2023学年完整公开课版GPS坐标系转换

核心技能训练GPS坐标系转换2019.11.261GPS坐标系统GPS卫星围绕地球质心旋转且与地球自转无关，而观测站固定在地球表面，其空间位置随地球自转而变动。因此，在卫星定位中，需建立两类坐标系统，即天球坐标系和地球坐标系。 坐标系统转换2023/5/9项目四坐标采集31GPS坐标系统2023/5/9项目四坐标采集4两类坐标系统空间固定的坐标系（天球坐标系）特点：与地球自转无关优点：便于描述卫星的运行位置和状态地球相固联的坐标系（地球坐标系）特点：随同地球自转轴运动优点：便于表达地面观测站的位置和处理观测数据2023/5/9项目四坐标采集51.1天球坐标系与地心坐标系天球坐标系天球坐标系以天极和春分点作为天球定向基准。由于岁差和章动的影响，通常为协议天球坐标系。实用中是将卫星在协议天球坐标系中的坐标分别顾及岁差和章动的影响，转换成实际观测历元的瞬时天球坐标系的坐标，以取得卫星与测站点相关位置在时间系统上的一致。地心坐标系（以地球质心为坐标原点）建立以地心为坐标原点、与地球体相固连的三维空间直角坐标系统以解决卫星与地面的联系。1GPS坐标系统2023/5/9项目四坐标采集61.1天球坐标系与地心坐标系地心坐标系分为地心空间大地平直角坐标系（XD、YD、ZD）和地心大地坐标系（BD、LD、HD）地心直角坐标系是GPS定位中采用的基本坐标系。将天球坐标系的坐标原点置于地球质心上，z轴与地心坐标系的z轴一致，为瞬时地球自转轴，此时所定义的天球坐标系与地心直角坐标系有最简便的变换关系。1GPS坐标系统2023/5/9项目四坐标采集7天球与地球坐标系的转换2023/5/9项目四坐标采集8极移影响平地球坐标系观测瞬间的真地球坐标系旋转-SG角观测瞬间的真天球坐标系岁差、章动影响某一历元的平天球坐标系极移改正平地球坐标系旋转SG角岁差、章动改正某一历元的平天球坐标系观测瞬间的真天球坐标系观测瞬间的真地球坐标系SG角——真春分点时角1.2参心坐标系在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（称为大地原点）。利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系即以参考椭球中心为原点的坐标系。分为参心大地坐标系和参心空间直角坐标系两种。1GPS坐标系统2023/5/9项目四坐标采集92.1WGS-84大地坐标系自上世纪60年代以来，美国国防部制图局先后建成了WGS-60、WGS-66和WGS-72全球坐标系统。于1984年，发展了一种新的更为精确的世界大地坐标系WGS-84（WorldGeodeticSystem-84）。WGS-84坐标系的几何定义是：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集10零度子午面和CTP赤道的交点WGS-84几何定义2023/5/9项目四坐标采集11协议地球极（CTP）与Z轴、X轴构成右手坐标系地球质心2.1WGS-84大地坐标系WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，采用4个基本参数，6个辅助参数。自1987年1月10日之后，GPS卫星星历均采用WGS-84坐标系统，因此GPS网的测站坐标均属于WGS-84坐标系统，原在天球坐标系中表示的星历参数要转换到WGS-84坐标系下。2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集122.22000国家大地坐标系我国空间技术发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集132.31954年北京坐标系（BJ-54）解放初期，我国大地坐标系是采用河北省石家庄市的柳新庄一等天文点作为原点的独立坐标系统，采用该点的天文坐标作为其大地坐标，以海福特（Hayford）椭球进行定位。因海福特椭球误差大，后以原苏联当时采用的1942年普尔科沃坐标系为基础，采用克拉索夫斯基椭球。高程异常以前苏联1955年大地水准面新平差结果为起算值，而高程是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集142.41980年国家大地坐标系（GD-80）由于BJ-54存在着很多缺点，1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，建立了1980年国家大地坐标系。大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村。椭球短轴平行于由地球质心指向我国地极原点JYD1968.0的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面。大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集15常用坐标WGS-84坐标系、2000国家大地坐标系、1980西安坐标系和1954年北京坐标系地球椭球和参考椭球的基本几何参数：2作业常用坐标系2023/5/9项目四坐标采集163.1坐标系转换原理(1)不同大地坐标系之间的坐标转换(2)由大地坐标转变为空间直角坐标(3)由空间直角坐标转换为大地坐标(4)不同空间直角坐标系之间的坐标转换七参数法：常用布尔沙-沃尔夫模型。转换参数包括3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度变化参数。三参数法：采用摩洛根斯基模型。转换参数只有3个平移参数。平面四参数法：一种降维的坐标转换方法。转换参数包括2个平移参数、1个旋转参数1个尺度变化参数。3坐标转换2023/5/9项目四坐标采集173.2坐标系转换过程选取若干个具有两套坐标的点，一套坐标为WGS-84坐标系中的坐标，另一套为国家或地方独立坐标系中的坐标。通过坐标基准转换公式，求出一系列转换参数。在以后的测量中，再将这些转换参数代入到坐标基准转换公式中，即可得所测各点经转换后的坐标。3坐标转换2023/5/9项目四坐标采集183.3影响坐标转换的因素已知点分布情况已知点最好要均匀分布在整个作业区域的边缘，能控制整个区域；一定要避免已知点的线形分布。已知点数量不需要高程的坐标转换建议至少要用3个已知点；需要高程的至少要用4个已知点。已知点的精度匹配程度最好使用同性质且等精度的点。3坐标转换2023/5/9项目四坐标采集193.4转换参数的精度影响转换参数求定精度的主要因