GPS中的坐标系市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、GPS中坐标系第1页主要内容：坐标系统概述投影带带号和中央子午线计算坐标系统转换软件操作演示第2页一、坐标系统概述1、概念 坐标系统是描述位置一组数值，普通分为全球坐标系统和二维、三维坐标系统。将整个地表或某一部分投影到平面后，为了在地图上准确地定位，必须使用坐标系统。其主要参数为：地形面（Topography），大地水准面（Geoid），参考椭球面（Reference Ellipsoid），基准（Datum）。 坐标是地理数据骨骼框架，能够将我们数据定位到对应位置，为地图中每一点提供准确坐标，以确定项目区位置，为项目建设和区域规划提供依据，并实现可视化。第3页2、类别 通常坐标系统分两种：地

2、理空间坐标系（大地坐标）与投影坐标系（平面直角坐标 ） （1）地理空间坐标系(Geographic coordinate system ) 使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义。基准面是利用特定椭球体对特定地域地球表面迫近，所以每个国家或地域都有各自基准面；也称球面坐标 。我国惯用坐标系有WGS 1984（GPS点），Xian 1980.prj ，Beijing 1954.prj。第4页（2）投影坐标系统 （Projection coordinate system） 在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上物体画到纸上，

3、就必须展平，这种将球面转化为平面过程，称为“投影”。即平面直角坐标是球面坐标经由投影换算而成。 该坐标系是使用X,Y值来描述地球上某个点所处位置。这个坐标系是从地球近似椭球体投影得到，它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米 ，也称非地球投影坐标系统 （not earth），或者是平面直角坐标。 投影坐标系由以下两项参数确定: 地理坐标系（由基准面确定，比如:北京54、西安80、WGS84） 投影方法（比如高斯克吕格投影、Lambert投影） 第5页3、惯用坐标系（1）北京54坐标系 北京54坐标系是我国当前广泛采取大地测量坐标系，源自于前苏联1942年普尔科夫坐标系。以克拉索夫斯

4、基椭球为基础，以1956年青岛验潮站黄海平均海水面为基准，经局部平差后产生坐标系，其结果得到了广泛应用。 不过伴随测绘新理论、新技术不停发展，人们发觉该坐标系存在以下缺点： 椭球参数有较大误差；参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东显著系统性倾斜，在东部地域大地水准面差距最大达+60m。这使得大百分比尺地图反应地面精度受到影响，同时也对观察量元素归算提出了严格要求；几何大地测量和物理大地测量应用参考面不统一，这给实际工作带来了麻烦；定向不明确。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大地坐标系，即以后1980西安坐标系。第6页（2）西安80坐标

5、系 1980年国家大地坐标系采取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数据（IUG1975）。该坐标系大地原点设在我国中部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。基准面采取青岛大港验潮站19521979年确定黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。 西安80坐标系是在1954北京坐标系基础上建立起来，含有以下优点： a. 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，而且是多点定位； b. 定向明确； c. 大地原点位置居中，比较适当； d. 大地高程基准采取1985国家高程基准第7页（3）WGS-84坐标系

6、 一个国际上采取地心坐标系，采取GPS卫星轨道数据。坐标原点为包含海洋和大气在内整个地球质心，空间直角坐标系Z轴指向BIH（1984.0）定义地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义零度子午面和CTP赤道交点，Y轴和Z,X轴组成右手坐标系。WGS-84椭球采取国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值。 建立WGS-84世界大地坐标系一个主要目标，是在世界上建立一个统一地心坐标系。当前是世界通用经纬度坐标系第8页（4）国家大地坐标系（CGCS） 现行大地坐标系因为其结果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术要求。空间技术发展成熟与

7、广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一大地坐标系作为各项社会经济活动基础性保障。所以，经国务院同意，依据中华人民共和国测绘法，我国自7月1日起启用国家大地坐标系。现有各类测绘结果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；7月1日后新生产各类测绘结果应采取国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到国家大地坐标系。 国家大地坐标系定义包含坐标系原点、三个坐标轴指向、尺度以及地球椭球4个基本参数定义。国家大地坐标系原点为包含海洋和大气整个地球质量中心；国家大地坐标系Z轴由原点指向历元.0地球参考极方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元.0）交点，Y轴与Z轴

