各種坐標(biāo)系統(tǒng)課件

1、四、點(diǎn)校正四、點(diǎn)校正1. 各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)2. 點(diǎn)校正點(diǎn)校正3. 重值當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)重值當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)4. RTK的精度的精度5. 任意架站的優(yōu)勢(shì)任意架站的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)校正點(diǎn)校正1. 各種主要坐標(biāo)系統(tǒng)各種主要坐標(biāo)系統(tǒng)WGS84北京54西安80 長(zhǎng)半軸637813763782456378140扁率257223563.298/13 .298/1257.298/1常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1、1980西安坐標(biāo)系西安坐標(biāo)系 開始定義為 “1980國(guó)家大地坐標(biāo)系”。 1982 年，經(jīng)天文大地網(wǎng)整體平差建立，全網(wǎng)共48433點(diǎn)。 屬參心坐標(biāo)系， IAG-75橢球（IAG國(guó)際大地測(cè)量學(xué)協(xié)會(huì)），長(zhǎng)半軸 a=6378140m; 扁率

2、 =1/298.257，原點(diǎn)在陜西省涇陽縣。 橢球定位：橢球定位：1橢球短軸平行于地球地軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD方向）；2起始子午面平行于格林威治天文臺(tái)平均子午面；3橢球面與似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)密合得最佳。1各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)2、1954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系 50年代從前蘇聯(lián)引入（1942年普爾科夫坐標(biāo)系），未進(jìn)行整體平差，屬參心坐標(biāo)系, 克拉索夫斯基橢球體，長(zhǎng)半軸 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原點(diǎn)在普爾科夫天文臺(tái)。 主要缺點(diǎn)： 1長(zhǎng)半軸約大了108m ； 2橢球定位西高東低，東部高程異常達(dá)67m； 3不同區(qū)域接邊處大地點(diǎn)坐標(biāo)差達(dá)12m。 1各種坐標(biāo)系

3、統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)3、WGS-84大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系 美國(guó)國(guó)防部研制確定的大地坐標(biāo)系，Z軸指向BIH（國(guó)際時(shí)間局）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向零子午面與CTP赤道交點(diǎn)，Y軸與X、 Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 長(zhǎng)半軸 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。 屬地心坐標(biāo)系，原點(diǎn)在地球質(zhì)心。1各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)4、新、新1954年北京坐標(biāo)系（新年北京坐標(biāo)系（新54系）系） 屬于參心大地坐標(biāo)系，橢球的幾何參數(shù)同“54系”。 a=6378245m； =1/ 298.3 大地原點(diǎn)及橢球軸向同“80系”； 高程基準(zhǔn)面為1956年黃海平均高程面； 點(diǎn)的坐標(biāo)與“5

4、4系”接近，精度同“80系” 。5、獨(dú)立坐標(biāo)系（地方坐標(biāo)系）、獨(dú)立坐標(biāo)系（地方坐標(biāo)系） 為了減少投影變形或滿足保密需要，也可使用獨(dú)立（地方）坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)一般在測(cè)區(qū)或城區(qū)中部，投影面多為當(dāng)?shù)仄骄叱堂娈?dāng)?shù)仄骄叱堂妗?各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)1、1956年黃海高程系年黃海高程系 水準(zhǔn)原點(diǎn)設(shè)在觀象山，采用19501956年7年的驗(yàn)潮結(jié)果 計(jì)算的黃海平均海水面，推得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m。2、1985國(guó)家高程基準(zhǔn)國(guó)家高程基準(zhǔn) 水準(zhǔn)原點(diǎn)同 1956年黃海高程系，采用19521979年共28年的驗(yàn)潮結(jié)果，并顧及了海平面18.6年的周期變化及重力異常改正，計(jì)算的黃海平均海水面，推

5、得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。1各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng) 在測(cè)量中常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng) 。 大地高系統(tǒng)大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的大地高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的參考橢球的法線與參考橢球面的交點(diǎn)間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號(hào)H表示。大地高是一個(gè)純幾何量，不具有物理意義，同一個(gè)點(diǎn)，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)正高系統(tǒng)正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正高用符號(hào)H。正常高系統(tǒng)正常高系統(tǒng)是以似似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正常高是該點(diǎn)到通過

