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常用坐标转换方法

常用坐标转换方法. 中国测绘科学研究院 成英燕 2013 年 7 月 6 日. 一. 三. 坐标系及框架. 常用坐标系之间的转换. 二. 四. 框架间的关系与比较. 转换模型及适用范围. 五. 框架转换实例. 内 容. 一. 三. 常用坐标系之间的转换. 二. 四. 框架间的关系与比较. 转换模型及适用范围. 五. 框架转换实例. 内 容. 坐标系及框架. 常用坐标系及坐标框架. 参心系 地心坐标系. 1954 年北京坐标系 1980 西安坐标系 地方独立坐标系. 坐标系实现 框架. ITRS WGS84

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常用坐标转换方法

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Presentation Transcript

  1. 常用坐标转换方法 中国测绘科学研究院 成英燕 2013年7月6日

  2. 一 三 坐标系及框架 常用坐标系之间的转换 二 四 框架间的关系与比较 转换模型及适用范围 五 框架转换实例 内 容

  3. 一 三 常用坐标系之间的转换 二 四 框架间的关系与比较 转换模型及适用范围 五 框架转换实例 内 容 坐标系及框架

  4. 常用坐标系及坐标框架 • 参心系 • 地心坐标系 1954年北京坐标系 1980西安坐标系 地方独立坐标系 坐标系实现 框架 ITRS WGS84 CGCS2000 ITRF88-ITRF2008 WGS84（G730）（G873)（G1150)

  5. 参考椭球 大地水准面 全球一致的总椭球 地球为椭球

  6. Local area of interest Local ellipsoid Geoid Northing Easting 参心坐标系 • 原点与轴指向由给定点定义 • 基于国家或局部参考椭球 • 在国家内部进行平差 • 参考系为水平坐标系

  7. 全球椭球 大地水准面 地心坐标系 • 原点 • 地球质量中心 • Z-轴 • 地球平均旋转轴 • X-轴 • 平均格林尼治子午面, 垂直于Z轴 平均旋转轴 平均格林尼治子午面 P (X, Y, Z) 格林尼治 O 平均赤道面

  8. 各基准的参数比较

  9. 国际地球参考架 （ITRF） 国际地球参考架 (ITRF)是IERS (International Earth Rotation Service)制定，由全球数百个SLR、VLBI和GPS站所构成 –IGS精密星历 –Z轴指向CIO，利用SLR、VLBI和GPS等 技术维持. –提供站坐标及速度场信息 历元

  10. 一 三 坐标系及框架 常用坐标系之间的转换 四 二 转换模型及适用范围 框架间的关系与比较 五 框架转换实例 内 容

  11. WGS-84与ITRF的关系 精化后差别越来越小，最新实现差别在毫米量级

  12. 地心坐标系之间的关系比较 CGCS2000 从定义上 • CGCS2000与WGS 84是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。 • 参考椭球非常相近，在4个椭球常数ａ、ｆ、GM、ω中，唯有扁率ｆ有微小差异： CGCS2000与WGS 84的比较

  13. 地心坐标系之间的关系比较 CGCS2000 大地纬度B、大地经度L、大地高H的变化: CGCS2000与WGS 84的比较

  14. 地心坐标系之间的关系比较 CGCS2000 １）df不引起大地经度变化； ２）df引起大地纬度的变化范围为0～0.105mm； ３）df引起大地高的变化范围为0～0.105mm； 在当前的测量精度水平,即坐标测量精度1mm，由两个坐标系的参考椭球的扁率差异引起同一点在WGS 84和CGCS2000坐标系内的坐标变化可以忽略。 结论:CGCS2000和WGS 84（G1150）在坐标系的实现精度范围内，两者的坐标是一致的。 CGCS2000与WGS 84的比较

  15. 地心坐标系之间的关系比较 CGCS2000 • 框架实现上 • 2000国家大地坐标系是通过2000国家GPS大地控制网的ITRF97、2000历元下坐标（和速度）实现的，实现精度为3cm。 • WGS84（G873）是通过12个跟踪站（5个空军站和7个NIMA站）的ITRF94坐标（和速度）实现的，实现精度为 5cm。 • 如果忽略ITRF97和ITRF94之间的微小差异及历元差异，CGCS2 000和WGS84（G873）应该符合在±6cm 以内。 CGCS2000与WGS 84的比较