8、、X轴组成右手正交坐标系。采取广义相对论意义下尺度。国家大地坐标系采取地球椭球参数数值为： 长半轴 a=6378137m 扁率 f=1/298.257222101 地心引力常数 GM=3.9860044181014m3s-2 自转角速度 =7.29211510-5rad s-1 第9页4、惯用投影（1）高斯投影(Gauss Projection) 高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名“等角横切椭圆柱投影”。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl Friedrichauss，17771855）于十九世纪二十年代确定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes

9、 Kruger，18571928）于 19对投影公式加以补充，故名。 高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐步增加，变形最大之处于投影带内赤道两端。因为其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带数据，其它各带都能应用），所以在大百分比尺地形图中应用，能够满足军事上各种需要，能在图上进行准确量测计算。 横轴：赤道，用Y表示；纵轴：中央经线，用X表示；坐标原点：中央经线与赤道交点，用O表示赤道以南为负，以北为正；中央经线以东为正，以西为负我国位于北半球，故纵坐标均为正值，但为防止中央经度线以西为负值情况，将坐标纵轴西移500

10、公里YX第10页（2）UTM投影 UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是等角横轴割圆柱投影（高斯-克吕格为等角横轴切圆柱投影），该投影将地球划分为60个投影带，每带经差为6度，已被许多国家作为地形图数学基础。 UTM投影与高斯投影主要区分在南北格网线百分比系数上，高斯- 克吕格投影中央经线投影后保持长度不变，即百分比系数为1，而UTM投影百分比系数为0.9996。高斯-克吕格投影与UTM投影可近似采取 Xutm=0.9996 * X高斯，Yutm=0.9996 * Y高斯进行坐标转换。第11页分度方法:有3度和6度分带法1、6度分带法 从零度子午线开始，自西向东每个经差6度为一投影带，全球

11、共分60个带，中央经线为3，9，15 ，依这类推，投影带号为1，2，330表示。东半球从东经06度为第一带，其中央经线经度为东经3度，东经612度为第二带，其中央经线经度为9度 其投影带号n和中央经线经度L0计算公式为：L0=(6n-3)； 西半球投影带从180回算到0，编号为31-60， 其投影带号n和中央经线经度L0计算公式为：L0=360-(6n-3) 普通中小百分比尺，1：2.5万到1：50万地形图采取6度分带投影。 我国经度范围西起 73东至135，可分成六度带11个，各带中央经线依次为75、81、87、129、135。新疆经度范围为73度东至96度东，各带中央经线依次为75、81、

12、87、 93。二、投影带带号和中央子午线计算第12页模型首子午线第1带0126央子中午线赤道 NS第13页 2、3度分带法 3度带是在六度带基础上分成，它中央子午线与六度带中央子午线和分带子午线重合，即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第 1、2120带。即东经1.54.5度为第1带，其中央经线经度为东经3度，东经4.57.5度为第2带，其中央经线经度为东经6度。 东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式： L0=3n ,中央经线为3、6.180 西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式： L0=360-3n ,中央经线为西经177

13、、.3、0 我国三度带22个，新疆三度带中央经纬线依次为： 75、 78、81、84、 87、 90、 93。 普通三度带用于大百分比尺（如 1：10000）测图，城建坐标多采取三度带高斯投影。 地形图上公里网横坐标前2位就是带号，比如：1：5万地形图上横坐标为20345486，其中20即为带号，345486为横坐标值。第14页（1）带号计算 6度带是以中央经线正负3度，带号N6等于所在位置经度除以6取整数再加1，若没有余数则商数就是带号，即N = Int(X/6) +1。比如：所在位置经度为12607，除以6之后，商数为21，余数为07，带号N6=21+1=22 3度带带号N3等于所处位置经