6、該點(diǎn)的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正常高用HY ，我國(guó)采用似大地水準(zhǔn)面。1各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng)大地水準(zhǔn)面差距大地水準(zhǔn)面差距，即大地水準(zhǔn)面到參考橢球面的距離，記為 hg hg= H Hg高程異常高程異常，即似大地水準(zhǔn)面到參考橢球面的距離，記為 = H - HY 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)1各種坐標(biāo)系統(tǒng)各種坐標(biāo)系統(tǒng) 點(diǎn)校正點(diǎn)校正就是求出WGS-84和當(dāng)?shù)仄矫嬷苯亲鴺?biāo)系統(tǒng)之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系（轉(zhuǎn)換參數(shù)）。 在工程應(yīng)用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù),而目前我們測(cè)量成果普遍使用的是以1954年北京坐標(biāo)系或是地方（任意|當(dāng)?shù)兀┆?dú)立坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-8

7、4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標(biāo)系或地方(任意)獨(dú)立坐標(biāo)系。點(diǎn)校正的含義點(diǎn)校正的含義2點(diǎn)校正點(diǎn)校正把GPS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到我們的當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)系統(tǒng)包括基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、投影、 水平 & 垂直平差GPS點(diǎn)校正點(diǎn)校正WGS-84平面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系注注：此獨(dú)立坐標(biāo)系是以北京54橢球?yàn)閰⒖紮E球的坐標(biāo)系統(tǒng)。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正 1、（B、L）84（X、Y、Z）84，空間大地坐標(biāo)到空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。 2、（X、Y、Z）84（X、Y、Z）54，坐標(biāo)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，即Datum轉(zhuǎn)換。通 常有三種轉(zhuǎn)換方法：BursaWolf(布爾莎模型)七參數(shù)、簡(jiǎn)化三參數(shù)、 Molodensky 3、（X、Y、Z）54（B、L）54，空間直角

8、坐標(biāo)到空間大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。 4、（B、L）54（x、y）54， 高斯(Gauss)投影正算。 5、 高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系(獨(dú)立坐標(biāo)系)WGS84與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系(北京北京54橢球橢球)的轉(zhuǎn)換即參數(shù)轉(zhuǎn)換的的轉(zhuǎn)換即參數(shù)轉(zhuǎn)換的,具體過程：具體過程：2點(diǎn)校正點(diǎn)校正 要使一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)和另一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)系，需要一組具有這兩套坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)的地面點(diǎn)。因此，就需要一組WGS-84坐標(biāo)和一組當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)：北, 東和高程。WGS-84當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo) 2點(diǎn)校正點(diǎn)校正2.點(diǎn)校正點(diǎn)校正直接求直接求“四參數(shù)四參數(shù)+高程擬合高程擬合”；1.利用現(xiàn)有參數(shù)，如：七參數(shù)、三參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)，如：七參數(shù)、三參數(shù)2點(diǎn)

9、校正點(diǎn)校正WGS-84當(dāng)?shù)貎蓚€(gè)橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。要求得七 參數(shù)就需要在一個(gè)地區(qū)需要3個(gè)以上的已知點(diǎn)；如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30Km(經(jīng)驗(yàn)值)，這可以用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。七參數(shù)50平方公里以上，大到一個(gè)地區(qū)，一個(gè)市，如上海、北京等。3 參數(shù)7 參數(shù)1.利用現(xiàn)有參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)2點(diǎn)校正點(diǎn)校正1.利用現(xiàn)有參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)七參數(shù)七參數(shù)czxz2點(diǎn)校正點(diǎn)校正全國(guó)全國(guó)北京北京三參數(shù)三參數(shù)2點(diǎn)校正點(diǎn)校正坐標(biāo)投

10、影： 橢球參數(shù)(長(zhǎng)半軸和扁率) 中央子午線 投影面如何求解中央子午線？ 3度帶 L中= 3n 6度帶 L中 = 6n-3 當(dāng)?shù)刈远x中央子午線2點(diǎn)校正點(diǎn)校正水平 & 垂直平差四參數(shù)高程擬合將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系，得到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo) 2點(diǎn)校正點(diǎn)校正一、水平平差至少2個(gè)水平控制點(diǎn) 下面以5個(gè)點(diǎn)為例= GPS 觀測(cè)值觀測(cè)值= 控制點(diǎn)控制點(diǎn)2點(diǎn)校正點(diǎn)校正旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)2點(diǎn)校正點(diǎn)校正平移平移2點(diǎn)校正點(diǎn)校正比例系數(shù)比例系數(shù)2點(diǎn)校正點(diǎn)校正校正后的結(jié)果包含了校正殘差. 為了理解我們校正結(jié)果的好壞，我們需要理解這些殘差的含義。殘差殘差殘差：殘差： 校正執(zhí)行后的格網(wǎng)平面坐標(biāo)和GPS坐標(biāo)的差值。校正結(jié)果（水平殘差

