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54与80坐标系浅谈

2013-12-24 09:28:11 来源: www.w889vip.com.com论坛 作者:
聊聊
 
一、北京54坐标系
1、定义
北京54坐标系为参心大地坐标系,大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位,它是以克拉索夫斯基椭球为基础,经局部平差后产生的坐标系,其坐标详细定义可参见参考文献[朱华统 1990]。
2、历史
新中国成立以后,我国大地测量进入了全面发展时期,在全国范围内开展了正规的,全面的大地测量和测图优德w88作,迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向,故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数,并与前苏联1942年坐标系进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系,定名为1954年北京坐标系。因此,1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。它是将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接,然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据,平差我国东北及东部区一等锁,这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。
3、特点
a.属参心大地坐标系;
b.采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数;
c.大地原点在原苏联的普尔科沃;
d.采用多点定位法进行椭球定位;
e.高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面;
f.高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。椭球坐标参数:长半轴a=6378245m;短半轴=6356863.0188m;扁率α=1/298.3。
4、缺点
a.椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比,长半轴约大109m。
b.参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜,在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响,同时也对观测量元素的归算提出了严格的要求。
c.几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900~1909年正常重力公式,与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球,它与克拉索夫斯基椭球是不一致的,这给实际优德w88作带来了麻烦。
d.定向不明确。椭球短半轴的指向既不是国际普遍采用的国际协议(原点)CIO(Conventional International Origin),也不是我国地极原点JYD1968.0;起始大地子午面也不是国际时间局BIH(Bureau International de I Heure)所定义的格林尼治平均天文台子午面,从而给坐标换算带来一些不便和误差。
为此,我国在1978年在西安召开了“全国天文大地网整体平差会议”,提出了建立属于我国自己的大地坐标系,即后来的1980西安坐标系。但时至今日,北京54坐标系仍然是在我国使用最为广泛的坐标系。
二、西安80坐标系
1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议,确定重新定位,建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇,位于西安市西北方向约60公里,故称1980年西安坐标系,又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952-1979年确定的黄海平均海水面(即1985国家高程基准)。西安80坐标系是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。
根据椭球定位的基本原理,在建立西安80坐标系时有以下先决条件:
(1)大地原点在我国中部,具体地点是陕西省泾阳县永乐镇;(2)西安80坐标系是参心坐标系,椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向,大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面;X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向;Y轴与 Z、X轴成右手坐标系;
(3)椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数,因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为:长半轴a=6378140±5(m)短半轴b=6356755.2882(m)扁率α=1/298.257第一偏心率平方=0.00669438499959第二偏心率平方=0.00673950181947椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。
(4)多点定位;
(5)基准面采用青岛大港验潮站1952-1979年确定的黄海平均海水面(即1985国家高程基准)。
三、北京54与西安80坐标系的转换
1、北京54与西安80坐标转换原理与方法
西安80坐标系与北京54坐标系其实是一种椭球参数的转换,这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的,而在不同的椭球之间的转换是不严密的,因此不存在一套转换参数可以全国通用的,在每个地方会不一样,因为它们是两个不同的椭球基准。
