图坐标系，对于，对于1:51:5万以下比例尺测图，新旧图接边，不万以下比例尺测图，新旧图接边，不会产生明显裂痕。会产生明显裂痕。7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值年北京坐标系（整体平差转换值）应用大地测量学应用大地测量学三个坐标系的关系如下图三个坐标系的关系如下图:7.1.3 1954年北京坐标系（整体平差转换值年北京坐标系（整体平差转换值）第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介
17、第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换（重点）不同大地坐标系统之间的转换（重点）第四节第四节 平面坐标系统之间的转换（重点）平面坐标系统之间的转换（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第七节 GPSGPS高程与局部地区大地水准面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系大地坐标与三维直角坐标的换算关系 应用大地测量学应用大地测
18、量学第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系大地坐标与三维直角坐标的换算关系 应用大地测量学应用大地测量学BHeNZLBHNYLBHNXsin)1(sincos)(coscos)(2第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系大地坐标与三维直角坐标的换算关系 应用大地测量学应用大地测量学NBYXHHNNeYXZBXYLcos)(1(arctanarctan221222第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系大地坐标与三维直角坐标的换算关系 应用大地测量学应用大地测量学)57()/(1)(/arctan()sin()/arctan(122220222HNNeYXZBNBNeZYXH
19、XYL第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换（重点、难点）不同大地坐标系统之间的转换（重点、难点）第四节第四节 平面坐标系统之间的转换（重点）平面坐标系统之间的转换（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换（重点、难点）局部坐标系统的选择与坐标转换（重点、难点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第七节 GPSGPS高程与局部地区大地水准
20、面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标系统之间的转换 应用大地测量学应用大地测量学 应用大地测量学应用大地测量学7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换7.3.3 其他转换方法其他转换方法7.3 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标系统之间的转换 应用大地测量学应用大地测量学7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换7.3.3 其他转换方法其他转换方法7.3 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标
21、系统之间的转换7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学 不同空间直角坐标系的转换，包括三个坐标轴的不同空间直角坐标系的转换，包括三个坐标轴的平平移移和坐标轴的和坐标轴的旋转旋转，以及两个坐标系的，以及两个坐标系的尺度比尺度比参数，参数，坐标轴之间的三个旋转角叫欧勒角。坐标轴之间的三个旋转角叫欧勒角。7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学（1）OZ1轴不动，绕其将轴不动，绕其将0X1、OY1旋转旋转z角，旋转后的坐标轴角，旋转后的坐标轴OX1、OY1变为变为OX0、OY0;（2）绕）绕OY0轴将
22、轴将0Z1、OX0旋转旋转 y角，旋转后的坐标轴角，旋转后的坐标轴OZ1、OX0变为变为OZ0、OX2;（3）绕）绕OX2轴将轴将0Z0、OY0旋转旋转x角，旋转后的坐标轴角，旋转后的坐标轴OZ0、OY0变为变为OZ2、OY2;旋转变换公式：旋转变换公式：（7-6）、（）、（7-7）、（）、（7-8）若两套坐标系原点一致，坐标轴互不平行，其欧拉角为若两套坐标系原点一致，坐标轴互不平行，其欧拉角为x x、y y、z z，则将则将O-X1 1Y1 1Z1 1转换为转换为O-X2 2Y2 2Z2 2的步骤为：的步骤为：应用大地测量学应用大地测量学 三参数坐标转换公式是在假设两坐标系间三参数坐标转换公