11、）校正結(jié)果（水平殘差）2點(diǎn)校正點(diǎn)校正 殘差越小，說明校正的參數(shù)越精確殘差越小，說明校正的參數(shù)越精確-GPS (WGS-84 co-ordinates)和當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)之間的相對(duì)關(guān)系越好。和當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)之間的相對(duì)關(guān)系越好。殘差殘差校正結(jié)果（水平殘差）校正結(jié)果（水平殘差） 理想的殘差應(yīng)該小于理想的殘差應(yīng)該小于 20mm，殘差將被均殘差將被均勻的分布在各個(gè)校正點(diǎn)之間。勻的分布在各個(gè)校正點(diǎn)之間。 因此，我們最終坐標(biāo)的最小精度應(yīng)該因此，我們最終坐標(biāo)的最小精度應(yīng)該是：是： 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)RTK 測(cè)量的誤差加上最大的校正測(cè)量的誤差加上最大的校正殘差。殘差。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正二、垂直平差二、垂直平差2點(diǎn)校正點(diǎn)校正二、垂直

12、平差二、垂直平差橢球面橢球面似大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面地球表面地球表面HHYHHYHHYHHYHHY = H - HY = 高程異常高程異常2點(diǎn)校正點(diǎn)校正HYHH地球表面地球表面似大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面橢球面橢球面 = H - Hg HHYHY斜面或曲面斜面或曲面二、垂直平差二、垂直平差2點(diǎn)校正點(diǎn)校正二、垂直平差二、垂直平差 高程處理的介紹；高程處理的介紹； 從理論上而言，平面坐標(biāo)從理論上而言，平面坐標(biāo)XY使用四使用四參數(shù)是最精確的方法，高程使用高程擬合是最精確的方法參數(shù)是最精確的方法，高程使用高程擬合是最精確的方法 。 所以，在參數(shù)轉(zhuǎn)換中，用四參數(shù)轉(zhuǎn)換平面坐標(biāo)，用高程所以，在參數(shù)轉(zhuǎn)換中，用四參

13、數(shù)轉(zhuǎn)換平面坐標(biāo)，用高程擬合的方法轉(zhuǎn)換高程是精度最好的方法。擬合的方法轉(zhuǎn)換高程是精度最好的方法。 2點(diǎn)校正點(diǎn)校正1 1、加權(quán)均值法、加權(quán)均值法2 2、多項(xiàng)式曲線擬合、多項(xiàng)式曲線擬合3 3、多項(xiàng)式曲面擬合、多項(xiàng)式曲面擬合4 4、多面函數(shù)曲面擬合、多面函數(shù)曲面擬合5 5、線性移動(dòng)擬合法、線性移動(dòng)擬合法6 6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 高程擬合計(jì)算的方法：高程擬合計(jì)算的方法：其中其中GPS水準(zhǔn)利用水準(zhǔn)利用多項(xiàng)式曲面擬合法多項(xiàng)式曲面擬合法應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正1單點(diǎn)的高程異常與坐標(biāo)( x，y) 之間函數(shù)關(guān)系如下： = f ( x，y) + 其中, f ( x , y) 為中趨勢(shì)值，似大地水準(zhǔn)面

14、；為模型誤差2 當(dāng)有多個(gè)點(diǎn)時(shí)， 寫成矩陣形式如下： = XB+ f ( x , y) = a 0 + a 1 x + a 2 y + a 3 x2 + a 4 xy + a 5 y2 + 對(duì)于每個(gè)已知點(diǎn)， 在最小二乘準(zhǔn)則條件下，解出各a i , 求出測(cè)區(qū)范圍內(nèi)任何插值點(diǎn)的高程異常值，進(jìn)而計(jì)算出GPS 點(diǎn)的正常高。 注：兩個(gè)已知點(diǎn)以下即為加權(quán)平均；三個(gè)已知點(diǎn)以上六個(gè)已知點(diǎn)以下為平面擬合；六個(gè)已知點(diǎn)以上為曲面擬合。= f ( x，y) + 2點(diǎn)校正點(diǎn)校正2點(diǎn)校正點(diǎn)校正1對(duì)于平面：對(duì)于平面： 旋轉(zhuǎn)為零，比例因子為1。2對(duì)于高程：對(duì)于高程： 相當(dāng)于只加常數(shù)。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正2點(diǎn)校正點(diǎn)校正在不知道當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)

