GPS中的坐標(biāo)系市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、GPS中坐標(biāo)系第1頁主要內(nèi)容：坐標(biāo)系統(tǒng)概述投影帶帶號和中央子午線計算坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換軟件操作演示第2頁一、坐標(biāo)系統(tǒng)概述1、概念 坐標(biāo)系統(tǒng)是描述位置一組數(shù)值，普通分為全球坐標(biāo)系統(tǒng)和二維、三維坐標(biāo)系統(tǒng)。將整個地表或某一部分投影到平面后，為了在地圖上準(zhǔn)確地定位，必須使用坐標(biāo)系統(tǒng)。其主要參數(shù)為：地形面（Topography），大地水準(zhǔn)面（Geoid），參考橢球面（Reference Ellipsoid），基準(zhǔn)（Datum）。 坐標(biāo)是地理數(shù)據(jù)骨骼框架，能夠?qū)⑽覀償?shù)據(jù)定位到對應(yīng)位置，為地圖中每一點提供準(zhǔn)確坐標(biāo)，以確定項目區(qū)位置，為項目建設(shè)和區(qū)域規(guī)劃提供依據(jù)，并實現(xiàn)可視化。第3頁2、類別 通常坐標(biāo)系統(tǒng)分兩種：地

2、理空間坐標(biāo)系（大地坐標(biāo)）與投影坐標(biāo)系（平面直角坐標(biāo) ） （1）地理空間坐標(biāo)系(Geographic coordinate system ) 使用基于經(jīng)緯度坐標(biāo)描述地球上某一點所處位置。某一個地理坐標(biāo)系是基于一個基準(zhǔn)面來定義。基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對特定地域地球表面迫近，所以每個國家或地域都有各自基準(zhǔn)面；也稱球面坐標(biāo) 。我國慣用坐標(biāo)系有WGS 1984（GPS點），Xian 1980.prj ，Beijing 1954.prj。第4頁（2）投影坐標(biāo)系統(tǒng) （Projection coordinate system） 在球面上計算角度距離十分麻煩，而且地圖是印刷在平面紙張上，要將球面上物體畫到紙上，

3、就必須展平，這種將球面轉(zhuǎn)化為平面過程，稱為“投影”。即平面直角坐標(biāo)是球面坐標(biāo)經(jīng)由投影換算而成。 該坐標(biāo)系是使用X,Y值來描述地球上某個點所處位置。這個坐標(biāo)系是從地球近似橢球體投影得到，它對應(yīng)于某個地理坐標(biāo)系。平面坐標(biāo)系統(tǒng)地圖單位通常為米 ，也稱非地球投影坐標(biāo)系統(tǒng) （not earth），或者是平面直角坐標(biāo)。 投影坐標(biāo)系由以下兩項參數(shù)確定: 地理坐標(biāo)系（由基準(zhǔn)面確定，比如:北京54、西安80、WGS84） 投影方法（比如高斯克呂格投影、Lambert投影） 第5頁3、慣用坐標(biāo)系（1）北京54坐標(biāo)系 北京54坐標(biāo)系是我國當(dāng)前廣泛采取大地測量坐標(biāo)系，源自于前蘇聯(lián)1942年普爾科夫坐標(biāo)系。以克拉索夫斯

4、基橢球為基礎(chǔ)，以1956年青島驗潮站黃海平均海水面為基準(zhǔn)，經(jīng)局部平差后產(chǎn)生坐標(biāo)系，其結(jié)果得到了廣泛應(yīng)用。 不過伴隨測繪新理論、新技術(shù)不停發(fā)展，人們發(fā)覺該坐標(biāo)系存在以下缺點： 橢球參數(shù)有較大誤差；參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東顯著系統(tǒng)性傾斜，在東部地域大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)+60m。這使得大百分比尺地圖反應(yīng)地面精度受到影響，同時也對觀察量元素歸算提出了嚴(yán)格要求；幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用參考面不統(tǒng)一，這給實際工作帶來了麻煩；定向不明確。為此，我國在1978年在西安召開了“全國天文大地網(wǎng)整體平差會議”，提出了建立屬于我國自己大地坐標(biāo)系，即以后1980西安坐標(biāo)系。第6頁（2）西安80坐標(biāo)

5、系 1980年國家大地坐標(biāo)系采取地球橢球基本參數(shù)為1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第十六屆大會推薦數(shù)據(jù)（IUG1975）。該坐標(biāo)系大地原點設(shè)在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西北方向約60公里，故稱1980年西安坐標(biāo)系，又簡稱西安大地原點?；鶞?zhǔn)面采取青島大港驗潮站19521979年確定黃海平均海水面（即1985國家高程基準(zhǔn)）。 西安80坐標(biāo)系是在1954北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來，含有以下優(yōu)點： a. 橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，而且是多點定位； b. 定向明確； c. 大地原點位置居中，比較適當(dāng)； d. 大地高程基準(zhǔn)采取1985國家高程基準(zhǔn)第7頁（3）WGS-84坐標(biāo)系