23、式是在假设两坐标系间各坐标轴相互平行各坐标轴相互平行，轴系间轴系间不存在欧勒角不存在欧勒角的条件下得出的。实际应用中，因为欧勒角的条件下得出的。实际应用中，因为欧勒角不大，可以用三参数公式近似地进行空间直角坐标系统的转换。不大，可以用三参数公式近似地进行空间直角坐标系统的转换。公共点只有一个时公共点只有一个时,采用三参数公式进行转换。采用三参数公式进行转换。（7-97-9）000111222ZYXZYXZYX7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学 用七参数进行空间直角坐标转换有用七参数进行空间直角坐标转换有布尔莎公式布尔莎公式，莫洛琴斯基公莫
24、洛琴斯基公式式和和范氏公式范氏公式等。下面给出布尔莎七参数公式：等。下面给出布尔莎七参数公式：（7-10）000111111222000)1(ZYXZYXZYXmZYXXYXZYZ7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换优点：优点：转换结果转换结果精度较高精度较高。实际应用中舍弃不显著的参数，如个别欧拉角，选择四、五、六个实际应用中舍弃不显著的参数，如个别欧拉角，选择四、五、六个参数进行转换。参数进行转换。注意：注意：剔除误差较大的公共点！剔除误差较大的公共点！应用大地测量学应用大地测量学2201101102201101102201101100(1)00ZYZXYXxxxx
25、xxyym yyyyzzzzzz 7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换四参数法四参数法：局部地区应用七参数法球的的转换参数，尤其是平移参数的精局部地区应用七参数法球的的转换参数，尤其是平移参数的精度不高，公共点坐标小的变化会引起转换参数的交大变化。度不高，公共点坐标小的变化会引起转换参数的交大变化。局部地区，选取测区内一公共点的坐标作为局部地区，选取测区内一公共点的坐标作为“原点原点”，分别求，分别求出各点对原点的坐标差值。利用公共点的坐标差值求解转换参数。出各点对原点的坐标差值。利用公共点的坐标差值求解转换参数。（公式（公式7-117-11）实际数据计算表明，这种方法
26、的转换精度优于七参数法。实际数据计算表明，这种方法的转换精度优于七参数法。应用大地测量学应用大地测量学 坐标转换七参数公式属于坐标转换七参数公式属于相似变换模型相似变换模型。大地控制网中的系。大地控制网中的系统误差一般呈区域性，当统误差一般呈区域性，当区域较小区域较小时，区域性的系统误差被相似时，区域性的系统误差被相似变换参数变换参数拟合拟合，故局部区域的坐标转换采用七参数公式模型是比，故局部区域的坐标转换采用七参数公式模型是比较适宜的。但对较适宜的。但对全国或一个省区范围全国或一个省区范围内的坐标转换，可以采用内的坐标转换，可以采用多多项式回归模型项式回归模型，将各区域的系统偏差拟合到回归参
27、数中，从而提，将各区域的系统偏差拟合到回归参数中，从而提高坐标转换精度。高坐标转换精度。两种不同空间直角坐标系转换时，两种不同空间直角坐标系转换时，坐标转换的精度坐标转换的精度取决于坐取决于坐标转换的标转换的数学模型数学模型和求解转换系数的和求解转换系数的公共点坐标精度公共点坐标精度，此外，还，此外，还与与公共点的分布公共点的分布有关。鉴于地面控制网系统误差在不同区域并非有关。鉴于地面控制网系统误差在不同区域并非是一个常数，所以采用是一个常数，所以采用能更好地反映实际情况，能更好地反映实际情况，提高坐标转换的精度。提高坐标转换的精度。7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换
28、 应用大地测量学应用大地测量学7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换7.3.3 其他转换方法其他转换方法7.3 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标系统之间的转换7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学 不同大地坐标系的转换是指不同大地坐标系的转换是指的两个大地的两个大地坐标系统之间的坐标转换坐标系统之间的坐标转换。空间一点。空间一点P P对于第一个参考椭球其大地对于第一个参考椭球其大地坐标为（坐标为（B1B1，L1L1，H1H1），当椭球元素及其定位变化后，），当椭球元素及其
29、定位变化后，P P点的大地点的大地坐标变化了（坐标变化了（dB,dL,dHdB,dL,dH），对于变化后的第二个参考椭球），对于变化后的第二个参考椭球P P点的大点的大地坐标为（地坐标为（B2B2，L2L2，H2H2）。显然，不同大地坐标系的转换公式为）。显然，不同大地坐标系的转换公式为 只要求出大地坐标的只要求出大地坐标的变化量变化量，就可以按上式进行不同大地坐标，就可以按上式进行不同大地坐标系的转换。系的转换。根据椭球元素和定位的变化推求点的大地经纬度和大地根据椭球元素和定位的变化推求点的大地经纬度和大地高的变化的公式高的变化的公式，叫做，叫做。dHHHdLLLdBBB121212 应用大
