坐标系及转换剖析.ppt

主要内容 一、基本概念 二、坐标系统的分类和常用坐标系统 三、坐标系统转换 四、小结 五、作业 一、基本概念 1.位置基准 定位中被用作测量或计算基础的点、线或面。如：天体参照系的天球、赤道面、黄道面、春分点；大地坐标系的参考椭球及其定位和定向；高程参照系的大地水准面。 2.坐标参照系 空间位置的描述需要在一个特定的系统下采用特定的方式来进行，这一特定的系统被称为坐标参照系，即提供系统原点、尺度、定向及其时间演变的一组协议、算法和常数。 坐标参照系的定义虽然明确且严密，但是却非常抽象，而且也不易于使用。 3.参考框架 参考框架是坐标参照系的实现，是一组具有相应参照系下坐标及其时间演变的点。一组相容的坐标中，实际上隐含了定义一个坐标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一个尺度。 一、基本概念（续） 4.坐标和坐标系 坐标：在一个给定维数的空间中相对于一个参照系来确定点的位置的一组数。 坐标系：在给定维数的空间中用坐标来表示点的方法。如：笛卡儿坐标系、曲线坐标系等。 5.坐标系转换与基准转换 坐标系转换：同一点在相同基准或参照系下的坐标转换，实质上是不同坐标表达方式间的变换。 基准转换：同一点在不同基准或参照系下的坐标转换，如WGS 84与北京54坐标系间的大地坐标或空间直角坐标的相互转换。 二、坐标系统的分类 和常用坐标系统 1.坐标系统分类 2.常用坐标系 3.GPS坐标系 4.我国常用坐标系 1.坐标系统分类 图1 坐标系统分类图 2.常用坐标系 1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系 2）大地坐标系/椭球坐标系 3）平面直角坐标系 1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系 坐标系原点位于地球的质心或参考椭球的中心； Z轴指向地球或参考椭球的北极； X轴指向本初（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 1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系(续) 原点位于P0； U轴与过P0点的参考椭球面的法线重合，指向上方； N轴垂直于U轴，指向参考椭球的短半轴； E轴垂直于U轴和N轴，形成左手系； 在站心直角坐标系下点的N，E，U坐标为该点在三个坐标轴上的投影长度。 2）大地坐标系/椭球坐标系 大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的: 纬度是空间点的椭球面的法线与赤道面的夹角； 经度是包括空间点与椭球短轴的子午面和椭球的起始子午面的夹角； 大地高是空间点沿椭球的法线方向到椭球面的距离。 3）平面直角坐标系 平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标通过某种数学变换，投影或映射到平面上。 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。 3.GPS常用坐标系 1）WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic System 1984） 2）ITRS国际地球参照系（International Terrestrial Reference System）与ITRF国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame） 1）WGS-84世界大地坐标系 用途： GPS系统内部处理与位置有关信息，广播星历基于此系统。 建立： 20世纪80年代中期，美国国防制图局建立，1987年取代WGS-72。之后 WGS 84又进行了三次修订，第一次1994年，第二次1996年，第三次2001年，分别表示为 “WGS 84 （G730）”、“WGS 84 （G873）”和“WGS 84 （G1150）”。其中，“G”表示GPS；而跟在后面的数字所表示的是开始使用的GPS周数。 1）WGS-84世界大地坐标系（续） 地极（CTP–Conventions Terrestrial Pole）一致； X轴指向IERS参考子午线（IRM-IERS Reference Meridian）与通过原点并垂直于Z轴的平面的交点，IRM与在历元1984时的BIH零子午线（BIH Zero Meridian）一致。 Y轴最终完成右手地心地固正交坐标系。如图5所示： 1）WGS-84世界大地坐标系（续） WGS-84椭球参数（IAC+IUGG联合会17届推荐值）: 长半轴:a=6378137m?2m 地球引力常数:GM=3986005?108 ?0.6 ?108 （m