6、 一個國際上采取地心坐標(biāo)系，采取GPS衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)。坐標(biāo)原點為包含海洋和大氣在內(nèi)整個地球質(zhì)心，空間直角坐標(biāo)系Z軸指向BIH（1984.0）定義地極（CTP）方向，即國際協(xié)議原點CIO，它由IAU和IUGG共同推薦。X軸指向BIH定義零度子午面和CTP赤道交點，Y軸和Z,X軸組成右手坐標(biāo)系。WGS-84橢球采取國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會測量常數(shù)推薦值。 建立WGS-84世界大地坐標(biāo)系一個主要目標(biāo)，是在世界上建立一個統(tǒng)一地心坐標(biāo)系。當(dāng)前是世界通用經(jīng)緯度坐標(biāo)系第8頁（4）國家大地坐標(biāo)系（CGCS） 現(xiàn)行大地坐標(biāo)系因為其結(jié)果受技術(shù)條件制約，精度偏低、無法滿足新技術(shù)要求。空間技術(shù)發(fā)展成熟與

7、廣泛應(yīng)用迫切要求國家提供高精度、地心、動態(tài)、實用、統(tǒng)一大地坐標(biāo)系作為各項社會經(jīng)濟(jì)活動基礎(chǔ)性保障。所以，經(jīng)國務(wù)院同意，依據(jù)中華人民共和國測繪法，我國自7月1日起啟用國家大地坐標(biāo)系?，F(xiàn)有各類測繪結(jié)果，在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系；7月1日后新生產(chǎn)各類測繪結(jié)果應(yīng)采取國家大地坐標(biāo)系?，F(xiàn)有地理信息系統(tǒng)，在過渡期內(nèi)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)換到國家大地坐標(biāo)系。 國家大地坐標(biāo)系定義包含坐標(biāo)系原點、三個坐標(biāo)軸指向、尺度以及地球橢球4個基本參數(shù)定義。國家大地坐標(biāo)系原點為包含海洋和大氣整個地球質(zhì)量中心；國家大地坐標(biāo)系Z軸由原點指向歷元.0地球參考極方向，X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元.0）交點，Y軸與Z軸

8、、X軸組成右手正交坐標(biāo)系。采取廣義相對論意義下尺度。國家大地坐標(biāo)系采取地球橢球參數(shù)數(shù)值為： 長半軸 a=6378137m 扁率 f=1/298.257222101 地心引力常數(shù) GM=3.9860044181014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速度 =7.29211510-5rad s-1 第9頁4、慣用投影（1）高斯投影(Gauss Projection) 高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影簡稱“高斯投影”，又名“等角橫切橢圓柱投影”。德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家高斯（Carl Friedrichauss，17771855）于十九世紀(jì)二十年代確定，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格（Johannes

9、 Kruger，18571928）于 19對投影公式加以補(bǔ)充，故名。 高斯-克呂格投影在長度和面積上變形很小，中央經(jīng)線無變形，自中央經(jīng)線向投影帶邊緣，變形逐步增加，變形最大之處于投影帶內(nèi)赤道兩端。因為其投影精度高，變形小，而且計算簡便（各投影帶坐標(biāo)一致，只要算出一個帶數(shù)據(jù)，其它各帶都能應(yīng)用），所以在大百分比尺地形圖中應(yīng)用，能夠滿足軍事上各種需要，能在圖上進(jìn)行準(zhǔn)確量測計算。 橫軸：赤道，用Y表示；縱軸：中央經(jīng)線，用X表示；坐標(biāo)原點：中央經(jīng)線與赤道交點，用O表示赤道以南為負(fù)，以北為正；中央經(jīng)線以東為正，以西為負(fù)我國位于北半球，故縱坐標(biāo)均為正值，但為防止中央經(jīng)度線以西為負(fù)值情況，將坐標(biāo)縱軸西移500

10、公里YX第10頁（2）UTM投影 UTM投影全稱為“通用橫軸墨卡托投影”，是等角橫軸割圓柱投影（高斯-克呂格為等角橫軸切圓柱投影），該投影將地球劃分為60個投影帶，每帶經(jīng)差為6度，已被許多國家作為地形圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 UTM投影與高斯投影主要區(qū)分在南北格網(wǎng)線百分比系數(shù)上，高斯- 克呂格投影中央經(jīng)線投影后保持長度不變，即百分比系數(shù)為1，而UTM投影百分比系數(shù)為0.9996。高斯-克呂格投影與UTM投影可近似采取 Xutm=0.9996 * X高斯，Yutm=0.9996 * Y高斯進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。第11頁分度方法:有3度和6度分帶法1、6度分帶法 從零度子午線開始，自西向東每個經(jīng)差6度為一投影帶，全球