14、度除以3四舍五入取整数。即： N=X/3。比如：乌鲁木齐经度872827E，除以3，商数为29.2，所以N3取整为29。3、带号及中央经纬线计算第15页（2）中央经线计算 六度带中央经线经度L0计算：L0=(6n-3) ， 并由此可反算带号n=(L0+3)/6 比如：地形图上横坐标为20345468，其所处六度带中央经线经度为：620-3=117。 三度带中央经线经度L0计算： L0=3n 比如：带号为20，其所处三度带中央经线经度为：320=60。第16页三坐标系统转换 因为不一样基准和不一样坐标系存在，在实际应用中经常造成需要在他们之间进行相互转换。转换分为两个基本类型：1. 坐标系转换

15、2. 基准转换1、坐标系转换 定义：指是同一点坐标在相同基准下，由一个坐标系下坐标转换为另一个坐标系下坐标。比如，同一坐标参考系下空间直角坐标与大地坐标之间转换。 特点：（1）坐标系转换不包括基准转换（即不包括椭球参数及其定位和定向转换，也即它们不变） ；（2）坐标系转换中两种坐标实际上是同一点不一样坐标表示方式间变换，含有一一对应关系。2、基准转换 定义：就是两种坐标系因为采取椭球参数、定位、定向或者因为尺度设置不一样等原因造成两种基准之间变换。基准变换和坐标系变换是本质上区分。基准变换常见是地心系与参心系之间变换。如：北京54与西安80坐标间转换。第17页3、常见坐标转换 我们惯用坐标转换

16、主要为大地坐标与平面坐标转换、同一坐标系不一样带转换。 以下主要介绍我们惯用两个坐标转换软件，即coord软件和实用坐标转换工具，进行经纬度坐标和公里网坐标转换。经检验两种方法计算结果是一致。当用GPS在外业中测得经纬度坐标后能够转换为公里网坐标在图纸上应用。方法以下：第18页（1）coord软件 此次主要介绍经纬度转换为平面坐标。转换数据为： 数据格式须设置为“度：分：秒”，如：872104.43“，须设置为： 87:21:04.43 双击coord.exe程序，打开转换软件界面，选择源坐标类型和目标坐标类型，椭球基准均选择北京54坐标系。经度纬度872104.43435740.098720

17、52.87435743.59872038.43435729.88872050.29435726.17第19页 坐标转换 在“坐标转换”菜单下选择“投影设置”选项，弹出投影设置对话框。依据需转换坐标经度872104.43”，判断6度带中央经线为87度。在投影设置对话框中选择高斯投影6度带，填写中央子午线87度，单击确定。 然后输入源坐标，格式为：度:分:秒，B为纬度，L为经度，单击转换坐标，则一组数据转换完成。第20页经度纬度XY872104.43435740.094869650.04528189.73872052.87435743.594869756.97527931.55872038.434

18、35729.884869332.47527611.38872050.29435726.174869219.07527876.29 由这类推，转换其它三组数据，最终转换结果以下表，再依据转换结果上图，画图。 批量坐标转换： 首先在打开界面中选择“文件转换”，其源坐标类型、目标坐标类型、椭球基准及投影设置和单点坐标设置相同。然后设置“格式”，依据设置格式创建源文件（txt文档），然后选择“浏览”，单击转换按钮 ，最终查看转换结果。 其详细操作在软件实际操作中进行详解。第21页（2）实用坐标转换工具 转换数据和coord软件转换数据相同，数据格式为“度.分秒”，如：872104.43“，须设置为87

19、.210443格式。 双击运行程序 ，打开软件界面，单击“转换”菜单，选择“大地坐标变换为平面直角坐标”； 设置坐标系和投影：单击“1954北京坐标系”，选择坐标系；单击“中国高斯投影（6度分带）”，弹出“当前平面直角坐标系”对话框，去掉标准分带“”，设置3度（6度）分带和中央子午线经度87度，单击确定； 设置起始行、起始列，单击“打开”按钮选择需转换数据，单击“运行”按钮，查看转换结果，保留转换结果数据。第22页注意事项：1、必须是txt文档；2、在txt文档中，纬度在前，经度在后；3、从excel中拷贝经纬度数据，必须将原有空格替换为英文状态下空格；4、起始行、列设置必须和txt文档中经纬度数据起始行、列，如：数据有一行和一列表头，则起始行列为2,2。普通情况下最好不要设置表头，起始行列设置为1,1。第23页（3）北京54坐标系转西安80坐标系 参数计算数