那么,两个椭球间的坐标转换,一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型,即X平移,Y平移,Z平移,X旋转(WX),Y旋转(WY),Z旋转(WZ),尺度变化(DM)。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点。如果区域范围不大,最远点间的距离不大于 30Km(经验值),这可以用三参数,即X平移,Y平移,Z平移,而将X旋转,Y旋转,Z旋转,尺度变化面DM视为0。
方法如下(MAPGIS平台中):
第一步:向地方www.w889vip.com.com局(或其它地方)找本区域三个公共点坐标对(即54坐标x,y,z和80坐标x,y,z);
第二步:将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。(菜单:投影转换/输入单点投影转换,计算出这三个点的弧度值并记录下来)
第三步:求公共点求操作系数(菜单:投影转换/坐标系转换)。如果求出转换系数后,记录下来。
第四步:编辑坐标转换系数。(菜单:投影转换/编辑坐标转换系数。)最后进行投影变换,“当前投影”输入80坐标系参数,“目的投影”输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。
2、北京54坐标到西安80坐标转换小结:
a.北京54和西安80是两种不同的大地基准面,不同的参考椭球体,因而两种地图下,同一个点的坐标是不同的,无论是三度带六度带坐标还是经纬度坐标都是不同的。
b.数字化后的得到的坐标其实不是WGS84的经纬度坐标,因为54和80的转换参数至今没有公布,一般的软件中都没有54或80投影系的选项,往往会选择WGS84投影。
c.WGS84、北京54、西安80之间,没有现成的公式来完成转换。
d.对于54或80坐标,从经纬度到平面坐标(三度带或六度带)的相互转换可以借助软件完成。(54和80也有经纬度,只不过我们都用其投影的直角坐标值罢了,不能看到经纬度就以为是wgs84的)
e.54和80间的转换,必须借助现有的点和两种坐标,推算出变换参数,再对待转换坐标进行转换。(均靠软件实现)
f.在选择参考点时,注意不能选取河流、等高线、地名、高程点,公路尽量不选。这些在两幅地图上变化很大,不能用作参考。而应该选择固定物,如电站,桥梁等。
坐标转换问题(附)
优德w88程施优德w88过程中,常常会遇到不同坐标系统间,坐标转换的问题。目前国内常见的转换有以下几种:1,大地坐标(BLH)对平面直角坐标(XYZ);2,北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换;3,任意两空间坐标系的转换。其中第2类可归入第三类中。所谓坐标转换的过程就是转换参数的求解过程。常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。以下对上述三种情况作详细描述如下:
1,大地坐标(BLH)对平面直角坐标(XYZ)
常规的转换应先确定转换参数,即椭球参数、分带标准(3度,6度)和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准,对应有不同的长短轴及扁率。一般的优德w88程中3度带应用较为广泛。对于中央子午线的确定有两种方法,一是取平面直角坐标系中Y坐标的前两位*3,即可得到对应的中央子午线的经度。如x=3250212m,y=395121123m,则中央子午线的经度=39*3=117度。另一种方法是根据大地坐标经度,如果经度是在155.5~185.5度之间,那么对应的中央子午线的经度=(155.5+185.5)/2=117度,其他情况可以据此3度类推。
另外一些优德w88程采用自身特殊的分带标准,则对应的参数确定不在上述之列。
确定参数之后,可以用软件进行转换,以下提供坐标转换的程序下载。
2,北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换
这三个坐标系统是当前国内较为常用的,它们均采用不同的椭球基准。
其中北京54坐标系,属三心坐标系,大地原点在苏联的普而科沃,长轴6378245m,短轴6356863,扁率1/298.3;西安80坐标系,属三心坐标系,大地原点在陕西省径阳县永乐镇,长轴6378140m,短轴6356755,扁率1/298.25722101;WGS84坐标系,长轴6378137.000m,短轴6356752.314,扁率1/298.257223563。由于采用的椭球基准不一样,并且由于投影的局限性,使的全国各地并不存在一至的转换参数。对于这种转换由于量较大,有条件的话,一般都采用GPS联测已知点,应用GPS软件自动完成坐标的转换。当然若条件不许可,且有足够的重合点,也可以进行人优德w88解算。详细方法见第三类。
3,任意两空间坐标系的转换
由于测量坐标系和施优德w88坐标系采用不同的标准,要进行精确转换,必须知道至少3个重合点(即为在两坐标系中坐标均为已知的点。采用布尔莎模型进行求解。布尔莎公式:
对该公式进行变换等价得到:
解算这七个参数,至少要用到三个已知点(2个坐标系统的坐标都知道),采用间接平差模型进行解算:
其中: V 为残差矩阵;
X 为未知七参数;
A 为系数矩阵;
解之:L 为闭合差
解得七参数后,利用布尔莎公式就可以进行未知点的坐标转换了,每输入一组坐标值,就能求出它在新坐标系中的坐标。 但是要想GPS观测成果用于优德w88程或者www.w889vip.com.com,还需要将地方直角坐标转换为大地坐标,最后还要转换为平面高斯坐标。
上述方法类同于我们的间接平差,解算起来较复杂,以下提供坐标转换程序,只需输入三个已知点的坐标即可求解出坐标转换的七个参数。如果已知点的数量较多,可以进行参数间的平差运算,则精度更高。
当已知点的数量只有两个时,我们可以采用简单变换法,此法较为方便易行,适于手算,只是精度受到一定的限制。
详细解算方程如下:
式中调x,y和x\'、y\'分别为新旧(或;旧新)网重合点的坐标,a、b、、k为变换参数,显然要解算出a、b、、k,必须至少有两个重合点,列出四个方程。
即可进行通常的参数平差,解求a、x、b、c、d各参数值。将之代人(3)式,可得各拟合点的残差(改正数)代人(2)式,可得待换点的坐标。
求出解算参数之后,可在Excel中,进行其余坐标的转换。
上次笔者用此法进行过80和54坐标的转换,由于当时没有多余的点可供验证和平差,所以转换精度不得而知,但转换之后各点的相对位置不变。估计,实际的转换误差应该是10m量级的。
还有一些情况是先将大地坐标转换 为直角坐标,然后进行相关转换
 
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