11、共分60個帶，中央經(jīng)線為3，9，15 ，依這類推，投影帶號為1，2，330表示。東半球從東經(jīng)06度為第一帶，其中央經(jīng)線經(jīng)度為東經(jīng)3度，東經(jīng)612度為第二帶，其中央經(jīng)線經(jīng)度為9度 其投影帶號n和中央經(jīng)線經(jīng)度L0計算公式為：L0=(6n-3)； 西半球投影帶從180回算到0，編號為31-60， 其投影帶號n和中央經(jīng)線經(jīng)度L0計算公式為：L0=360-(6n-3) 普通中小百分比尺，1：2.5萬到1：50萬地形圖采取6度分帶投影。 我國經(jīng)度范圍西起 73東至135，可分成六度帶11個，各帶中央經(jīng)線依次為75、81、87、129、135。新疆經(jīng)度范圍為73度東至96度東，各帶中央經(jīng)線依次為75、81、

12、87、 93。二、投影帶帶號和中央子午線計算第12頁模型首子午線第1帶0126央子中午線赤道 NS第13頁 2、3度分帶法 3度帶是在六度帶基礎(chǔ)上分成，它中央子午線與六度帶中央子午線和分帶子午線重合，即自 1.5度子午線起每隔經(jīng)差3度自西向東分帶，帶號依次編為三度帶第 1、2120帶。即東經(jīng)1.54.5度為第1帶，其中央經(jīng)線經(jīng)度為東經(jīng)3度，東經(jīng)4.57.5度為第2帶，其中央經(jīng)線經(jīng)度為東經(jīng)6度。 東半球有60個投影帶，編號1-60，各帶中央經(jīng)線計算公式： L0=3n ,中央經(jīng)線為3、6.180 西半球有60個投影帶，編號1-60，各帶中央經(jīng)線計算公式： L0=360-3n ,中央經(jīng)線為西經(jīng)177

13、、.3、0 我國三度帶22個，新疆三度帶中央經(jīng)緯線依次為： 75、 78、81、84、 87、 90、 93。 普通三度帶用于大百分比尺（如 1：10000）測圖，城建坐標(biāo)多采取三度帶高斯投影。 地形圖上公里網(wǎng)橫坐標(biāo)前2位就是帶號，比如：1：5萬地形圖上橫坐標(biāo)為20345486，其中20即為帶號，345486為橫坐標(biāo)值。第14頁（1）帶號計算 6度帶是以中央經(jīng)線正負(fù)3度，帶號N6等于所在位置經(jīng)度除以6取整數(shù)再加1，若沒有余數(shù)則商數(shù)就是帶號，即N = Int(X/6) +1。比如：所在位置經(jīng)度為12607，除以6之后，商數(shù)為21，余數(shù)為07，帶號N6=21+1=22 3度帶帶號N3等于所處位置經(jīng)

14、度除以3四舍五入取整數(shù)。即： N=X/3。比如：烏魯木齊經(jīng)度872827E，除以3，商數(shù)為29.2，所以N3取整為29。3、帶號及中央經(jīng)緯線計算第15頁（2）中央經(jīng)線計算 六度帶中央經(jīng)線經(jīng)度L0計算：L0=(6n-3) ， 并由此可反算帶號n=(L0+3)/6 比如：地形圖上橫坐標(biāo)為20345468，其所處六度帶中央經(jīng)線經(jīng)度為：620-3=117。 三度帶中央經(jīng)線經(jīng)度L0計算： L0=3n 比如：帶號為20，其所處三度帶中央經(jīng)線經(jīng)度為：320=60。第16頁三坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 因為不一樣基準(zhǔn)和不一樣坐標(biāo)系存在，在實際應(yīng)用中經(jīng)常造成需要在他們之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換分為兩個基本類型：1. 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

