坐標系統(tǒng)清理改造

1、全省坐標系統(tǒng)的清理改造全省坐標系統(tǒng)的清理改造基礎測繪處基礎測繪處第一章第一章 常用坐標系統(tǒng)常用坐標系統(tǒng)一、1984世界大地坐標系 （WGS-84坐標系 ）采用的橢球：GRS80 橢球基本參數(shù)地心坐標系名稱GRS80長半軸6378137地球引力常數(shù)3.9860051014m3/s2扁率f1/298.257222101地球自轉角速度7.29211510-5rad/s二、1954年北京坐標系采用的橢球：克拉索夫斯基橢球 橢球基本參數(shù)1954年北京坐標系名稱克拉索夫斯基長半軸6378245地球引力常數(shù)未使用扁率f1/298.3地球自轉角速度未使用三、1980西安坐標系采用的橢球： IUGG1975橢球

2、基本參數(shù)1980西安坐標系名稱IUGG1975長半軸6378140地球引力常數(shù)3.9860051014m3/s2扁率f1/298.257地球自轉角速度7.29211510-5rad/s四、地方獨立坐標系采用的橢球： 與國家參考橢球相同的橢球 地方參考橢球（橢球的中心、軸向和扁率與國家參考橢球相同 ）采用的投影面：第二章 控制測量的基準面和基準線1、大地水準面、大地體重力重力 （離心力、地心引力的合力）重力方向重力方向鉛垂線方向水準面水準面靜止狀態(tài)的水面（無數(shù)個），重力位能相等。測量中，要求儀器的垂直軸與鉛垂線一致，故鉛垂線是外業(yè)測量工作的基準線。大地水準面大地水準面用占地球表面71%的海水面代

3、替地球的形體，并作為測量外業(yè)工作統(tǒng)一的基準面大地大地水準面水準面。假定海洋的水體，只受重力作用，無潮汐、風浪影響，處于完全靜止和平衡狀態(tài)，將海洋的表面延伸到大陸的下面并處處保持著與垂線方向正交這一特點，也是一個水準面，稱這一特定的水準面為。所包圍的形體稱。地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，地殼有高低起伏，所以重力方向有局部變化，致使處處與重力方向垂直的大地水準面也就不規(guī)則，它不能作為大地測量計算的基準面。必須尋找一個與大地體相近的，能用簡單的數(shù)學必須尋找一個與大地體相近的，能用簡單的數(shù)學模型表示的規(guī)則體形代替模型表示的規(guī)則體形代替橢球面。橢球面。2、總地球橢球、參考橢球用來代替大地體的橢球體稱為地球橢球

4、體地球橢球體。一個與大地體外形符合最好的地球橢球叫總地球橢球總地球橢球或平均地球橢球。 總地球精球應滿足的三個條件：總地球精球應滿足的三個條件：總質(zhì)量等于地球的總質(zhì)量，中心與地球的質(zhì)心重合，赤道平面與地球赤道面一致。旋轉角速度與地球的旋轉角速度相等。體積與大地體的體積相等。它的表面與大地水難面之間的差距的平方和為最小。 總地球精球面是總地球精球面是個理想的測量計算的基準面?zhèn)€理想的測量計算的基準面。 3、參考橢球面、參考橢球體 各國或地區(qū)為各自的大地測量工作需要，采用了參考橢球體，用參考橢球面作為測量計算的基準面參考橢球面作為測量計算的基準面。只與某一個國家或某一地區(qū)的大地水準面符合較好的地球橢

5、球體。4、垂線偏差和大地水準面差距大地水準面的鉛垂線與橢球面的法線之間的夾角稱為垂垂線偏差線偏差。在某一點上，大地水準面超出橢球面的高差稱為大地水大地水準面差距準面差距。 （似大地水準面超出橢球面的高差稱為高程異常高程異常。）它們是標志大地水準面和橢球面之間的差異的量。測量計算時要進行歸化。第三章 橢球面的測量計算一、地球橢球的基本幾何參數(shù)及相互關系一、地球橢球的基本幾何參數(shù)及相互關系橢圓的長半軸： a橢圓的短半軸： b橢圓的扁率： aba 橢圓的第一偏心率： abae22橢圓的第二偏心率： bbae22 五五個個基基本本幾幾何何參參數(shù)數(shù) a、b稱為長度元素稱為長度元素扁率反映了橢球扁率反映了

