2023學年完整公開課版GPS坐標系轉(zhuǎn)換

核心技能訓練GPS坐標系轉(zhuǎn)換2019.11.261GPS坐標系統(tǒng)GPS衛(wèi)星圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)且與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，而觀測站固定在地球表面，其空間位置隨地球自轉(zhuǎn)而變動。因此，在衛(wèi)星定位中，需建立兩類坐標系統(tǒng)，即天球坐標系和地球坐標系。 坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標采集31GPS坐標系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標采集4兩類坐標系統(tǒng)空間固定的坐標系（天球坐標系）特點：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)優(yōu)點：便于描述衛(wèi)星的運行位置和狀態(tài)地球相固聯(lián)的坐標系（地球坐標系）特點：隨同地球自轉(zhuǎn)軸運動優(yōu)點：便于表達地面觀測站的位置和處理觀測數(shù)據(jù)2023/5/9項目四坐標采集51.1天球坐標系與地心坐標系天球坐標系天球坐標系以天極和春分點作為天球定向基準。由于歲差和章動的影響，通常為協(xié)議天球坐標系。實用中是將衛(wèi)星在協(xié)議天球坐標系中的坐標分別顧及歲差和章動的影響，轉(zhuǎn)換成實際觀測歷元的瞬時天球坐標系的坐標，以取得衛(wèi)星與測站點相關(guān)位置在時間系統(tǒng)上的一致。地心坐標系（以地球質(zhì)心為坐標原點）建立以地心為坐標原點、與地球體相固連的三維空間直角坐標系統(tǒng)以解決衛(wèi)星與地面的聯(lián)系。1GPS坐標系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標采集61.1天球坐標系與地心坐標系地心坐標系分為地心空間大地平直角坐標系（XD、YD、ZD）和地心大地坐標系（BD、LD、HD）地心直角坐標系是GPS定位中采用的基本坐標系。將天球坐標系的坐標原點置于地球質(zhì)心上，z軸與地心坐標系的z軸一致，為瞬時地球自轉(zhuǎn)軸，此時所定義的天球坐標系與地心直角坐標系有最簡便的變換關(guān)系。1GPS坐標系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標采集7天球與地球坐標系的轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標采集8極移影響平地球坐標系觀測瞬間的真地球坐標系旋轉(zhuǎn)-SG角觀測瞬間的真天球坐標系歲差、章動影響某一歷元的平天球坐標系極移改正平地球坐標系旋轉(zhuǎn)SG角歲差、章動改正某一歷元的平天球坐標系觀測瞬間的真天球坐標系觀測瞬間的真地球坐標系SG角——真春分點時角1.2參心坐標系在經(jīng)典大地測量中，為了處理觀測成果和傳算地面控制網(wǎng)的坐標，通常須選取一參考橢球面作為基本參考面，選一參考點作為大地測量的起算點（稱為大地原點）。利用大地原點的天文觀測量來確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向。參心坐標系即以參考橢球中心為原點的坐標系。分為參心大地坐標系和參心空間直角坐標系兩種。1GPS坐標系統(tǒng)2023/5/9項目四坐標采集92.1WGS-84大地坐標系自上世紀60年代以來，美國國防部制圖局先后建成了WGS-60、WGS-66和WGS-72全球坐標系統(tǒng)。于1984年，發(fā)展了一種新的更為精確的世界大地坐標系WGS-84（WorldGeodeticSystem-84）。WGS-84坐標系的幾何定義是：坐標系的原點是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標系。2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集10零度子午面和CTP赤道的交點WGS-84幾何定義2023/5/9項目四坐標采集11協(xié)議地球極（CTP）與Z軸、X軸構(gòu)成右手坐標系地球質(zhì)心2.1WGS-84大地坐標系WGS-84橢球采用國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會大地測量常數(shù)推薦值，采用4個基本參數(shù)，6個輔助參數(shù)。自1987年1月10日之后，GPS衛(wèi)星星歷均采用WGS-84坐標系統(tǒng)，因此GPS網(wǎng)的測站坐標均屬于WGS-84坐標系統(tǒng)，原在天球坐標系中表示的星歷參數(shù)要轉(zhuǎn)換到WGS-84坐標系下。2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集122.22000國家大地坐標系我國空間技術(shù)發(fā)展成熟與廣泛應用迫切要求國家提供高精度、地心、動態(tài)、實用、統(tǒng)一的大地坐標系作為各項社會經(jīng)濟活動的基礎性保障。經(jīng)國務院批準，根據(jù)《中華人民共和國測繪法》，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系。2000國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8至10年。現(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應采用2000國家大地坐標系。2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集132.31954年北京坐標系（BJ-54）解放初期，我國大地坐標系是采用河北省石家莊市的柳新莊一等天文點作為原點的獨立坐標系統(tǒng)，采用該點的天文坐標作為其大地坐標，以海福特（Hayford）橢球進行定位。因海福特橢球誤差大，后以原蘇聯(lián)當時采用的1942年普爾科沃坐標系為基礎，采用克拉索夫斯基橢球。高程異常以前蘇聯(lián)1955年大地水準面新平差結(jié)果為起算值，而高程是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準。2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集142.41980年國家大地坐標系（GD-80）由于BJ-54存在著很多缺點，1978年，我國決定重新對全國天文大地網(wǎng)施行整體平差，建立了1980年國家大地坐標系。大地原點位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村。橢球短軸平行于由地球質(zhì)心指向我國地極原點JYD1968.0的方向，起始大地子午面平行于我國起始天文子午面。大地點高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準。2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集15常用坐標WGS-84坐標系、2000國家大地坐標系、1980西安坐標系和1954年北京坐標系地球橢球和參考橢球的基本幾何參數(shù)：2作業(yè)常用坐標系2023/5/9項目四坐標采集163.1坐標系轉(zhuǎn)換原理(1)不同大地坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換(2)由大地坐標轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g直角坐標(3)由空間直角坐標轉(zhuǎn)換為大地坐標(4)不同空間直角坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換七參數(shù)法：常用布爾沙-沃爾夫模型。轉(zhuǎn)換參數(shù)包括3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度變化參數(shù)。三參數(shù)法：采用摩洛根斯基模型。轉(zhuǎn)換參數(shù)只有3個平移參數(shù)。平面四參數(shù)法：一種降維的坐標轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換參數(shù)包括2個平移參數(shù)、1個旋轉(zhuǎn)參數(shù)1個尺度變化參數(shù)。3坐標轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標采集173.2坐標系轉(zhuǎn)換過程選取若干個具有兩套坐標的點，一套坐標為WGS-84坐標系中的坐標，另一套為國家或地方獨立坐標系中的坐標。通過坐標基準轉(zhuǎn)換公式，求出一系列轉(zhuǎn)換參數(shù)。在以后的測量中，再將這些轉(zhuǎn)換參數(shù)代入到坐標基準轉(zhuǎn)換公式中，即可得所測各點經(jīng)轉(zhuǎn)換后的坐標。3坐標轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標采集183.3影響坐標轉(zhuǎn)換的因素已知點分布情況已知點最好要均勻分布在整個作業(yè)區(qū)域的邊緣，能控制整個區(qū)域；一定要避免已知點的線形分布。已知點數(shù)量不需要高程的坐標轉(zhuǎn)換建議至少要用3個已知點；需要高程的至少要用4個已知點。已知點的精度匹配程度最好使用同性質(zhì)且等精度的點。3坐標轉(zhuǎn)換2023/5/9項目四坐標采集193.4轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度影響轉(zhuǎn)換參數(shù)求定精度的主要因