15、系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，比例因子情況下：?jiǎn)吸c(diǎn)校正： 1. 精度無法保障 2. 控制范圍更無法確定 建議：盡量不要用這種方式。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正2點(diǎn)校正點(diǎn)校正兩點(diǎn)校正注意：兩點(diǎn)校正注意： 1可求出選轉(zhuǎn)，比例因子從而了解當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的大體情況 2. 控制范圍與兩點(diǎn)的長(zhǎng)度有關(guān)，注意避免短邊控制長(zhǎng)邊。 3注意比例因子至少在0.9999*至1.0000*之間，超過此數(shù) 值，精度容易出問題或者已知點(diǎn)有問題。 4如果控制點(diǎn)高程的精度可以全部參與校正。 5注意旋轉(zhuǎn)的角度，一般都比較小，都在度以下，如果旋轉(zhuǎn) 上百度，就要注意是不是已知點(diǎn)有問題2點(diǎn)校正點(diǎn)校正三點(diǎn)校正注意：三點(diǎn)校正注意：注：三個(gè)點(diǎn)做點(diǎn)校正，有水平殘參，無垂直殘差2

16、點(diǎn)校正點(diǎn)校正四點(diǎn)校正注意：四點(diǎn)校正注意：注：四個(gè)點(diǎn)做點(diǎn)校正，即有水平殘參，也有垂直殘差。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正H 似大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面斜面或曲面殘差殘差二、垂直平差（校正殘差）二、垂直平差（校正殘差）2點(diǎn)校正點(diǎn)校正校正點(diǎn)的選取校正點(diǎn)的選取 1. 盡量避免單點(diǎn)校正,因?yàn)樽鴺?biāo)系統(tǒng)中存在旋轉(zhuǎn),如果一定要用單點(diǎn)校正,一定要注意旋轉(zhuǎn)大小,根據(jù)旋轉(zhuǎn)大小,控制作業(yè)范圍； 2. 注意控制范圍,在一個(gè)測(cè)區(qū)要有足夠的控制點(diǎn),并避免短邊控制長(zhǎng)邊； 3. 對(duì)于高程要特別注意控制點(diǎn)的線性分布(幾個(gè)控制點(diǎn)分布在一條線上),特別是做線路工程，參與校正的高程點(diǎn)建議不要超過2個(gè)點(diǎn)（既在校正時(shí)，校正方法里不要超過兩個(gè)點(diǎn)選垂直平差的）

17、； 4. 注意坐標(biāo)系統(tǒng),中央子午線,投影面(特別是海拔比較高的地方),控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)是否是一個(gè)投影帶； 5. 如果一個(gè)區(qū)域比較大,控制點(diǎn)比較多,要分區(qū)做校正,不要一個(gè)區(qū)域十幾個(gè)點(diǎn)或更多的點(diǎn)全部參與校正； 6注意所有殘差，不要超過2厘米以上，否則檢查控制點(diǎn)是否有誤。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正只有水平只有垂直水平和垂直線路測(cè)量如何去做？分段測(cè)量，分段校正2點(diǎn)校正點(diǎn)校正進(jìn)行進(jìn)行-點(diǎn)校正：點(diǎn)校正： 點(diǎn)擊“測(cè)量”“點(diǎn)校正”“增加”，在“網(wǎng)格點(diǎn)名稱”里選擇一個(gè)已知點(diǎn)的當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)，點(diǎn)擊“確定”，然后在“GPS點(diǎn)名稱”里選擇同一個(gè)已知點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，點(diǎn)擊“確定”，最后在“校正方法”里根據(jù)需要選擇只有水平的校正或者水平和

18、垂直的校正都應(yīng)用，再點(diǎn)擊“確定”即完成一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)校正，如果需要繼續(xù)校正，重復(fù)這個(gè)步驟即可；所有的校正點(diǎn)都增加完畢以后，點(diǎn)擊“計(jì)算”，再點(diǎn)擊“確定”這樣整個(gè)點(diǎn)校正的操作就完成了 。2點(diǎn)校正點(diǎn)校正 在每個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行測(cè)量和放樣的工作有時(shí)需要幾天甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，為了避免每天都重復(fù)進(jìn)行點(diǎn)校正工作或者每次架在已知點(diǎn)上對(duì)中整平比較麻煩，而采取任意架設(shè)基準(zhǔn)站或者自啟動(dòng)任意架設(shè)基準(zhǔn)站或者自啟動(dòng)，可以在每天開始測(cè)量工作以前先做一下重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的工作，進(jìn)行整體平移 。3. 重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)任意架設(shè)基準(zhǔn)站或自啟動(dòng)時(shí)任意架設(shè)基準(zhǔn)站或自啟動(dòng)時(shí)校正模型 為了架設(shè)基準(zhǔn)站更加方便快捷,或者選擇更加合適的地方架站,而采用任意架設(shè)設(shè)基準(zhǔn)站(點(diǎn)此處)或著自啟動(dòng),就算在同一個(gè)位置,基準(zhǔn)站坐標(biāo)正好相差單點(diǎn)定位離散度的差值,一般15米以內(nèi);所以重設(shè)時(shí),重設(shè)此基準(zhǔn)