第1讲 坐标系种类及坐标转换

高等应用测量大地测量学与测量工程专业史经俭坐标系种类及坐标转换10/15/20231大地测量学与测量工程专业高等应用测量实体（点）的空间位置的表达可用多种方式。常用的是用处于某种坐标系中的坐标表达。确定地球表面或外层空间中实体（点）的空间位置，是测绘的基本任务之一，也是最重要、最基础的工作。要表达实体（点）的空间位置，应用三维坐标表示。表达地面点三维坐标的方法很多，测量上常用有以下几种。一、测量坐标系的种类

（一）、按地面点（空间点）的位置表示方式分类可分为球面坐标系（地理坐标系）和直角坐标系。1.球面坐标系（1）大地坐标+大地高大地经、纬度用L、B表示，以地球椭球的法线为计算的基准线，用大地测量的方法计算得到。表示点的三维位置，用大地经度、大地维度纬度和大地高程表示。10/15/20232（大地坐标系）+大地高大地测量学与测量工程专业高等应用测量大地高高程地面（空间）点沿法线至椭球面的距离。基准面为椭球面。10/15/20233大地测量学与测量工程专业高等应用测量一、测量坐标系的种类

（一）、按地面点（空间点）的位置表示方式分类（2）天文坐标+正高（正常高）天文经、纬度用λφ表示，以地球的铅垂线为基准线，用天文测量的方法测量得到。正（常）高用高程测量方法测得。基准面为（似）大地水准面。表示点的三维位置，用天文经度、天文纬度和正（常)高程表示。同一点的天文经纬度和大地经纬度不相同，原因在于同点上的铅垂线和地球椭球的法线不相重合。两者产生的夹角称之为垂线偏差。10/15/20234大地测量学与测量工程专业高等应用测量天文坐标+正（常）高正（常）高程地面（空间）点沿铅垂线至（似）大地水准面的距离。基准面为大地面。10/15/20235（一）、按地面点（空间点）的位置表示方式分类大地测量学与测量工程专业高等应用测量2.直角坐标系直角坐标系分为三维直角坐标系和二维平面直角坐标系（1）三维直角坐标系（空间直角坐标系）（2）平面直角坐标系点的位置用点至坐标原点的连线在三个坐标轴上的投影长度X、Y、Z来表达。点的位置用点在平面坐标系在x、y和高程（正高或正常高）表示。我国目前采用的统一的平面直角坐标系为高斯平面直角坐标系。它是通过高斯投影方法将椭球面上的点投影至平面建立起来的直角坐标系。10/15/20236高等应用测量空间直角坐标系P(B,L,H;X,Y,Z)ESGyzxOP´BNLHW图2-1空间直角坐标系示意图椭球中心10/15/20237图2-15高斯－克吕格投影的分带图2-14高斯－克吕格投影高斯平面直角坐标系高等应用测量10/15/20238（二）、按椭球（坐标系）的中心（原点）分类大地测量学与测量工程专业高等应用测量可分为地心坐标系和参心坐标系。1.地心坐标系椭球的中心和地心重合。椭球称为地球椭球。（1）地心大地坐标系地球椭球的中心和地球质心重合的大地坐标系。（2）地心空间直角坐标系（3）地心平面直角坐标系由地心大地坐标系转化而来的平面直角坐标系。地球椭球的中心和三维直角坐标系的原点重合的空间直角坐标系。10/15/20239P(B,L,H;X,Y,Z)ESGyzxOP´BNLHW地心坐标系示意图地球椭球（1）地心大地坐标系（2）地心空间直角坐标系椭球中心地球中心10/15/202310图2-15高斯－克吕格投影的分带图2-14高斯－克吕格投影地心高斯平面直角坐标系高等应用测量10/15/202311（二）、按椭球（坐标系）的中心（原点）分类大地测量学与测量工程专业高等应用测量2.参心坐标系椭球的中心和地心不重合。椭球称为参考椭球。（1）参心大地坐标系参考椭球的中心和地球质心不重合的大地坐标系。（2）参心空间直角坐标系（3）参心平面直角坐标系由参心大地坐标系转化而来的平面直角坐标系。参考椭球的中心和三维直角坐标系的原点不重合的空间直角坐标系。10/15/202312P(B,L,H;X,Y,Z)ESGyzxOP´BNLHW参心坐标系示意图参考椭球（1）参心大地坐标系（2）参心空间直角坐标系参考椭球10/15/202313图2-15高斯－克吕格投影的分带图2-14高斯－克吕格投影参心高斯平面直角坐标系高等应用测量10/15/202314二、坐标转换的基本概念大地测量学与测量工程专业研究生教学讲义-坐标系种类及坐标转换1、大地测量基准的基本概念所谓基准是指为描述空间位置而定义的点线面。而大地测量基准是指用以描述地球形状的地球椭球参数，包含描述地球椭球几何特征的长短半轴和物理特征的有关参数、地球在空间的定位及定向以及描述这些位置所采用的单位长度的定义。经典大地测量基准通常采用的是与区域大地水准面最佳拟合的参考椭球，其中心往往与地心不重合。由于地球表面的不规则性，适合于不同地区的参考椭球的大小、定位和定向都不一样，每个参考椭球都有各自的参数和参考系。参考椭球对于天文大地测量、大地点坐标的推算以及国家测图和区域绘图来说，是十分适宜的。10/15/202315二、坐标转换的基本概念大地测量学与测量工程专业研究生教学讲义-坐标系种类及坐标转换2、坐标转换的基本概念（1）坐标系变换：坐标转换是测绘实践中经常遇到的重要问题之一。坐标转换通常包含两层含义：坐标系变换和基准变换。（2）基准变换：就是在同一地球椭球下，空间点的不同坐标表示形式间进行变换。包括大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换、空间直角坐标系与站心坐标系的转换、以及大地坐标系与高斯平面坐标系的转换（即高斯投影正反算）

是指空间点在不同的地球椭球见的坐标变换。可用空间的三参数或七参数实现不同椭球间空间直角坐标系或不同椭球见大地坐标系的转换。10/15/202316三、坐标系转换的模型大地测量学与测量工程专业研究生教学讲义-坐标系种类及坐标转换（1）大地坐标系转换为空间直角坐标系（BLH→XYZ）在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公式为10/15/202317三、坐标系转换的模型大地测量学与测量工程专业研究生教学讲义-坐标系种类及坐标转换利用该式计算有一个问题：（2）空间直角坐标系转换为大地坐标系（XYZ→BLH）在相同的基准下，将大地坐标系转换为空间直角坐标系。公式为：后两式中有交叉变量，因此必须采用迭代的方法。因此必须采用下面的办法处理10/15/202318三、坐标系转换的模型大地测量学与测量工程专业研究生教学讲义-坐标系种类及坐标转换然后，利用B的初值求出H、N的初值，再次求定B的值。（2）空间