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1、坐标转换函数模型北京54、西安80 与WGS84 这3 个坐标系采用了不同椭球参数 4 , 且北京54 与西安80 为局部定位, WGS84 为地心定位, 它们的定向方式也不尽相同, 因此, 无论从北京54 到WGS84 或是从西安80 到WGS84, 都属于既有旋转, 又有平移的两个坐标系间的坐标转换, 存在着3 个平移参数和3 个旋转参数, 以及一个尺度变化参数,共计7 个参数 6, 7 。当所需换算的区域较小时, x 、y 、z 及 m 对转换结果的影响可以忽略不计, 这时只需计算X 0 、Y0 、Z0 3 个平移参数, 即3 参数法。现以北京54 转WGS84 为例, 介绍7 参数的求
2、解原理。首先, 将已知点的北京54、WGS84 大地坐标( B54 , L54H 54 ) ,、( B84 , L 84 , H 84 ) 分别转成空间直角坐标(X 5 4 , Y54 , Z54 ) 、( X 84 , Y84 , Z84 ) 。大地坐标与空间直角坐标之间存在这样的关系:X 54= (N 54+ H 54 ) cosB54cosL 54Y54= ( N54 + H 54 ) cosB 54sinL 54Z54 = N 54 ( 1- e2 ) + H 54 sinB54( 1)X 84= (N 84+ H 84 ) cosB84cosL 84Y84= ( N84 + H 84
3、 ) cosB 84sinL 84Z84 = N 84 ( 1- e2 ) + H 84 sinB84式中: N 54 =a541- e2 sin2B, N 84 =a841- e2sin2B,a54、a84 分别为北京54 和WGS84 的参考椭球长半轴。然后, 将北京54 的空间直角坐标( X 54 , Y54 ,Z54 ) 转换到WGS84 的空间直角坐标系中, 求出转换值( X!84 , Y!84 , Z!84 ) 。不同的空间直角坐标系间的坐标转换公式为:X!84Y!84Z!84= ( 1- m)1 Z - Y- Z 1 XY - X 1X 54Y54Z54+X 0Y0Z0( 2)式
4、中: X 0、 Y0、 Z0 为 3 个平移参数;一、大地坐标的概念：大地坐标系又称大地基准, 是大地测量的基础。按其原点相对地球质心的位置, 大地坐标系分为局部坐标系和地心坐标系。局部坐标系的原点偏离地心可能达几十到几百米, 而地心坐标系的原点理论上与地心重合( 实际上与地心难免有些偏离) 。局部坐标系一般是以经典测量技术为基础建立的, 而地心坐标系则是以卫星大地测量为基础建立的。在卫星大地测量出现之前, 局部坐标系是国家( 或地区) 大地坐标系的惟一选择,因而世界上当时出现了许多独立的局部坐标系。随着空间技术的兴起和发展, 地心坐标系应运而生, 并日益流行二、使用北京 54 坐标和西安 8
5、0 坐标的弊端1、先进性过去建立坐标系主要着眼于测图目的。对于测图目的, 局部坐标系是合适的, 因为参考椭球与地区大地水准面拟合最佳, 从而使地图变形最小。随着大地测量的发展, 大地坐标系应用的深度和广度已今非昔比, 建立坐标系已不再仅着眼于测图, 而更多地着眼于工程控制、地球物理勘探、地震形变监测、地学研究、对地观测、陆海空导航以及航天等多种应用。2 实用性1954 年北京坐标系和1980 西安坐标系是由大批天文大地点的坐标具体体现的。天文大地网的完整性和完好性决定了大地坐标系的可用性。在过去的半个世纪中, 由于自然和人为的原因, 天文大地网遭到了严重破坏, 其完整性仅表现在纸面上, 在物理
6、上已是支离破碎了。这样, 国家大地坐标系的实际可用性已经大打折扣。在不少地区, 近年不得不用GPS 重新布设大地网, 以满足工程建设的急需。随着空间技术的发展, 当今基于GPS 的车辆、舰船和飞机导航已广泛流行。显而易见, 这些卫星导航系统的有效性在很大程度上取决于作为系统组成部分的地图或地形图( 通常是电子地图形式) 使用的坐标系三、选择使用底薪坐标2 采用地心坐标系的优势1) 在当今空间大地测量时代, 空间技术的应用越来越广。空间技术通常使用地心坐标系, 这有助于充分享用空间技术的成果。比如, 进行卫星定位时, 容易得到精确的起始坐标; 而进行卫星导航时, 会有地心坐标系的地形图与之匹配,
7、 避免因坐标系不一致而导致的问题。2) 航天器的发射、轨道计算、轨道测控应在地心坐标系内进行。同样, 远程武器发射、制导、弹道测量也要求在地心坐标系内操作。使用地心坐标系有助于航天技术与武器应用的发展。3) 地心坐标系是大地测量发展的结果。大地坐标系是大地测量的基础, 采用地心坐标系必将反过来又推动大地测量乃至整个测绘科技的发展。4) 高精度的地心坐标系是构建国家地理空间数据基础设施、在不同尺度监测地壳运动、监测海平面变化的参考框架。采用地心坐标系有利于地球空间信息产业及地球动力学、地球物理学和地震学的研究。5) 地心坐标系是卫星导航的基本坐标系, 使用地心坐标系将推动卫星导航产业, 进而推动
8、陆地、海洋和空中交通运输业的发展。6) 使用地心坐标系有利于统一世界大地坐标系, 有利于我国大地坐标系与国际接轨, 进而有利于我国参与经济全球化及国际竞争。四、地心坐标系的定义和实现所谓建立大地坐标系, 至少应包括定义坐标系和实现坐标系两层意思。定义坐标系是指定义坐标系的原点、坐标轴的指向和尺度, 实现坐标系是指确定一组控制点的坐标( 和速度) 来体现所定义的坐标系。由这些控制点的坐标( 和速度) 所具体体现的坐标系, 通常叫作参考框架。实际上, 建立坐标系通常还包括第三层意思, 即维持坐标系, 它是指控制点的坐标( 和速度) 的不断精化或控制点加密。通过定期维持, 使坐标系的性能得以不断改进
9、和提升。我国建立地心坐标系应遵从以上通用原则。我国地心坐标系的定义应与ITRS 协议( 地球参考系) 的定义一致, 即坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球质心; 尺度为在引力相对论意义下局部地球框架的尺度; 定向的初始值由1984. 0 时BIH( 国际时间局) 定向给定, 而定向的时间演化应保证相对地壳不产生残余的全球旋转。五、参考椭球在现代大地测量中, 椭球常数定义是以等位椭球理论为基础的。规定参考椭球是一个等位椭球或水准椭球, 即参考椭球与正常椭球一致。对于我国的地心坐标系, 建议参考椭球定义常数采用a 、f 、GM、X。a = 6 378 137m; f =1B298. 257 222 101; GM = 3 986 004. 418 10 8m3s- 2; X= 7 292 115 10- 1
