2000国家大地坐标系转换技术培训

2000国家大地坐标系转换技术培训济南市规划局二〇一四年六月2000国家大地坐标系转换目录1大地坐标系的概念与建立方法2我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况3现有大地坐标系存在的问题及新坐标系的条件4CGCS2000坐标转换理论基础及转换方法5CGCS2000坐标在济南市的推广情况及计划大地坐标系的概念与建立方法1第一部分2000国家大地坐标系转换1.1坐标系基本概念一.大地坐标系的概念与建立方法坐标系：为了说明质点的位置、运动的快慢、方向等，必须选取其坐标系。在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。坐标系的种类很多，常用的坐标系有：笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系（或称柱坐标系）和球面坐标系(或称球坐标系)等。极坐标系球坐标系柱坐标系2000国家大地坐标系转换1.2大地坐标系的概念一.大地坐标系的概念与建立方法地球自然形体：是一个不规则的几何体。地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠穆朗玛峰高出海平面8846.27m±0.2~0.3m（我国1994年8月公布），最低的马里亚纳海沟低于海平面11022m。但是这样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的，再顾及到海洋约占整个地球表面71%,因此，人们把海平面所包围的地球形体看作地球的形状。水准面：静止的水面，受地球表面重力场影响而形成，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，是一个重力场的等位面。大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。是地球的物理表面，是测量外业的基准面。大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。2000国家大地坐标系转换1.2大地坐标系的概念一.大地坐标系的概念与建立方法地球椭球体：一个非常接近大地体,用数学式表示几何形体,作为地球的参考形状和大小。它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。地球椭球面：地球椭球体外表面，是地球的数学表面，是球面坐标系/测量内业的标准。参考椭球面：处理大地测量成果而采用的与地球大小、形状接近并进行定位的椭球体表面测绘外业基准线——铅垂线（重力方向线）测绘外业基准面——大地水准面测绘内业基准线——法线测绘内业基准面——参考椭球面2000国家大地坐标系转换1.2大地坐标系的概念一.大地坐标系的概念与建立方法大地坐标系：是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系亦称为地理坐标系。大地经度（L）：地球上某点离一根被称为本初子午线的南北方向走线以东或以西的度数。大地纬度（B）：是指某点与地球球心间的连线和地球赤道面所成的线面角。大地高度（H）：高度是指某点高出海平面的高度。空间直角坐标系：空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上切按右手系于X轴呈90度夹角，某点中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。点位置用（X,Y,Z）表示。2000国家大地坐标系转换1.3大地坐标系的类别一.大地坐标系的概念与建立方法大地坐标系分为地心坐标系和参心（局部）坐标系两类。参心坐标系按参考椭球与局部地区（例如中国地区）的大地水准面最佳拟合的定位原则而建立的大地坐标系，坐标系原点偏离地球质心，由天文大地点的坐标实现。地心坐标系原点位于地心的坐标系，用卫星大地测量技术建立，由空间网的三维坐标和速度实现。2000国家大地坐标系转换1.3大地坐标系的类别一.大地坐标系的概念与建立方法地心坐标系与参心坐标系的区别地心坐标系参心坐标系原点定义以地球质心(总椭球的几何中心)为原点的大地坐标系以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系椭球定位总地球椭球体中心与地球质心重合总地球椭球面与全球大地水准面差距的平方和最小参考椭球体中心与地球质心不重合参考椭球面与区域大地水准面差距的平方和最小椭球定向椭球短轴与地球自转轴重合椭球短轴与地球自转轴平行适用范围全球测图区域（国家）测图实例WGS84坐标系2000国家大地坐标系1954年北京坐标系1980西安坐标系2000国家大地坐标系转换大地起算数据确定了经典大地坐标系（参心坐标系）1.4大地坐标系的建立方法一.大地坐标系的概念与建立方法大地原点：亦称大地基准点，是国家地理坐标——经纬度的起算点和基准点。地面上任选一点P，由P点投影到大地水准面P0点。使P0上的参考椭球面与大地水准面相切，此时过P0点的铅垂线与P0点的参考椭球面法线重合，切点P0称为大地原点。我国的大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村境内。大地原点上的L0、B0、A0是推算各点水平坐标的起算值，L0、B0、A0和H0称为大地起算数据。大地起算数据定义了一个大地坐标系。定位和确定起算数据是等价的：定位就是确定大地起算数据；而确定了大地起算数据也就完成了定位。2000国家大地坐标系转换大地起算数据确定了经典大地坐标系（参心坐标系）1.4大地坐标系的建立方法一.大地坐标系的概念与建立方法椭球定位：即建立大地坐标系，就是按一定的条件将具有确定元素的地球椭球同大地体的相关位置确定下来，从而获得大地测量计算的基准面和起算数据。椭球定位内容确定椭球中心的位置（简称定位）。确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，即确定椭球短轴的指向和起始大地子午面（简称定向）。椭球定位实现选定大地原点。在大地原点处进行精密天文测量和水准测量。进行一点定位或多点定位。2000国家大地坐标系转换1.4大地坐标系的建立方法一.大地坐标系的概念与建立方法多点多网长期观测确定了现代大地坐标系（地心坐标系）给出参考系的定义。建立地面台站，实施空间大地测量。数据处理。建立时变模型，以维持协议地球参考框架的稳定。现代大地坐标系建立流程地面一组点的Xi，Yi，Zi就隐含的一个的坐标系。