建立地方独立坐标系的一般方法
摘要:本文介绍了建立一个地方独立坐标系的一些基本方法。
关键词:地方独立坐标系椭球高斯投影中央子午线变形随着社会经济的迅速发展,城乡建设的日新月异。城乡的基础测绘的更新已变得尤为关键。测绘事业为城乡的发展和规划提供了最为详尽的基础信息。随着我国的1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家大地坐标系的相继使用之后其范围已经覆盖到了我国的所有区域。成为我国最为基础的测绘基本坐标系。我们在城乡或工程建设布置控制网、大比例测图、工程放样时,国家基础坐标系是无法满足这些要求的。这是因为国家基础坐标系每个投影带都是按一定的间隔(60或30)划分,由西向东有规律地分布,其中央子午线不大可能刚好落在每个城乡和工程建设地区的中央。再者国家坐标系的高程归化面是参考椭球面,各地区的地面位置与参考椭球面都有一定的高差,这将产生高斯投影变形和高程归化变形,经过这两项变形后的长度不可能与实测的长度相等。因此我们有必要通过采用自选的中央子午线,自选的计算基准面来建立地方独立平面坐标。
1 建立地方坐标系的影响因素
当我们在一个椭球面上布设一个测边、测角的控制网,并将其投影到高斯平面上时,我们还需完成的工作包括方向改正、距离改正和大地方位角化算为坐标方位角等三项内容。因为方向改正、方位角化
RTK测量中独立坐标系的建立 向垂规 （红河州水利水电勘察设计研究院） 摘要：介绍GPS-RTK测量中WGS-84大地坐标系与独立坐标系转换的方法及南方测绘工程之星数据处理中坐标转换的方法，同时结合工程实例予以验证。关键词：GPS-RTK测量；WGS-84大地坐标系；独立坐标系；坐标转换 1 引言 在水利工程测量中，多数情况下工程所处位置地形复杂，交通不便，通视条件较差，采用以经纬仪、全站仪测量为代表的常规测量常常效率低下。随着GPS-RTK测量系统的使用，由于它具有观测速度快，定位精度高，经济效益高等特点，现在我院多数水利工程测量都是采用RTK测量技术来完成。对于GPS-RTK系统来说，由于它采用的是WGS-84固心坐标系，而在实际工程应用中，由于顾及长度变形、高程异常等影响而采用独立坐标系，这就需要将RTK 测量采集的数据在两坐标系中进行转换。 2 国家坐标系及独立坐标系的建立 2.1 国家坐标系的建立 在我国，由于历史原因先后采用不同的参考椭球体和大地起算数据而形成多个国家坐标系，主要国家坐标系有1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家坐标系和WGS-84坐标系。前两个是参心坐标系，后两个是固心坐标系。由于他们采用不同的椭球体参数，所以地面上同一个点在不同的坐标系中有不同的坐标值。 国家坐标系的主要作用是在全国建立一个统一的平面和高程基准，为发展国民经济、空间技术及国防建设提供技术支撑，也为防灾、减灾、环境监测及当代地球科学研究提供基础资料。 2.2 独立坐标系的建立
在工程应用中，由于起算数据收集困难、测区远离中央子午线及满足特殊要求等诸多原因，如在水利工程测量中，常要测定或放样水工建筑物的精确位置，要计算料场的土石方贮量和水库的库容。规范要求投影长度变形不大于一定的值（如《工程测量规范》为2.5cm/km,《水利水电工程测量规范（规范设计阶段）》为5.0cm/km）。如果采用国家坐标系统在许多情况下（如高海拔地区、离中央子午线较远地方等）不能满足这一要求，这就要求建立地方独立坐标系。 在常规测量中，这种独立坐标系只是一种高斯平面直角坐标系，而在采用GPS-RTK采集数据时，独立坐标系就是一种不同于国家坐标系的参心坐标系。 跟国家坐标系一样，建立独立坐标要确定的主要元素有：坐标系的起算数据、中央子午线、参考椭球体参数及投影面高程等。对于起算数据，可以采用国家坐标系的坐标和方位角或任意假设坐标和方位角。在RTK测量中，我们常采用基线的某一端点的单点定位解作为起点，然后以另一点定向，用测距仪测出基线边长，经改正后算出基线端点的坐标；中央子午线常采用测区中央的子午线；投影面常采用测区的平均高程面。参考椭球体一般是基于原来的参考椭球体做某种改动，使改变后的参考椭球面与投影面拟合最好，投影变形可以减到最小，也便于与国家坐标系统进行换算。 