《高等摄影测量》主讲：王树根武汉大学遥感信息工程学院高等摄影测量研究范畴* 摄影（成像）→记录（胶片、数字）→处理、加工定量的（几何的）→解决是多少？定性的（解译的）→解决是什么？→表达（产品）→存贮、管理、更新→发布、应用→新的应用需求、认识水平提高→促成新的成像/非成像方式的研究、集成→回到 *高等摄影测量研究范畴3W：Whenq大测绘的研究范畴WhereWhatq小测绘的概念是测地图空间信息科学第四章摄影测量常用坐标系及其拓展坐标系重要性认识摄影测量研究的重要内容之一（x, y）（X,Y, Z）坐标系重要性认识q认识上的误区：认为研究GIS可以不必学习有关坐标系及其转换系统随着空间技术、网络技术等的发展,对地形图进行保密已经没有必要了…§ GIS 与MIS等的主要区别摄影测量常用坐标系回顾两大类：q像方坐标系q物方坐标系q像方坐标系：像平面坐标系（o-xy）像空间坐标系 (S-xyz)像空间辅助坐标系 (S-XYZ) Soxyxy zf aYZX像方坐标系cr物方空间坐标系Zt XtYtZ YXt ttTp pp摄影测量坐标系(P－Xp Yp Z p)大地坐标系(T－XtYtZt)ZYXAZ Yp pXp地面摄影测量坐标系(P－Xtp Ytp Ztp)物方坐标系物方坐标系局部物方空间坐标系航空摄影测量研究：S－xyz S－XYZO－ｘｙG－XtpYtpZtpP－Xp YpZp T－XtYtZt摄影测量常用坐标系不能直接转换过渡坐标系仪器坐标系扫描坐标系全球坐标系相对坐标系发展趋势：天地一体化天地一体化的坐标系涉及多少坐标系？传感器及平台常用坐标系回顾O ｘｙ像片YmO Xm地图ZXY地面系传感器及平台常用坐标系回顾O ｘｙ像片YmO Xm地图传感器系框架系平台系S UVWZXY地面系T需进行必要的偏心测定传感器及平台常用坐标系回顾传感器系框架系平台系S UVWZXY地面系T设地面点P在传感器坐标系中坐标为：（UP VP WP）在地面坐标系中坐标为：（XP YP ZP）PX0Y0Z0XP YPZPWP坐标系转换过程则通用构像方程为：}{000′∆′∆′∆+⋅+=ZYXWVUCBAZYXZYXpppppp若令：′′′=′∆′∆′∆+⋅ppppppZYXZYXWVUCB坐标系转换过程则有：+′′′=000ZYXZYXAZYXpppppp与共线方程比较：+−=SSSPPPZYXfyxRZYXl传感器及平台常用坐标系q在上述坐标系中最重要的坐标系为：传感器坐标系 S－UVW 和地面坐标系 T－XYZ q而最基本的坐标系为：像平面坐标系 O－xy 和地图坐标系 O－XmYmZm 参考文献：孙家柄. 遥感原理、方法与应用. 测绘出版社q为什么在空中三角测量中经常遇到高程精度难以满足要求？对坐标系重要性的再认识q为什么在大范围测图时地图拼接发生困难？为什么不同部门所测的图在地图拼接时发生困难？对坐标系保密（不统一）所带来的问题q为什么基于GPS和电子地图的导航不准？q为什么…对地球的认识1、Where are we ?对地球的认识2、Shortest distance between two points ?面临问题之一：地图投影Curved EarthGeographic coordinates: f, l(Latitude & Longitude)Flat MapCartesian coordinates: x,y(Easting & Northing)地图投影是地图制图学的重要研究内容面临问题之二：地球的形状We think of the earth asasphere圆球It is actuallyaspheroid, slightly larger in radius at the equator than at the poles椭球地球的形状是大地测量学的重要研究内容旋转椭球OXZYa abRotational axisRotate an ellipse around an axis椭球参数？面临问题之三：不同类型的坐标系统q三类坐标系统：1）全球笛卡尔坐标系统(X,Y,Z)A system for the whole earth （地心坐标系）2）地理坐标系统(f, l, Z)A system for the whole earth （全球坐标系）3）局部投影坐标系统(X,Y,Z)A system on a local area of the earth’s surface （局部坐标系）全球笛卡尔坐标系统(X,Y,Z)OXZYGreenwichMeridianEquator•坐标原点可以是地心、参心地理坐标(f, l, Z)l Latitude (f) and Longitude (l) defined using anellipsoid, anellipse rotated about an axisl Elevation (z) defined usinggeoid, a surface of constant gravitational potentiall Earth datums define standard baseline values of the ellipsoid and geoid (more on this later….)