坐标转换的几个概念

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下面看几个概念：­
1、地球椭球体（Ellipsoid，Spheroid）­
2、大地基准面（ Geodetic datum）­
3、地理坐标系统（Geographic Coordinate System）­
4、投影坐标系统（ Projected Coordinate System）­
其中，地理坐标系统包含地球椭球体和大地基准面，即3包含1和2；­
地球椭球体包含所选椭球的长半轴、短半轴和扁率。­
投影坐标系统包含所需的投影方式（常用的投影有高斯－克吕投影Gauss Kruger简称GK和墨卡托投影Mecator），即东伪偏移量、北伪偏移量、中央子午线、尺度、纬度原点和米单位等。­
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上面提到的这些信息都是已知的或者包含在文件中，之所以需要转换参数，是因为大地基准面未知，它包含的信息就是转换参数，有了转换参数才能实行不同坐标系之间的转换。­
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常用的坐标转换使用的是布尔莎7参数法：­
1、DX－－X轴偏移量­
2、DY－－Y轴偏移量­
3、DZ－－Z轴偏移量­
4、WX－－X轴旋转角度­
5、WY－－Y轴旋转角度­
6、WZ－－Z轴旋转角度­
7、K－－尺度­
其他三参数、四参数等都可以由7参数演变而来。三参数和四参数都不涉及角度旋转问题。­
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几种常用坐标系统：­
1、大地坐标系（ArcGIS里称为地理坐标系），也即常说的经纬度坐标系，表示方法（B,L,H），B=经度，L=纬度，H=海拔­
2、空间直角坐标系统，表示方法（X,Y,Z），电子地图很少用这种坐标系统表示­
3、平面直角坐标系统，表示方法（X,Y,H）­
由于1和3多用于二维电子地图，多用两位来表示坐标，即（B,L)和（X,Y)，H可以作为要素的一个属性字段来表示­
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下面重点看大地坐标系和平面直角坐标系。这两种坐标系有什么区别呢？大地坐标系（即经纬度坐标系）只包含地理坐标系；而平面直角坐标系既包含地理坐标系也包含投影坐标系。所以，如果只是大地坐标系之间相互转换，就不涉及到投影变换。­
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大地坐标系之间相互转换分2种情况：­
1、参考椭球体相同，大地基准面不同­
2、参考椭球体不同，大地基准面也不同­
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对于第一种情况，因为所选椭球相同，所以椭球圆心是一致的，只是椭球的大小不同而已，即尺度不一样，理论上是只涉及到一个参数（尺度），又因为起始点可能不一样，所以会有偏移，转换需要四个参数（DX、DY、DZ、K）。­
对于第二种情况，球心和基准面都不同，需用7参数法来转换。­
没有涉及投影变换的转换，ArcTool或其他转换工具可以直接实现转换，不用另外计算参数。­
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大地坐标系转换到平面直角坐标系分3种情况：­
1、参考椭球体相同，大地基准面相同­
2、参考椭球体相同，大地基准面不同­
3、参考椭球体不同，大地基准面不同­
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因为平面直角坐标系涉及到投影变换，需用到投影参数。大地坐标系与平面直角坐标系之间的转换是先将大地坐标转换到空间直角坐标，最后再转换到平面直角坐标，可以参考下图。­
对于第一种情况，只需要投影参数即可转换，例如北京54经纬度转换到北京54平面直角坐标，不需要另外提供转换参数；­
对于第二种情况，除了投影参数外还需要4个转换参数。参数需提供或根据2个已知点计算；­
对于第三种情况，就需要投影参数和7个转换参数。参数需提供或根据3个已知点计算。­


下面谈谈参数的计算方法。­
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1、三参数－－1个已知点­
2、四参数－－2个已知点­
3、7参数－－3个已知点参数的计算可以使用坐标转换工具COORD.EXE。具体使用见工具帮助­
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总结：转换数据前先分析源数据的坐标系统信息，再针对情况是否需要投影参数和计算转换参数(投影参数一般是包含在文件中的），最后实现转换。­

dcg2008

真是好东西，谢谢。

zgm302

介绍的很详细

快乐天天

不太懂呀

baimadundu

好啊，学习啊   ！！！！！！

yaya5118520

这个看上去有些迷糊，和我们转换不太一样，不过，还是很感谢楼主，拿出来和大家分享

601123

看哈。。。。常用到的。。。[s:206] [s:206] [s:206] [s:206]

sh8163

不错的东西

lhlwh

学习了。谢谢了。

heart

    随着GPS越来越广泛的使用，其精度要求也越来越高，坐标系之间的转换的重要性日趋明显，甚至于许多项目的成败完全取决于坐标的转换和转换精度。在不同坐标系的导航系统相同工作的环境下，在需要高精度位置信息的领域和地区，为避免不同坐标系误差带来的不利影响，为获得高性能的综合效果，必须将它们的坐标系统一起来。