3 坐标系的转换 GPS-RTK接收机采集的坐标数据是基于WGS-84椭球下的大地坐标，而我们经常使用的独立坐标系是基于某种局部椭球体下的平面直角坐标，这两种坐标是不同坐标基准下的两种表现形式。利用WGS-84下的大地坐标来推求独立坐标系中的平面直角坐标，必然要求得两坐标系之间转换参数。求取转换参数的基本思路是利用两坐标系中必要个数的公共点，根据相应的椭球参数及中央子午线采用最小二乘法严密平差解算转换参数，具体操作是由转换模型把不同坐标基准下的坐标转换为同基准下的不同坐标形式，再进行同基准下不同坐标形式的转换，
R T K测量中独立坐标系的建立 RTK测量中独立坐标系的建立 摘要：介绍GPS-RTK测量中WGS-84大地坐标系与独立坐标系转换的方法及南方测绘工程之星数据处理中坐标转换的方法，同时结合工程实例予以验证。 关键词：GPS-RTK测量；WGS-84大地坐标系；独立坐标系；坐标转换 1 引言 在水利工程测量中，多数情况下工程所处位置地形复杂，交通不便，通视条件较差，采用以经纬仪、全站仪测量为代表的常规测量常常效率低下。随着GPS-RTK测量系统的使用，由于它具有观测速度快，定位精度高，经济效益高等特点，现在我院多数水利工程测量都是采用RTK测量技术来完成。对于GPS-RTK系统来说，由于它采用的是WGS-84固心坐标系，而在实际工程应用中，由于顾及长度变形、高程异常等影响而采用独立坐标系，这就需要将RTK测量采集的数据在两坐标系中进行转换。 2 国家坐标系及独立坐标系的建立 2.1 国家坐标系的建立 在我国，由于历史原因先后采用不同的参考椭球体和大地起算数据而形成多个国家坐标系，主要国家坐标系有1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家坐标系和WGS-84坐标系。前两个是参心坐标系，后两个是固心坐标系。由于他们采用不同的椭球体参数，所以地面上同一个点在不同的坐标系中有不同的坐标值。 国家坐标系的主要作用是在全国建立一个统一的平面和高程基准，为发展国民经济、空间技术及国防建设提供技术支撑，也为防灾、减灾、环境监测及当代地球科学研究提供基础资料。 2.2 独立坐标系的建立
在工程应用中，由于起算数据收集困难、测区远离中央子午线及满足特殊要求等诸多原因，如在水利工程测量中，常要测定或放样水工建筑物的精确位置，要计算料场的土石方贮量和水库的库容。规范要求投影长度变形不大于一定的值（如《工程测量规范》为2.5cm/km,《水利水电工程测量规范（规范设计阶段）》为5.0cm/km）。如果采用国家坐标系统在许多情况下（如高海拔地区、离中央子午线较远地方等）不能满足这一要求，这就要求建立地方独立坐标系。 在常规测量中，这种独立坐标系只是一种高斯平面直角坐标系，而在采用GPS-RTK采集数据时，独立坐标系就是一种不同于国家坐标系的参心坐标系。 跟国家坐标系一样，建立独立坐标要确定的主要元素有：坐标系的起算数据、中央子午线、参考椭球体参数及投影面高程等。对于起算数据，可以采用国家坐标系的坐标和方位角或任意假设坐标和方位角。在RTK测量中，我们常采用基线的某一端点的单点定位解作为起点，然后以另一点定向，用测距仪测出基线边长，经改正后算出基线端点的坐标；中央子午线常采用测区中央的子午线；投影面常采用测区的平均高程面。参考椭球体一般是基于原来的参考椭球体做某种改动，使改变后的参考椭球面与投影面拟合最好，投影变形可以减到最小，也便于与国家坐标系统进行换算。 3 坐标系的转换 GPS-RTK接收机采集的坐标数据是基于WGS-84椭球下的大地坐标，而我们经常使用的独立坐标系是基于某种局部椭球体下的平面直角坐标，这两种坐标是不同坐标基准下的两种表现形式。利用WGS-84下的大地坐标来推求独立坐标系中的平面直角坐标，必然要求得两坐标系之间转换参数。求取转换参数的基本思路是利用两坐标系中必要个数的公共点，根据相应的椭球参数及中央子午线采用最小二乘法严密平差解算转换参数，具体操作是由转换模型把不同坐标基准下的坐标转换为同基准下的不同坐标形式，再进行同基准下不同坐标形式的转换，从而得到所要的独立坐标系中的平面直角坐标。转换的难点是WGS-84椭球与独立坐标系局部椭球的变换。 3.1 常用的坐标转换方法
