空间数据坐标转换方案.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,2011/12/19,#,空间数据坐标转换方案,地图投影,及坐标,构三角网转换法,七,参数转换法,地图投影,及,坐标,1,地球体的相关概念,2,常用坐标系,3,大地控制网,（,1,）地球的自然表面,为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表面。,1,地球体,地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。,事实是：,（,2,）地球的物理表面,当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面叫,水准面,。,在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是,大地水准面,。它实际是一个起伏不平的重力等位面,地球物理表面。它所包围的形体称为,大地体,。,大地水准面,的意义,1,）,.,地球形体的,一级逼近,：,对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。,2,）,.,起伏波动在制图学中可忽略：,对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。,3,）,.,重力等位面：,可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度）,。,（,3,）地球的数学表面,在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为,地球椭球体,，简称,椭球体,。,它是一个规则的数学表面，所以人们视其为,地球体的数学表面,，也是对地球形体的,二级逼近,，用于测量计算的基准面。,椭球体,三要素,:,长轴,a,（赤道半径）、短轴,b,（极半径）和椭球的扁率,f,Equatorial Axis,Polar Axis,North Pole,South Pole,Equator,a,b,WGS,world,geodetic system,84 ellipsoid:,a,=6 378 137m,b,=6 356 752.3mequatorial diameter=12 756.3kmpolar diameter=12 713.5kmequatorial circumference=40 075.1kmsurface area=510 064 500km,2,a,-,b,6378137-6356752.3,f,=,a,6378137,1,=,298.257,f,对,a,，,b,，,f,的具体测定就是近代大地测量的一项重要工作。,对地球形状,a,，,b,，,f,测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体,参考椭球体,，这项工作就是,参考椭球体定位,。,通过数学方法将地球,椭球体摆到与大地水准面,最贴近的位置上，并求出,两者各点间的偏差，从数,学上给出对地球形状的,三,级逼近,。,由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种。,我国,最初于,1954,年将前苏联,1942,年坐标系统经过联测、平差引伸到我国，建立了,1954,年北京坐标系,，该坐标系的原点在前苏联西部的普尔科夫，采用克拉索夫斯基椭球元素，该椭球面与我国大地水准面不能很好地符合，产生误差较大。在积累了,30,年测绘资料的基础上，我国采用了国际大地测量协会推荐的,1975,年国际椭球，通过全国天文大地网整体平差建立了我国的大地坐标系，其参考椭球的基本元素：长半轴长,a=6378140m,，短半轴长,b=6356755m,，扁率,c=(a-b)/a=1,：,298.257,，椭球短轴平行于由地球质心指向,1968.0,地极原点方向，首子午面平行于格林尼治天文台的子午面，国家大地原点设在陕西省泾阳县，定位所决定的椭球面与我国大地水准面符合较好,。即,1980,西安坐标系,。,中国,1952,年前采用,海福特,（,Hayford,）椭球体；,1953,1980,年采用,克拉索夫斯基,椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台）；,自,1980,年开始采用,GRS 1975,（国际大地测量与地球物理学联合会,IUGG 1975,推荐）,新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为,“,1980,西安坐标系,”,大地坐标的起算点。,陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为“,1980,西安坐标系,”大地坐标的起算点,大地原点。,地图投影,及,坐标,1,地球体的相关概念,2,常用坐标系,3,大地控制网,常用,坐标系,大地坐标系,空间直角坐标系,高斯直角坐标系,地心坐标系（略）,站心坐标系,（略,）,大地经度：测站子午面与起始子午面间的夹角，分东经、西经,大地纬度：测站法线与赤道面间的夹角，分为南纬和北纬,大地高：地面点沿法线到椭球面的距离,大地方位角：测站上包含照准点的法截面与测站子午面间的夹角,大地坐标系,空间直角坐标系,椭球中心为坐标原点,起始子午面与赤道面交线为,x,轴,旋转轴为,z,轴,Y,垂直于,xoz,平面，三轴构成右手系,地图投影的意义,地球椭球体表面是不可展曲面，要将曲面上的客观事物表示在有限的平面图纸上，必须经过由曲面到平面的转换。,地图投影：,在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。