30、地测量学应用大地测量学 由第二节空间直角坐标和大地坐标的关系式（由第二节空间直角坐标和大地坐标的关系式（7-17-1）可知，点）可知，点的空间大地直角坐标是椭球几何元素（的空间大地直角坐标是椭球几何元素（长半径长半径a a和和扁率扁率f f）和椭球定）和椭球定位元素（位元素（B B，L L，H H）的函数。当椭球元素和定位元素发生变化时，）的函数。当椭球元素和定位元素发生变化时，点的空间大地直角坐标必然发生变化。点的空间大地直角坐标必然发生变化。dHHZdLLZdBBZdffZdaaZdZdHHYdLLYdBBYdffYdaaYdYdHHXdLLXdBBXdffXdaaXdX7.3.2 不同大
31、地坐标系的转换不同大地坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学：（：（7-167-16）（推导见（推导见P219-220P219-220）fdfBBeMadaBeNBdZLdYBLdXBdH1sin)sin1()sin1(sinsincoscoscos222221cossin)sin2(sincoscossinsincossin1222fdfBBBeMadaBBNeBdZLdYBLdXBHMdB)cossecsinsec(1LdYBLdXBHNdL7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换式中，式中，dada，dfdf表示椭球元素的变换；表示椭球元素的变换；dXdX，dYdY，dZ
32、dZ表示椭球中心的变表示椭球中心的变化，即椭球定位的变化。因此，上式就是优于椭球元素和定位变化化，即椭球定位的变化。因此，上式就是优于椭球元素和定位变化引起的点的大地坐标变化的公式，叫引起的点的大地坐标变化的公式，叫大地坐标微分公式大地坐标微分公式。应用大地测量学应用大地测量学fdfBBeMadaBeNmBeNLBBNeLBBNeBZLYBLXBdHYX1sin)sin1()sin1()sin1(coscossinsincossinsinsincoscoscos2222222220001cossin)sin2(sincos1cossincossin)cossinsincossin(122220
33、00fdfBBBeMadaBBNeHMBmBeMNLLBZLYBLXBHMdBYXzYXLBLBLYBLXBHNdLsintancostan)cossecsinsec(1007.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换9 9个参个参数数 应用大地测量学应用大地测量学广义大地坐标微分公式转换参数有广义大地坐标微分公式转换参数有9 9个，与空间大地直角坐标个，与空间大地直角坐标七参数转换公式转换精度相当，但公式较为复杂。七参数转换公式转换精度相当，但公式较为复杂。（X1,Y1,Z1X1,Y1,Z1）（B1,L1,H1B1,L1,H1）（X2,Y2,Z2X2,Y2,Z2）（B2,L2,H2B
34、2,L2,H2）BrusaBrusa七参数公式七参数公式椭球椭球1 1参数参数椭球椭球2 2参数参数7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学 不同大地坐标系统之间的转换与空间直角坐标转换不同大地坐标系统之间的转换与空间直角坐标转换一样，也可以采用多项式回归模型进行坐标转换。如一样，也可以采用多项式回归模型进行坐标转换。如利用公式利用公式（7-127-12），将式中的，将式中的X X、Y Y、Z Z替换成相应的替换成相应的B B、L L、H H即可。公式右边也可以只采用即可。公式右边也可以只采用B B和和L L两个变量，分两个变量，分别列出别列出B B、
35、L L、H H的的变化值变化值与与B B、L L的多项式关系式。的多项式关系式。7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学 1cossin)sin2(sincos1cossincossin)cossinsincossin(12222000fdfBBBeMadaBBNeMBmBeMNLLBZLYBLXBMdBYXzYXLBLBLYBLXBNdLsintancostan)cossecsinsec(100只要在大地坐标微分公式中，将只要在大地坐标微分公式中，将H=0H=0代入即得到二维大地坐标代入即得到二维大地坐标转换模型转换模型：（：（7-187-1
36、8）7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换 应用大地测量学应用大地测量学7.3.1 不同空间直角坐标系的转换不同空间直角坐标系的转换7.3.2 不同大地坐标系的转换不同大地坐标系的转换7.3.3 其他转换方法其他转换方法7.3 不同大地坐标系统之间的转换不同大地坐标系统之间的转换第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换（重点）不同大地坐标系统之间的转换（重点）第四节第四节
37、平面坐标系统之间的转换（重点）平面坐标系统之间的转换（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）局部坐标系统的选择与坐标转换（重点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第七节 GPSGPS高程与局部地区大地水准面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题 应用大地测量学应用大地测量学7.4.1 不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型7.4.2 平面坐标系统相似变换模型平面坐标系统相似变换模型7.4 平面坐标系统之间的转换平面坐标系统之间的转换 应用大地测量学应用大地测量学7.4.1 不同二维高斯投影平面坐标系