工程独立坐标系的建立 摘要：在工程建设地区布设测量控制网时，其成果不仅要满足大比例尺地形图测图的需要，还要满足一般工程放样的需要。施工放样时要求控制网中两点的实测长度与由坐标反算的长度应尽可 能相符，而采用国家坐标系其坐标成果大多数情况下是无法满足这些要求的。本文主要阐述了工程独立坐标系的建立方法，通过在乾县和靖边供水工程可研阶段测量中的应用，得出了一些有益的结论和建议。 关键词：国家坐标系，独立坐标系，中央子午线，抵偿高程面abstract: in the engineering construction area layout measure control network, its results not only meets the large scale topographic map surveying the need, but also meet the needs of the general projects layout. when construction lofting requirements in the two control net by the length and the length of the coordinates should as far as possible and is consistent with national coordinate system and the coordinate results in most cases is unable to meet these requirements. this paper mainly expounds the methods to set up the independent coordinate system engineering, through in situations water supply project of qian county and feasibility study stage of the application of the measurement and draw some useful conclusions and suggestions.
国家坐标系与地方独立坐标系坐标转换方法与计算 作者姓名：岳雪荣 学号： 20142202001 系(院)、专业：建筑工程学院、测绘工程14-1 2016 年 6 月 6 日
国家坐标系与地方独立坐标系坐标转换方法与计算 （建筑工程学院14测绘工程专业） 摘要 随着我国经济的发展的突飞猛进，对测量精度要求的建设也越来越高，就是以便满足实际运行要求。但在一些城市或大型工程建设中可能刚好在两个投影带的交界处，布设控制网时如果按照标准的3度或者1.5度带投影，投影变形会非常大，给施工作业带来不便，此时需要建立地方独立坐标系。认识国家坐标系的转换和地方独立坐标系统有一定的现实意义，如何实现两者的换算，一直是关注的工程建设中的热点问题。因此，完成工程测量领域国家坐标定位成果与地方独立坐标成果的转换问题，以适应城市化和实际工程的需要。 关键词：国家坐标；独立坐标；坐标转换
目录 1绪论 1.1背景和意义 1.2主要内容 1.3解决思路和方法 2 建立独立坐标系的方法3 2.1常用坐标系统的方法介绍 2.2确定独立坐标系的三大要素9 2.3减少长度变形的方法10 2.4建立独立坐标系的意义12 3 国家坐标系与地方坐标系的坐标转换13 3.1常用坐标系的坐标转换模型13 3.2投影面与中央子午线及椭球参数的确定14 3.3国家坐标与地方坐标的转换思路15 4算例分析17 结论20 参考文献错误!未定义书签。