,x,=,f,1,(,j,l,),y,=,f,2,(,j,l,),高斯直角坐标系,1,）,.,高斯,-,克吕格投影,（,等角横切椭圆柱投影,）,以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。,由德国数学家、天文学家高斯（,C.F.Gauss,，,1777,1855,）及大地测量学,家克吕格（,J.Krger,，,18571923,）共同创建。,高斯投影的条件是：,满足正形投影条件,中央子午线投影后为直线,中央子午线投影后长度不变,我国,规定按经差,6,或,3,进行投影分带。,高斯,投影,6,带自,0,子午线起，每隔经差,6,自西向东分带，依次编号,1,2,3,。我国,6,中央子午线的经度，由,69,起每隔,6,而至,135,，共计,12,带，带号用,n,表示，中央子午线的经度用,L,0,=6n-3,。高斯投影,3,带是在,6,带的基础上分成的，它的中央子午线一部分同,6,带的中央子午线重合，一部分同,6,带的分界子午线重合，带号用,n,表示，,3,带中央子午线用,L,表示，关系是：,L=3n,在,投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点,O,做为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴，以赤道的投影为横坐标轴，这样便构成了高斯平面直角坐标系。,在,我国,x,坐标均为正，,y,坐标的最大值（在赤道上）约为,330KM,。为避免出现负的横坐标，可,将,x,轴,向西移,500KM,，此外还应在坐标前面冠以带号。,高斯,-,克吕格直角坐标,y,A,=245 863.7 m,y,B,=-168 474.8 m,y,A,通,=20 745 863.7 m,y,B,通,=20 331 525.2 m,由于,分带造成了边界子午线两侧的控制点和地形图处于不同的投影带内，为了把各带连成整体，一般规定各投影带要有一定的重叠度，其中每个,6,带向东加宽,30,，向西加宽,15,或,7.5,，这样在上述重叠范围内，控制点将有两套相邻带的坐标值。地形图将有两套公里格网，从而保证了边缘地区控制点间的互相应用，也保证了地图的拼接和使用。,地图投影,及,坐标,1,地球体的,相关概念,2,常用坐标系,3,大地控制网,2,）,.,中国的大地控制网,平面控制网,:,按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。,由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。,高程控制网,:,按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。,中国高程起算面是,黄海平均海水面,。,1956,年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为,1956,年黄海高程系,。,1987,年国家测绘局公布：,启用,1985,国家高程基准,取代,黄海平均海水面,其比,黄海平均海水面,上升,29,毫米,。,青岛观象山水准原点,绝对高程,相对高程,国家水准原点,国家测绘局,平面控制网,国家测绘局,高程控制网,国家测绘局,坐标转换方法,根据,目前项目中的数据情况，经常会进行平面坐标、高程系统的转换。,首先,，我们需要在要转换的数据中选取控制点，,将控制点数据（,x,，,y,，,z,）在国家测绘局大地测量数据处理中心进行处理，即将平面坐标由,1954,北京坐标系转为,1980,西安坐标系，高程坐标由,1956,黄海高程系转为,1985,国家高程基准，得到一套转换后的成果坐标数据。,然后利用控制点的两套成果，对其他数据进行坐标转换,。（如出现其他坐标系统，也进行类似的转换）,控制点选取,1,）来源一：高程控制点,如基础地理数据数字线划图已有转换成果，可以采用,高程控制点,（,conp,）,做为,部分控制点。,2,）来源二：管道专业数据,选取管道专业数据中带有高程的数据，如焊口，一公里选取一个，做为控制点。,3,）来源三：其他数据,控制点布设的范围必须覆盖所有专业数据要素，包括站场。如站场或者其边角坐标不在控制点布设范围内，需要将站场边角点做为控制点，其高程值从,DEM,中获取。,构三角网转换方法,不规则,三角网（,Triangulated Irregular Network,），是根据区域的有限个点集将区域划分为三角面网络，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置。工程中常利用其连续分布性，根据测点的特征值插值计算出三角面中点的特征值。,需要,转换的数据,求得,pointZ,即为,X,XX=80X-54X,80X=54X+,X,用同样的方法构三角网，可求,80Y,，,85Z,此方法实质是散点拟合法，核心在于利用不规则三角网的特性，用插值求解算法得出各三角形中包含要素的特征值。,七参数转换方法,七,参数是两空间直角坐标系之间的转换参数，包括,3,个平移参数，,3,个旋转参数和,1,个尺度参数。不同坐标系的转换模型很多，常用的有布尔沙模型（,B,模型）和莫洛坚斯基模型（,M,模型）。工程中常用来求取一定区域内不同椭球体之间的转换参数。,设任意点在,O,1,和,O,2,为原点的两坐标系中的坐标分别为,X,1i,，,Y,1i,，,Z,1i,和,X,2i,，,Y,2i,，,Z,2i,，,则,模型可表示为,平移参数,尺度变化参数,旋转参数,七参数,平面误差和高程误差,在,项目应用中，,因,获取的,高程数据是,正常高，即,从大地水准面起算，,含重力因素，,受各测区重力影响不同,。而七参数法是严格的几何转换，用到的高程为大地高。正常高与大地高之间的差值称为高程异常，可以看成是大地水准面与参考椭球面之间的距离。,因此，七参数模型转换出的高程数据，不能投入实际应用。,高程,转换,的方法,，除利用第一种构三角网方法外，也可以利用曲面拟合,等,方法进行转换。,谢谢！,