38、的转换模型不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型7.4.2 平面坐标系统相似变换模型平面坐标系统相似变换模型7.4 平面坐标系统之间的转换平面坐标系统之间的转换7.4.1 不同二维高斯投影平面坐标不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型系的转换模型 应用大地测量学应用大地测量学 ：将不同的大地：将不同的大地坐标（坐标（B B，L L）用各自的椭球参数分别按）用各自的椭球参数分别按高斯正形投影正高斯正形投影正算公式算公式变换到高斯平面上，变为不同的二维高斯投影平变换到高斯平面上，变为不同的二维高斯投影平面坐标（面坐标（x x，y y）。此时，可以按）。此时，可以按二维高斯投影坐标变换二维高斯投影坐标变
39、换模型模型进行坐标转换，再将转换后的高斯平面坐标按进行坐标转换，再将转换后的高斯平面坐标按高斯高斯投影反算公式投影反算公式变换为相应的大地坐标。变换为相应的大地坐标。7.4.1 不同二维高斯投影平面坐标不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型系的转换模型 应用大地测量学应用大地测量学将式（将式（7-207-20）、（）、（7-177-17）带入式（）带入式（7-197-19）得到）得到不同二维高斯平面坐不同二维高斯平面坐标系的转换模型标系的转换模型。（7-197-19）dBBydLLydydBBxdLLxdx由（由（6-16-1）可得：）可得：应用大地测量学应用大地测量学7.4.1 不同二维高斯投
40、影平面坐标系的转换模型不同二维高斯投影平面坐标系的转换模型7.4.2 平面坐标系统相似变换模型平面坐标系统相似变换模型7.4 平面坐标系统之间的转换平面坐标系统之间的转换7.4.2 平面坐标系统相似变换模型平面坐标系统相似变换模型 应用大地测量学应用大地测量学 cossinsincos00mymxYYmymxXXiiiiii00,YX 称为坐标变换的称为坐标变换的平移平移参数，参数，m m称为称为尺度比尺度比参数，参数，称为称为旋转角旋转角参参数。数。优点：优点：原有控制网几何形状及原有控制网几何形状及相对关系不变。相对关系不变。缺点：缺点：公共点本身可能有误差，公共点本身可能有误差，要剔除误
41、差大的公共点。要剔除误差大的公共点。第七章第七章 大地测量坐标系统的转换大地测量坐标系统的转换第一节第一节 我国的大地坐标系统简介我国的大地坐标系统简介第二节第二节 大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）大地坐标与三维直角坐标的换算关系（重点）第三节第三节 不同大地坐标系统之间的转换（重点、难点）不同大地坐标系统之间的转换（重点、难点）第四节第四节 平面坐标系统之间的转换（重点）平面坐标系统之间的转换（重点）第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换（重点、难点）局部坐标系统的选择与坐标转换（重点、难点）第六节第六节 天球坐标系与地球坐标系的转换天球坐标系与地球坐标系的转换第七节第七节 GP
42、SGPS高程与局部地区大地水准面精化问题高程与局部地区大地水准面精化问题第五节第五节 局部坐标系统的选择与坐标转换局部坐标系统的选择与坐标转换 应用大地测量学应用大地测量学 按高斯正形投影按高斯正形投影6 6分带或分带或3 3分带所建立的高分带所建立的高斯平面坐标系统通常称为斯平面坐标系统通常称为国家统一坐标系统国家统一坐标系统。高。高斯投影会引起长度变形，投影带的边沿长度变形斯投影会引起长度变形，投影带的边沿长度变形更大。更大。工程测量工程测量采用国家统一坐标系统时，采用国家统一坐标系统时，控制网控制网实测边长实测边长应化算为高斯平面边长。应化算为高斯平面边长。测图测图时时地面长地面长度度化
43、算为高斯平面边长要加改正；另外化算为高斯平面边长要加改正；另外地面点如地面点如果高出椭球面一定高度果高出椭球面一定高度，则地面长度归算至椭球，则地面长度归算至椭球面上也要加改正。这样一来，给测图用图带来不面上也要加改正。这样一来，给测图用图带来不便，有时需选择局部坐标系。便，有时需选择局部坐标系。应用大地测量学应用大地测量学7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形国家统一坐标系引起的长度变形7.5.3 工程测量坐标系的选择工程测量坐标系的选择7.5.4 选择独立坐标系应注意的事项选择独立坐标系应注意的事项7.5 局部坐标系统的选择与坐标转换局部坐