1绪论 1.1背景和意义 随着社会的经济快速发展，尤其是近十多年来空间测量技术突飞猛进，得到了长足的发展，其精度也大幅提高。从测量的发展史来看，从简单到复杂，从人工操作到测量自动化、一体化，从常规精度测量到高精度测量，促使大地坐标系有参心坐标系到大地坐标系的转化和应用。大地测量工作已有传统的二维平面坐标向三位立体空间坐标转化，逐步形成四维空间坐标系统。 在测绘中，地方独立坐标系和国家坐标系为平面坐标系的两种坐标系统。对于工程测量和城市建设过程，建设区域不可能都有合适的投影子午线，势必可能有所差异，这样一来作业区域的高程和坐标或者是工程关键区域的高程和坐标能够与国家大地基准的参考椭球有较大的出入，在这种情况下，根据不同的投影区国家坐标系统，可能就会出现投影变形导致严重错误。建立地方独立坐标系统来降低高程归化影响和是归化投影变形，误差控制在一个小范围的数据计算和实际大致相符，不需要任何修改，从而可以满足工程建设和实际应用。 就当前而言，测量工作重要的触及应用三种常用的大地坐标系统，即为地方独立坐标系，地心坐标系，参心坐标系 [1]。地心坐标系：以地球质心为根据建立的坐标系，包括CGCS2000国家大地坐标系，GPS平差后的WGS-84坐标系等。参心坐标系：参心坐标系是以参考椭球为基准的大地坐标系，包括54北京坐标系和80西安坐标系等。独立坐标系：以自己情况而定的独立坐标，采用新椭球，投影到高斯平面上，计算参数，在结合相关数据解算得到，如城市建设坐标系。它们统称为地固坐标系统。有机结合在一起对于整个坐标系统来说具有很大的应用价值，解决了实际生活中各种的工程测量问题，如土地申报工程，矿产调查工程，全国土地调查工程等等。根据现在的经济建设情况，我们应该结合实际，展开建立国家大地坐标与地方独立坐标的研究工作是非常必要的。这一点也是目前需要解决的问题。 为了更方面的需求和发展，也使得更好地创建国家坐标系与地方独立坐标系的关系。在这里引入了”GPS坐标”这个概念。在这里我们用以工程测量，成为大型工程建设控制网和城建控制网的主要手段。基以GPS坐标系建立的精度高的独立坐标系，将方便于GPS较高精确的、高效的获取城建坐标和高程需求，有利于GPS与GIS的有机结合，进一步提升城市的综合能力，加速城市的现代化建设，对工程建设具有巨大的辅助作用[2]。根据GPS坐标系建立的地方独立坐标系是未来的希望。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0a13409934.html, 工程独立坐标系的建立与统一 作者：卢自来 来源：《中国新技术新产品》2015年第21期 摘要：本文论述了工程测量为什么要建立工程独立坐标系，工程独立坐标系中高程投影 变形和高斯平面投影变形的综合影响，有时需要建立多个工程独立坐标系，在这里浅谈一下工程独立坐标系的统一问题。 关键词：工程测量；工程独立坐标系；投影变形；统一 中图分类号：P223 文献标识码：A 众所周知，国家坐标系的中央子午线为固定的几条经线（3°带的中央经线为3N，6°带的 中央经线为6N-3，N为国家坐标系的带号）。高程投影为0m。工程独立坐标系的中央子午线一般选用测区平均经度，高程投影面一般选用测区的平均高程面。而国家坐标系的中央子午线则往往偏离测区平均经度较远，不能满足要求。因此工程建设必须建立工程独立坐标系，对于一些较大的工程，由于经度跨度较大以及高差较大，一个独立坐标系也不能满足要求，有时需要建立多个工程独立坐标系，而业主为了施工方便，又要求把几个工程独立坐标系统一到一个工程独立坐标系下，这里又牵涉到工程独立坐标系的统一问题。 一、高斯平面投影变形的影响 根据高斯投影原理，高斯平面上长度投影变形的大小与距离中央子午线的横坐标值密切相关。计算公式为： 式中： -长度相对误差； y-边两端点的平均横坐标值； R-为地球曲率半径。 由坐标换带计算可算得不同投影带边缘的横坐标值，并由上式计算出长度投影变形值（边缘距中央子午线的距离以纬度32°为基础）。 由表1可以看出，为了限制投影变形值，工程测量不能简单的使用国家3度带和6度带的国家坐标系，因为工程测量一般要求投影变形不大于1/40000。为使投影变形不大于1/40000，按照上面公式反算，工程独立坐标系的带宽应为45101米，即57′。