6、橢球體的扁平程度體的扁平程度 克拉索夫斯基橢球1975國際橢球WGS-84系橢球a637824563781406378137b6356863.01877304736356755.28815752876356752.3142c6399698.90178271106399596.65198801056399593.62581/298.31/298.2571/298.257223563e20.0066934216229660.0066943849995880.0066943799013e20.0067385254146830.0067395018194730.00673949674227二、將地面觀

7、測的方向值歸算到橢球面 1、將地面觀測的水平方向歸算至橢球面三差改正 垂線偏差改正標高差改正截面差改正三、將地面觀測的長度歸算到橢球面1基線尺量距的歸算 )(22122121HHuuhuusu 垂線偏差對長度歸算的影響 :)(2)1 (122110HHuuRHSSm 高程對長度歸算的影響：2電磁波測距的歸算 232121224)1)(1 ()(1AAARDRHRHDHHDS第四章 高斯投影一、高斯投影概述所謂地球投影地球投影，簡略說來就是將橢球面各元素（包括坐標、方向和長度）按一定的數(shù)學法則投影到平面上。研究這個問題的專門學科叫地圖投影學地圖投影學。 ),(),(21BLFyBLFx橢球面是一

8、個凸起的、不可展平的曲面，若將這個曲面上的元素（比如一段距離、一個角度、一個圖形）投影到平面上，就會和原來的距離、角度、圖形呈現(xiàn)差異，這一差異稱作投影的變形 1.投影與變形 2.控制測量對地圖投影的要求 等角投影（又稱正形投影） 長度和面積變形不大，并能用簡單公式計算由變形而引起的改正數(shù) 能很方便地按分帶進行，并能按高精度的、簡單的、同樣的計算公式和用表把各帶聯(lián)成整體 3.高斯投影的基本概念高斯投影高斯投影又稱橫軸橢圓柱等角投影，是德國測量學家高斯于18251830年首先提出的 想象有一橢圓柱面橫套在地球橢球體外面，并與某一條子有一橢圓柱面橫套在地球橢球體外面，并與某一條子午線（稱中央子午線或

9、軸子午線）相切，橢圓柱的中心軸午線（稱中央子午線或軸子午線）相切，橢圓柱的中心軸通過橢球體中心，然后用一定的投影方法將中央子午線兩通過橢球體中心，然后用一定的投影方法將中央子午線兩側各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將此柱側各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面。面展開即成為投影面。 我國規(guī)定按經(jīng)差6和3度進行投影分帶，為大比例尺測圖和工程測量采用3度帶投影。特殊情況下工程測量控制網(wǎng)也可用1.5度帶或任意帶。二、高斯投影坐標正反算二、高斯投影坐標正反算1高斯投影坐標正算公式： B,l x,y 高斯投影必須滿足以下三個條件高斯投影必須滿足以下三個條件：中央子午

10、線投影后為直線；中央子午線投影后長度不變；投影具有正形性質(zhì)，即正形投影條件。2高斯投影坐標反算公式 x,y B,l 滿足以下三個條件滿足以下三個條件：x坐標軸投影后為中央子午線是投影的對稱軸； x坐標軸投影后長度不變；投影具有正形性質(zhì)，即正形投影條件。3高斯投影坐標正反算公式的幾何解釋高斯投影坐標正反算公式的幾何解釋 n當B=0時x=X=0，y則隨l的變化而變化，這就是說，赤道投影為一直線且為y軸。當l=0時,則y=0,x=X,這就是說，中央子午線投影亦為直線，且為x軸，其長度與中央子午線長度相等。兩軸的交點為坐標原點。n當l=常數(shù)時(經(jīng)線),隨著B值增加，x值增大，y值減小，這就告訴我們，經(jīng)

11、線是凹向中央子午線的曲線，且收斂于兩極。又因 cos(-B)=cosB ，即當用-B代替B時，y值不變，而x值數(shù)值相等符號相反，這就說明赤道是投影的對稱軸。n當B=常數(shù)時(緯線)，隨著的l增加，x值和y值都增大，這就是說，緯線是凸向赤道的曲線。又當用-l代替l時，x值不變，而y值數(shù)值相等符號相反，這就說明，中央子午線是投影對稱軸。由于滿足正形投影條件，所以經(jīng)線和緯線的投影是互相垂直的。u距中央子午線愈遠的子午線，投影后彎曲愈厲害，表明長度變形愈大。二、方向改化二、方向改化三、距離改化三、距離改化DsSs與D的關系:ssdsvvdsDss2)21 (cos2020長度比和長度變形 dSdsm )