15、2. 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換1、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 定義：指是同一點坐標(biāo)在相同基準(zhǔn)下，由一個坐標(biāo)系下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一個坐標(biāo)系下坐標(biāo)。比如，同一坐標(biāo)參考系下空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換。 特點：（1）坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換不包括基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換（即不包括橢球參數(shù)及其定位和定向轉(zhuǎn)換，也即它們不變） ；（2）坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中兩種坐標(biāo)實際上是同一點不一樣坐標(biāo)表示方式間變換，含有一一對應(yīng)關(guān)系。2、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換 定義：就是兩種坐標(biāo)系因為采取橢球參數(shù)、定位、定向或者因為尺度設(shè)置不一樣等原因造成兩種基準(zhǔn)之間變換?；鶞?zhǔn)變換和坐標(biāo)系變換是本質(zhì)上區(qū)分?；鶞?zhǔn)變換常見是地心系與參心系之間變換。如：北京54與西安80坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換。第17頁3、常見坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 我們慣用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

16、主要為大地坐標(biāo)與平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、同一坐標(biāo)系不一樣帶轉(zhuǎn)換。 以下主要介紹我們慣用兩個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，即coord軟件和實用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具，進(jìn)行經(jīng)緯度坐標(biāo)和公里網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。經(jīng)檢驗兩種方法計算結(jié)果是一致。當(dāng)用GPS在外業(yè)中測得經(jīng)緯度坐標(biāo)后能夠轉(zhuǎn)換為公里網(wǎng)坐標(biāo)在圖紙上應(yīng)用。方法以下：第18頁（1）coord軟件 此次主要介紹經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為： 數(shù)據(jù)格式須設(shè)置為“度：分：秒”，如：872104.43“，須設(shè)置為： 87:21:04.43 雙擊coord.exe程序，打開轉(zhuǎn)換軟件界面，選擇源坐標(biāo)類型和目標(biāo)坐標(biāo)類型，橢球基準(zhǔn)均選擇北京54坐標(biāo)系。經(jīng)度緯度872104.43435740.098720

17、52.87435743.59872038.43435729.88872050.29435726.17第19頁 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 在“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”菜單下選擇“投影設(shè)置”選項，彈出投影設(shè)置對話框。依據(jù)需轉(zhuǎn)換坐標(biāo)經(jīng)度872104.43”，判斷6度帶中央經(jīng)線為87度。在投影設(shè)置對話框中選擇高斯投影6度帶，填寫中央子午線87度，單擊確定。 然后輸入源坐標(biāo)，格式為：度:分:秒，B為緯度，L為經(jīng)度，單擊轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，則一組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成。第20頁經(jīng)度緯度XY872104.43435740.094869650.04528189.73872052.87435743.594869756.97527931.55872038.434

18、35729.884869332.47527611.38872050.29435726.174869219.07527876.29 由這類推，轉(zhuǎn)換其它三組數(shù)據(jù)，最終轉(zhuǎn)換結(jié)果以下表，再依據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果上圖，畫圖。 批量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換： 首先在打開界面中選擇“文件轉(zhuǎn)換”，其源坐標(biāo)類型、目標(biāo)坐標(biāo)類型、橢球基準(zhǔn)及投影設(shè)置和單點坐標(biāo)設(shè)置相同。然后設(shè)置“格式”，依據(jù)設(shè)置格式創(chuàng)建源文件（txt文檔），然后選擇“瀏覽”，單擊轉(zhuǎn)換按鈕 ，最終查看轉(zhuǎn)換結(jié)果。 其詳細(xì)操作在軟件實際操作中進(jìn)行詳解。第21頁（2）實用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和coord軟件轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)相同，數(shù)據(jù)格式為“度.分秒”，如：872104.43“，須設(shè)置為87

19、.210443格式。 雙擊運行程序 ，打開軟件界面，單擊“轉(zhuǎn)換”菜單，選擇“大地坐標(biāo)變換為平面直角坐標(biāo)”； 設(shè)置坐標(biāo)系和投影：單擊“1954北京坐標(biāo)系”，選擇坐標(biāo)系；單擊“中國高斯投影（6度分帶）”，彈出“當(dāng)前平面直角坐標(biāo)系”對話框，去掉標(biāo)準(zhǔn)分帶“”，設(shè)置3度（6度）分帶和中央子午線經(jīng)度87度，單擊確定； 設(shè)置起始行、起始列，單擊“打開”按鈕選擇需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，單擊“運行”按鈕，查看轉(zhuǎn)換結(jié)果，保留轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。第22頁注意事項：1、必須是txt文檔；2、在txt文檔中，緯度在前，經(jīng)度在后；3、從excel中拷貝經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，必須將原有空格替換為英文狀態(tài)下空格；4、起始行、列設(shè)置必須和txt文檔中經(jīng)緯度數(shù)據(jù)起始行、列，如：數(shù)據(jù)有一行和一列表頭，則起始行列為2,2。普通情況下最好不要設(shè)置表頭，起始行列設(shè)置為1,1。第23頁（3）北京54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)西安80坐標(biāo)系 參數(shù)計算數(shù)