  16. 地心坐标系之间的关系比较 CGCS2000 相同历元不同框架坐标比较，以武汉为例 CGCS2000与WGS 84的比较 结论：不同框架在在同一历元下的点位坐标差异一般在3～5cm。

  17. 一 三 坐标系及框架 二 四 框架间的关系与比较 转换模型及适用范围 五 框架转换实例 内 容 常用坐标系之间的转换

  18. 常用坐标系之间的转换 • 参心系之间的转换 • 参心系与地心坐标系之间的转换 • 地心系之间的转换

  19. 椭球面上的转换-三维七参数坐标转换模型

  20. 椭球面上的转换-二维七参数转换模型 用于大地高的精度较低的转换

  21. 三维四参数转换 若不考虑两者尺度的差异 只顾及两个坐标系原点及起始定向的差异 进行空间坐标转换时这4个参数可以是3个坐标平移参数和1个旋转参数

  22. 平面四参数转换模型

  23. 平面相似变换模型 • 考虑两个方向不同尺度Sx，Sy

  24. 两个坐标系三个平移参数、三个旋转参数、一个尺度参数两个坐标系三个平移参数、三个旋转参数、一个尺度参数 国家大地坐标系之间及与国际上坐标系之间的转换 布尔莎七参数模型

  25. 布尔莎七参数模型

  26. 转换模型

  27. ITRF框架间的相互转换 框架转换步骤 • 框架转换关系建立 • 进行板块运动改正 • 进行框架点坐标计算

  28. ITRF框架相互转换 • 第一步:框架转换关系建立 若已给定转换参数P，任一历元t的坐标值可从下式中得到 t0是表中指定的历元，t为需转到的目标历元,P’为参数的速率

  29. 框架转换关系 从ITRF2000转换到以前框架的转换参数与速率（历元1998. 0）

  30. ITRF框架相互转换 • 具体的公式为

  31. ITRF框架相互转换 第二步:考虑板块运动 第三步:进行框架点坐标计算 X,Y,Z为在ITRF2000中的坐标，XS,YS,ZS为其它框架中的坐标

  32. 2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换 • 首先按已公布的ITRF框架之间的转换关系由参考历元转换到2000.0历元。 例如:将ITRF2005坐标转换关系转换为ITRF97，2000历元 ITRF2005->ITRF97= ITRF2005->ITRF2000+ ITRF2000->ITRF97

  33. 2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换 • 根据测站本身在预转换框架中的速率值及框架本身的变化速率代入公式，转换参数的变化率看作年变率，计算得到测站的实际变化速率。

  34. 2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换 按计算得到的框架之间的转换关系转换 得到CGCS2000的坐标

  35. 一 三 坐标系及框架 常用坐标系之间的转换 二 四 框架间的关系与比较 五 框架转换实例 内 容 转换模型及适用范围

  36. 四、坐标转换模型及适用范围 Bursa 七参数 三维 四参数 平面 三参数 四参数 七参数 椭球面

  37. 范围与模型选择 二维七参数转换模型 三维四参数转换模型 平面四参数转换模型 多项式回归 模型 全国 及省级 省级以下 相对独立的平面坐标系统与CGCS2000的联系 四、坐标转换模型及适用范围

  38. 一 三 坐标系及框架 常用坐标系之间的转换 二 四 框架间的关系与比较 转换模型及适用范围 五 内 容 框架转换实例

  39. 五、ITRF框架转换实例 观测时间：2009年5月10至12日 数据处理： GAMIT/GLOBK对观测数据进行处理及平差。 坐标框架及历元：ITRF2005、 历元:2009.085 （河北CORS网）

  40. 输入文件：预转换站点坐标文件 五、ITRF框架转换实例

  41. 输出转换后的坐标文件 五、ITRF框架转换实例

  42. 谢 谢！

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