12、45(cos24)1 (cos2124442222tBlBlm 44222421RyRym用大地坐標表示的長度比公式 用平面坐標表示的長度比公式 四、工程測量投影面和投影帶的選擇四、工程測量投影面和投影帶的選擇1、工程測量中投影面和投影帶選擇的基本出發(fā)點 有關投影變形的基本概念 平面控制測量投影面和投影帶的選擇，主要是解決長度變形問題。這種投影變形主要由以下兩方面因素引起：1).實量邊長歸算到參考橢球體面上的變形影響 RHssm1Hm為歸算邊高出參考橢球面的平均高程；s為歸算邊的長度 ；R為歸算邊方向參考橢球法截弧的曲率半徑。 2).將參考橢球面上邊長歸算到高斯投影面上的變形影響，其值依（8-

13、138）式有：02221sRysmm式中, s0s+s1，即s0為投影歸算邊長， ym為歸算邊兩端點橫坐標平均值， Rm為參考橢球面平均曲率半徑。2. 工程測量投影面和投影帶選擇的基本出發(fā)點(1) 在滿足精度要求的前提下，為使測量結果一測多用，應采用國家統(tǒng)一帶高斯平面直角坐標系，將觀測結果歸算至參考橢球面上。即工程測量控制網(wǎng)應同國家測量系統(tǒng)相聯(lián)系；(2) 當邊長的兩次歸算投影改正不能滿足上述要求時，為保證測量結果的直接利用和計算的方便，可采用任意帶的獨立高斯平面直角坐標系，歸算測量結果的參考面可自己選定。為此可用以下手段實現(xiàn)： (a) 通過改變Hm從而選擇合適的高程參考面，將抵償分帶投影變形（

14、稱為抵償投影面的高斯正形投影）； (b) 改變ym從而對中央子午線作適當移動，以抵償由高程面的邊長歸算到參考橢球面上的投影變形（稱為任意帶高斯正形投影）； (c) 通過既改變Hm （選擇高程參考面），又改變ym （移動中央子午線），來抵償兩項歸算改正變形（稱為具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影）。 目前，在工程測量中主要有以下幾種常用的平面直角坐標系： 1. 國家3帶高斯正形投影平面直角坐標系 據(jù)計算，當測區(qū)平均高程在100m以下，且值不大于40km時，其投影變形值均小于2.5cm，可以滿足大比例尺測圖和工程放樣的精度要求。因此在偏離中央子午線不遠和地面平均高程不大的地區(qū)，無需參考投影變形問題

15、，直接采用國家統(tǒng)一的3帶高斯正形投影平面直角坐標系作為城市坐標系統(tǒng)和工程測量的坐標系，使兩者一致。3.城市坐標系統(tǒng)和工程測量中幾種可能采用的直角坐標系 2. 抵償投影面的帶高斯正形投影平面直角坐標系 此時仍采用國家?guī)Ц咚雇队埃队暗母叱堂娌皇菂⒖紮E球面而是依據(jù)補償高斯投影長度變形而選擇的高程參考面。在該參考面上長度變形為零。當采用第一種坐標系時，有 sss21且s超過允許的精度要求時(2.5cm)，我們可令 s=0，即0)2(2122sssRHRysmmm于是當一定時，由上式可求得：比如某測區(qū)海拔 Hm=2000m，最邊緣中央子午線100km，當 s=1000m時，則有 mmRyH22msR

16、Hsmm313. 01msRysmm123. 0)(21222而s1+ s2=-0.19m，超過允許值2.5cm此時不改變中央子午線位置，而選擇一個合適的高程參考面，算得高差 H780m即將地面實測距離歸算到2000-780=1220(m)的高程面上，此時兩項長度改正得到完全補償。3. 任意帶高斯正形投影平面直角坐標系 該坐標系中，仍把地面觀測結果歸算到參考橢球面上，但投影帶的中央子午線不按國家 3 帶的劃分方法，而是依據(jù)補償高程面歸算長度變形而選擇的某一條子午線作為中央子午線。 即保持Hm不變，于是得mmHRy2 比如某測區(qū)相對參考橢球面的高程Hm500m為抵償?shù)孛嬗^測值向參考橢球面上歸算的