44、标系统的选择与坐标转换 应用大地测量学应用大地测量学7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形国家统一坐标系引起的长度变形7.5.3 工程测量坐标系的选择工程测量坐标系的选择7.5.4 选择独立坐标系应注意的事项选择独立坐标系应注意的事项7.5 局部坐标系统的选择与坐标转换局部坐标系统的选择与坐标转换7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值 应用大地测量学应用大地测量学 地面水平长度归算至国家规定的椭球面上要加如下改正：地面水平长度归算至国家规定的椭球面上要加如下改正：（7-247-24）（）（4-294-29）式中，式中，RARA为长度所
45、在方向的椭球曲率半径，为长度所在方向的椭球曲率半径，HmHm为长度所在高程面为长度所在高程面对于椭球面的高差，对于椭球面的高差，s s为实地测量的为实地测量的水平水平长度。长度。例：例：Hm=1000mHm=1000m，s=10000ms=10000m，s=-1.57ms=-1.57m sRHsAm 应用大地测量学应用大地测量学 椭球面上的长度投影至高斯平面要加如下的改正：椭球面上的长度投影至高斯平面要加如下的改正：（7-257-25）（）（4-324-32）（）（6-676-67）式中，式中，为长度两端点高斯平面坐标为长度两端点高斯平面坐标y y坐标的平均值。坐标的平均值。S S为为椭椭球面
46、球面边长。边长。R R为边长中点处椭球平均半径。为边长中点处椭球平均半径。例：例：=113km=113km，S=10000mS=10000m，S=+1.57mS=+1.57m SRySm222mymy7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值 应用大地测量学应用大地测量学 （7-267-26）式中：各符号的含义同上，式中：各符号的含义同上，。sRHSRyAmm2227.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值 应用大地测量学应用大地测量学 取取S=sS=s，R=RA=6371kmR=RA=6371km，Y Y、H H以以kmkm为单位，将为单位，将长度综合变形长度综合变形公公式写成相
47、对变形的形式：式写成相对变形的形式：（7-277-27）上式表明，采用国家统一坐标系统所产生的长度综合变形与上式表明，采用国家统一坐标系统所产生的长度综合变形与该长度该长度所在的所在的有关。有关。我国我国工程测量规范工程测量规范和和城市测量规范城市测量规范均对长度综合变均对长度综合变形的容许值作出了明确规定，形的容许值作出了明确规定，选择独立坐标系时，应保证长度综选择独立坐标系时，应保证长度综合变形不超过合变形不超过的这一原则的这一原则。5210)7.1500123.0(Hys7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值 应用大地测量学应用大地测量学7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及
48、其容许值7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形国家统一坐标系引起的长度变形7.5.3 工程测量坐标系的选择工程测量坐标系的选择7.5.4 选择独立坐标系应注意的事项选择独立坐标系应注意的事项7.5 局部坐标系统的选择与坐标转换局部坐标系统的选择与坐标转换7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形国家统一坐标系引起的长度变形 应用大地测量学应用大地测量学 将长度综合变形的容许值将长度综合变形的容许值1 1：4 4万代入相对变形公式，得万代入相对变形公式，得 以以H H为纵坐标轴，为纵坐标轴，y y为横坐标轴绘右图为横坐标轴绘右图159.0)10(783.042yH 应用大地测量学应用大地测量学
49、所谓所谓适用区适用区，即如果地面长度平均高程和平均横坐标值位于该区域，即如果地面长度平均高程和平均横坐标值位于该区域，则长度综合变形小于则长度综合变形小于1:41:4万。万。例如例如1 1、2 2测区，测区中地面点的高程测区，测区中地面点的高程H H和横坐标和横坐标Y Y都满足测区所限定都满足测区所限定的范围，则不必选择独立坐标系。的范围，则不必选择独立坐标系。而而3 3、4 4、5 5测区位于不适用区，其长度综合变形大于测区位于不适用区，其长度综合变形大于1:41:4万，为测图万，为测图方便，可以选择独立坐标系方便，可以选择独立坐标系,有以下三种选择方法：有以下三种选择方法：u选择选择H H
50、值，保证长度综合变形小于值，保证长度综合变形小于1:41:4万，万，“3 3测区测区”可以考虑这种选择可以考虑这种选择;u选择选择y y值，保证长度综合变形小于值，保证长度综合变形小于1:41:4万，万，“4 4测区测区”可以考虑这种选择；可以考虑这种选择；u同时选择同时选择H H和和y y值，保证长度综合变形小于值，保证长度综合变形小于1:41:4万，万，“5 5测区测区”可以考虑可以考虑这种选择。这种选择。7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形国家统一坐标系引起的长度变形 应用大地测量学应用大地测量学7.5.1 长度变形及其容许值长度变形及其容许值7.5.2 国家统一坐标系引起的长度变形