(0,0)Equator Prime Meridian地理坐标的原点The z-coordinate in (1) and (3) is defined geometrically; in(2) the z-coordinate is defined gravitationally大地高H 正常高h不同类型的坐标系统之高程基准面问题1）全球笛卡尔坐标系统(X,Y,Z)2）地理坐标系统(f, l, Z)3）局部投影坐标系统(X,Y,Z) 高程的不同定义大地高H：沿法线方向到参考椭球面的高程正常高h：沿垂线方向到大地水准面的高程Hh大地水准面参考椭球面地球表面(fo,lo) (xo,yo)XYOriginMap Projection投影坐标系的坐标原点和坐标轴该如何取？面临问题之四：坐标的转换地理坐标与投影坐标之间的转换坐标的转换(f, l) (X, Y)Map Projection坐标之间的转换该如何进行？地理坐标与投影坐标之间的转换围绕上述各方面问题，人们定义了一系列坐标系统来描述地面点的表达方式？地球坐标系统笛卡尔坐标系 平面直角系曲线坐标系表示方式地心 参心 站心 参考椭球面 大地水准面 投影平面坐标原点参考面总地球椭球面高斯平面直角坐标系天文坐标系参心大地坐标系地心空间直角坐标系参心空间直角坐标系地面点的坐标表达对地球坐标系统的认识大地测量坐标系的建立q 建立大地测量控制网的主要内容包括：测定最接近各自国家或地区的地球表面自然形状的“参考椭球体”确定与“参考椭球体”相应的地图投影方法在大地测量控制网内布设三、四等测图控制网（供测绘各种比例尺地形图）q 传统测绘地形图首先必须在各自国家或地区建立测图的基准框架，又称“大地测量控制网”大地测量坐标系的建立q建立大地测量控制网的过程测绘工作者要在数万个大地测量控制点上进行精密的天文、水准、重力、水平角和距离等观测，先用数学方法将在地球自然表面实测的数据归算到参考椭球面上，再用数学方法将参考椭球面上的数据归算到平面上，最后，还要对整个大地测量控制网数据进行处理（整体大地测量平差），以消除各种测量误差，提高整个大地测量控制网的精度。
地球的表达（描述）地球自然表面椭球面可以用严格的几何参数描述（a b e）实际海平面受潮汐影响，海平面在不断变化大地水准面以平均海水面为基础，受各地重力不同影响，无法用函数描述大地测量坐标系q几个基本概念：椭球面平均海水面地球表面大地水准面差距椭球法线大地水准面垂线垂线偏差大地测量坐标系的建立q我国大地测量坐标系简介1954年北京坐标系，简称“北京54系”坐标原点在北京，采用克拉索夫斯基椭球椭球长半轴 a = 6378.245 km椭球扁率e = 1 / 298.31980年国家大地坐标系，简称“国家80系”坐标原点在陕西，采用IGA推荐椭球参数椭球长半轴 a = 6378.140 km椭球扁率e = 1 / 298.257由“国家80系”派生出的“北京新54系”地心坐标系的重要性巍子卿.我国大地坐标系的换代问题.武大学报信息版，2003（2）院士论坛大地坐标系分为局部坐标系和地心坐标系我国目前采用的大地坐标系为局部坐标系，对于测图目的是可以的局部坐标系在使用上受限制较多，建立地心坐标系很迫切很多国家已开始采用地心坐标系坐标转换必要性的认识航天摄影测量与遥感（地球曲率影响）承接国外测图任务（不同的地图投影）带GPS观测值的情况（参考椭球因素）其他多传感器集成情况…摄影测量坐标系与大地坐标系转换q问题的提出地球是一个椭球体，地球上任一点的大地坐标是用大地经、纬度（L,B）和大地高（H）表示的。
而地（形）图是用平面坐标表示的为了测图的方便，需要运用一定的数学法则将大地坐标系变换到平面直角坐标系怎么转换？地图投影：Cylindrical ProjectionsTransverseOblique(Mercator 墨卡托)q多种投影方式我国的地图投影方式q高斯-克吕格地图投影所谓高斯-克吕格地图投影是一种等角横切圆柱投影，它保证在一定经差范围内的投影带（如3o带或6o带）中，其中心子午线投影后为直线，且长度不变我国的地图投影方式q高斯-克吕格平面直角坐标系：X: 指向北、Y: 指向东、高程h 为正常高(垂直于大地水准面)摄影测量坐标系与大地坐标系转换q分析大地测量提供给摄影测量人员的平面控制点坐标（Xt，Yt）是高斯-克吕格地图投影坐标，h或Zt是沿垂线到大地水准面的高度而摄影测量的几何处理往往是在对摄影测量平差处理自身有利的某个空间右手直角坐标系中进行（一般XY平面为地球表面某点的切面，X 方向大致与航摄飞行方向一致，Z 方向垂直于该切面）摄影测量坐标系与大地坐标系转换q对于以测图为目的的摄影测量处理而言：平差计算前（正变换）需将控制点的大地坐标（Xt，Yt，h）转换到摄影测量坐标系（Xp，Yp，Zp）平差计算后（反变换）需将摄影测量坐标（Xp，Yp，Zp）转换到大地坐标系（Xt，Yt，h）大地坐标 摄影测量坐标正变换反变换摄影测量坐标系与大地坐标系转换q具体转换方法近似处理方法严格处理方法Definition of ElevationElevation Z =zp•Pz = 0 Mean Sea level = GeoidLand SurfaceElevation is measured from the Geoidq近似性主要表现在高斯-克吕格投影坐标不是严格的空间直角坐标摄影测量坐标系与大地坐标系转换q近似处理方法思路直接在（Xt，Yt，h）和（Xp，Yp，Zp）之间进行转换。
前提是对于局部小范围内，把摄影测量坐标与高斯-克吕格投影坐标的基准面都当成是水平的摄影测量XY平面地图投影基准面摄影测量坐。