17、改正值，依上式算得 )(805 . 0637022kmHRymm即選擇與該測區(qū)相距80km處的子午線。此時在 ym =80km處，兩項改正項得到完全補償。 但在實際應用這種坐標系時，往往是選取過測區(qū)邊緣、或測區(qū)中央、或測區(qū)內(nèi)某一點的子午線作為中央子午線，而不經(jīng)過上述計算。4. 具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標系 該坐標系中，往往是指投影的中央子午線選在測區(qū)的中央，地面觀測值歸算到測區(qū)平均高程面上，按高斯正形投影計算平面直角坐標系。因此，這是綜合第二、三兩種坐標系長處的一種任意高斯直角坐標系。顯然這種坐標系更能有效地實現(xiàn)兩種長度變形改正的補償。 5. 假定平面直角坐標系 當測區(qū)面積

18、較小時，可不進行方向和距離改正，直接把局部地球表面作為平面建立獨立的平面直角坐標系。這時起算坐標和起算方位角最好能與國家網(wǎng)聯(lián)測，如果聯(lián)測有困難可自行測定邊長和方位，而起始點坐標可假定。這種假定平面直角坐標系只限于某種工程建筑施工之用。 第五章 國家高程基準一、高程基準面-通常采用大地水準面作為高程基準面中國主要驗潮站：青島，（浙江）坎門，吳淞口，大連二、1956年黃海高程系統(tǒng)三、 1985年國家高程基準四、水準原點-青島1956年黃海高程系統(tǒng)，水準原點的高程值72.289m1985年國家高程基準，水準原點的高程值72.2604m五、城市和工程建設高程控制網(wǎng)分二三四等3個等級首級高程控制網(wǎng)，一般

19、要求設成閉合環(huán)。一、坐標系統(tǒng)清理改造工作的意義： 城市坐標系統(tǒng)清理改造是一項事關全省經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的基礎性工作。依法實施坐標系統(tǒng)的清理改造工作，把城市規(guī)劃建設和管理納入一個統(tǒng)一的空間定位管理第六章第六章 我省坐標系統(tǒng)清理改造工作我省坐標系統(tǒng)清理改造工作 體系，避免無序的管理、定位矛盾、權屬糾紛和工程隱患，有利于為大型基礎設施建設等各項工作提供權威的基礎依據(jù)和強有力的測繪保障，促進地理空間信息資源共享，減少重復測繪和資源浪費，提高城市建設和管理水平，因而勢在必行。二、坐標系統(tǒng)清理改造工作的依據(jù)1、法律依據(jù)。2、建立的原則。城市相對獨立坐標系建立的原則城市高程控制網(wǎng)建立的原則三、城市平面控制網(wǎng)

20、的坐標系統(tǒng)清理改造的技術要求。1、城市平面控制測量坐標系統(tǒng)的選擇應以投影長度變形值不大于2.5cm/km為原則。在此原則上,為了保持原來成果資料的銜接，可以繼續(xù)沿用原先的坐標系統(tǒng)。2、控制面積、精度能滿足近期測繪及工程應用需求并與1980西安坐標系統(tǒng)建有聯(lián)測關系的坐標系統(tǒng)，繼續(xù)使用。 3、未聯(lián)測到1980西安坐標系，但精度、控制面積能夠滿足要求的獨立坐標系統(tǒng)，只做聯(lián)測工作，建立同1980西安坐標系的換算關系。4、控制面積或精度不能滿足使用、標志破壞比例較高的平面坐標系統(tǒng)，在原網(wǎng)基礎上擴展布網(wǎng)或改造更新，用GPS技術重新聯(lián)測平差，建立同1980西安坐標系的換算關系。四、我省各縣市的宜采用的城市平面坐標系統(tǒng)。1、福州市。 福州市從1958年開始建立福州城市獨立平面直角坐標系，采用任意帶，以東經(jīng)1191823為中央子午線。 福清 11923 長樂 11931連江 11933 羅源 11936閩候 11908 閩清 11852永泰 11855 平潭 119472、莆田市。莆田 11900 仙游 11841 3、泉州市。 泉州市城市平面坐標系統(tǒng)一直使用高斯正形投影任意帶的平面直角坐標系統(tǒng)，中央子午線經(jīng)度為11830。 4、廈門市。 廈門市從1958年開始使用廈門市獨立坐標系，高斯正形投影任意帶的平面直角坐標系統(tǒng)，中央子午線經(jīng)度為11830。1992年采用GPS技術重新布設了“廈門二三等