我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2第二部分2000国家大地坐标系转换2.1我国大地坐标系二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况1954北京坐标系1980国家大地坐标系新1954北京坐标系1978地心坐标系1988地心坐标系我国大地坐标系主要有：前三种坐标系是我们常见常用的坐标系，下面介绍前三类坐标系2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.11954北京坐标系1932年普尔科沃坐标系大地原点：普尔科沃天文台圆形大厅中心椭球参数：贝塞尔椭球参数定位方法：一点定位1942年普尔科沃坐标系是在1932年普尔科沃坐标系基础上改用克拉索夫斯基椭球参数，进行多点定位1954北京坐标系（北京54坐标系）实际上就是前苏联1942年普尔科沃坐标系的在我国的延伸2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.11954北京坐标系1954北京坐标系的特点属参心大地坐标；采用克拉索夫斯基椭球a=6378245m，α=1:298.3多点定位εX=εY=εZ=0大地原点在前苏联的普尔科沃高程异常以苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算值，按我国天文水准路线推算。2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.11954北京坐标系1954北京坐标系的缺点与GRS80比较，克拉索夫斯基椭球长半轴约大108m只涉及两个几何性质的椭球参数几何大地测量和物理大地测量应用的椭球不统一参考椭球面与大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜，东部地区高程异常最大达+65米，全国平均为29米定向不明确未经过整体平差名不副实，容易引起一些误解2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.11954北京坐标系1954北京坐标系大陆部分大地水准面图2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.21980国家大地坐标系1980国家大地坐标系（西安80坐标系）的特点属参心大地坐标采用IUGG1975推荐的椭球参数多点定位，在我国按1º×1º间隔，均匀选取922点，组成弧度测量方程，解得大地原点定向明确。地球椭球的短轴平行于由地球质心指向的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面大地原点在我国中部地区，推算坐标的精度比较均匀,位于陕西省泾阳县永乐镇，在西安市以北60公里，可简称西安原点。大地经纬度的概略值是:L=108°55′,B=34°32′1980国家大地坐标系建立后，用它计算了全国天文大地网整体平差近5万个点的成果2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.21980国家大地坐标系1980国家大地坐标系大陆部分大地水准面图2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.3新1954北京坐标系新1954北京坐标系是将1980国家大地坐标系采用的IUGG1975椭球参数换成克拉索夫斯基椭球参数后，在空间平移后的一种参心大地坐标系，其平移量为1980国家大地坐标系解得的定位参数的值。000、Y、ZX195419800195419800195419800newnewnewX=X-X；Y=Y-Y；Z=Z-Z；2000国家大地坐标系转换二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况2.1我国大地坐标系2.1.3新1954北京坐标系2000国家大地坐标系转换2.2济南市大地坐标系情况二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况济南市目前采用坐标系有1954年北京坐标系、1980西安坐标系和济南市独立坐标系。1954年北京坐标系在章丘使用较多，市国土、水利等部门和商河、平阴、济阳一般都使用1980西安坐标系，市规划、房产、市政、建委、交通等部门大都采用济南市独立坐标系。济南市独立坐标系：济南市1993年独立坐标系以1954年北京坐标系椭球（克拉索夫斯基椭球）为基础加上抵偿高程面建立的，该坐标系采用高斯克里格投影，中央经线采用117度，坐标原点定义为原大明湖西南角的成记面粉厂，为保证城区内坐标为正数，对坐标原点分别进行了50KM的偏移，也就是成记面粉厂坐标为50000,50000。2000国家大地坐标系转换济南市独立坐标系发展历程2.2济南市大地坐标系情况二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况1955年济南市独立坐标系1955年，济南市城市建设委员会测量队在上海市规划建筑管理局测量总队的协助下，始建济南市独立坐标控制网。该坐标系原点标志为钢管接管标，设在成记面粉厂生产楼顶部（该楼建于1919年、为五层钢筋混凝土结构）。后因建设需要，1996年10月9日济南市测绘管理处批复同意了济南挂面厂（成记面粉厂）按《测绘法》规定将该测量标志拆除迁建。1955年建立的济南市独立坐标系统在济南市基础测绘、城市规划、设计、建设工程定位等工作发挥了巨大的作用。但因该坐标系原点位于市中心，致大量测绘、设计成果数据为负值，不便于使用。2000国家大地坐标系转换济南市独立坐标系发展历程2.2济南市大地坐标系情况二.我国大地坐标系和济南市大地坐标系情况1993年济南市独立坐标系1993年，济南市勘察测绘研究院首次采用GPS技术改造、扩建济南市平面控制网。共布设C级GPS点135个，控制面积1800平方公里。1993年济南市独立坐标系为济南市在用的主要坐标系统之一，该坐标系是投影于抵偿高程面上的高斯正形投影平面坐标系统。济南市现代测绘基准体系2005年至2006年，济南市建成了由JNCORS系统、城市高精度GPS网、精密水准网和高精度高分辨率似大地水准面四个部分组成的济南市现代测绘基准体系。2007年12月，济南市科技局对济南市现代测绘基准体系的鉴定结论为“整体达到国际先进水平”。该基准体系将大地基准、高程基准、重力基准基础设施进行有机结合，建立了覆盖济