    由于GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著优点，已成功地应用于大地测量、工程测量、车辆导航、航海导航等领域。GPS 系统采用的是WGS-84 坐标系，而我国目前常用的两个坐标系是1954年北京坐标系(简称“BJ-54” )和1980年国家大地坐标系（简称“80坐标系”），两类坐标不但坐标原点不一致，而且各坐标轴之间相互不平行。所以，在实际应用中，就必须将它们转换到同一坐标系内。

   GPS属于地心坐标系。而我国的BJ-54，80坐标系都属于参心坐标系。它们都含有大地坐标和空间直角坐标等表达方式，因此，坐标变换既含有同一坐标系内大地坐标与空间直角坐标之间的转换，也包含了两个不同坐标系的大地坐标之间转换、空间直角坐标之间的转换以及大地坐标与空间直角坐标之间转换。

    WGS-84坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH 1984.0定义的协定地球极(CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z, X轴构成右手坐标系。

    BJ-54坐标系采用克拉索夫斯基椭球作为参考椭球体[[ii]。点位坐标是通过联测点而推算的，以黄海平均海水面作为基准，其长半轴 =6378245m，扁率 =1/298.3。1980年国家大地坐标系是针对1954年北京坐标系的诸多不足，在此基础上建立的一种适合中国地形情况的大地坐标系，大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇，地球椭球短轴Z轴平行于由地球质心指向1968.0地极原点(JYD)方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面，X 轴在大地起始子午面内与Z 轴垂直指向经度零方向；Y 轴与Z，X 轴成右手坐标系。采用IUGG1975年推荐的椭球参数， 6378140米， l/298.257，高程仍采用1956年黄海高程系。总的来说,54坐标系与80坐标系均属参心坐标系。54坐标系和80坐标系的最大特点是短距离精度较高、密度大,使用时间长。它们在国民经济和社会发展中正发挥着重要作用[[iii]。其应用范围也十分广泛。

   对于我国这样的发展中国家，目前用以测图及工程规划、设计以及军事用途的大地控制点仍以常规地面测量控制点为主。这些地面测量控制点一般又都是基于54北京坐标系或80坐标系。于是为了将不同大地网统一于同一坐标基准，局部地区常采用相似变换模型，如Bursa模型、Molodensky模型和Veis模型[1]。相似变换模型一般含3个平移参数,3个旋转参数和1个尺度参数。由若干个(一般多于3个)公共点坐标求得上述7个转换参数后即可进行不同坐标系的转换。

    由于坐标系统间的差异主要来自于坐标系统的定义差，即原点位置、坐标轴向的定向和尺度的定义差，考虑坐标转换时应优先考虑坐标系统定义差异的转换，文献[[iv]提出，首先进行不同坐标系的相似变换；在相似变换的基础上，再考虑对剩余误差进行拟合，使精度较低的坐标点符合于精度较高的坐标系统的框架点坐标，使统一后的坐标系框架点坐标具有较好的一致性。结果表明，该方法能有效地顾及经典大地网的局部变形和累积误差，使统一后的坐标框架点坐标具有较好的一致性。

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朱华统，杨元喜，吕志平. GPS坐标系统的转换[M].北京:测绘出版社，1994.
1-69.

[ii]徐绍铨、张华海、杨志强等，GPS测量原理及应用，武汉：武汉大学出版社，2003.1，16-21.

[iii]
郭海容，杨元喜，焦文海.地心运动时间序列的抗差谱分析[J].测绘学报，2003，32（4）：308-312.

[iv] YANG Y，XU Y.Combined Method of Datum Transformation between Different Coordinate systems[J].Geo-spatial Information Science,2002,5(4):5-9