1.2大地测量学的作用 ?大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用。 ?大地测量学在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊作用。 ?大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。 ?在地球科学中的地位。 2.3.3 地方独立坐标系 在城市测量和工程测量中，若直接在国家坐标系中建立控制网，有时会使地面长度的投影变形较大，难以满足实际或工程上的需要。为此，往往需要建立地方独立坐标系。 在常规测量中，这种地方独立坐标系一般只是一种高斯平面坐标系，也可以说是一种不同于国家坐标系的参心坐标系[7]。 建立地方独立坐标系，就是要确立坐标系的一些有关的元素，并根据这些元素和地面观测值求定各点在该坐标系中的坐标值。 (1)独立坐标系的中央子午线： 确定地方独立坐标系的中央子午线一般有三种情况： ①尽量取国家坐标系三度带的中央子午线作为它的中央子午线； ②当测区离三度带中央子午线较远时，应取过测区中心的经线或取过某个起算点的经线作为中央子午线； ③若已有的地方独立坐标系没有明确给定中央子午线，则应该根据实际情况进行分析，找出该地方独立坐标系的中央子午线。 (2)起算点坐标[8]： 一般有以下几种情况： ①以某些在国家坐标系中的坐标为起算点坐标，如果中央子午线不同，可以通过 换带计算求得； 参数名称数值 地球椭球扁率f = 1/ 298.257 赤道上的正常重力= 978.032 ×10?2ms? 2 e γ 极点的正常重力= 983.212×10?2ms ?2 p γ 正常重力公式中的系数0.005302, 0.0000058 1 β= β= ? 正常椭球面上的重力位2 20 U = 62636830m s ? 2 地球椭球与坐标系之基本理论 ②直接以某些点在国家坐标系中的坐标为任意带独立坐标系中的起算点坐标； ③将起算点坐标取为某个特定值。例如取为：xk= 0，yk=0。 (3)坐标方位角： ①以两个点在国家坐标系中的坐标方位角为起始方位角；当采用任意带时，一般 是先将这两个点的坐标通过换带计算求得它们的任意带的坐标值，然后反算得到起算方位角； ②测定两点的天文方位角作起算方位角；
地方独立坐标系的建立 2006年第2期地方独立坐标系的建立43 地方独立坐标系的建立 张胜利 (水利部陕西水利电力勘测设计研究院测绘总队陕西西安710002) 摘要坐标系统是所有测量工作的基础,它影响到测量成果的正确性和可靠性,对 于不同的测量工作选择恰当的独立坐标系能保证工程项目顺利实施.本文介绍了建 立独立坐标系的几种方法,并对其优缺点进行分析. 关键词独立坐标系;高斯投影;抵偿高程面;高程归化面 1引言 在工程建设地区布设测量控制网时,其成果不仅要满足大比例尺地形图测图的需要,还要 满足一般工程放样的需要.施工放样时要求控制网中两点的实测长度与由坐标返算的长度应 尽可能相符,而采用国家坐标系其坐标成果大多数情况下是无法满足这些要求的,这是因为国 家坐标系每个投影带都是按一定间隔(6.或3.)划分,其高程归化面为参考椭球面,工程建设所
在地区不可能正好落在国家坐标系某一投影带中央附近,其地面位置也与参考椭球面有一定 距离,这两项将产生高程归化改正和高斯投影变形改正,经过这两项改正后的长度不可能与实 测长度相等. 《工程测量规范》(GB5oo26--93)规定:平面控制网的坐标系统,应满足测区内高程归化改 正和高斯投影变形改正之代数和(即投影长度变形值)不大于2.5cm/km,即相对误差小于1/4 万.当测区的国家坐标系不能满足这一规定时,就要建立地方独立坐标系以减小投影长度变 形产生的影响,将它们的影响控制在微小的范围内,使计算出的长度在实际利用时不需作任何 改算. 2高程归化改正与高斯投影变形改化的计算 地面观测边长的归算可分为高程归化和高斯投影长度改化,其计算公式如下: (1)地面观测边长归算到参考椭球面上的长度归算公式 S—D十,:一—DH=(1) 式中:S——归化到参考椭球圆上的长度; D——地面上的观测长度; ——
浅谈2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转换 摘要：大约在十年前，我国的国家级和省级的基础地理信息数据已经初步通过2000国家大地坐标系，然而通过国家坐标系统，在一些离中央子午线较远或者海拔较高的地区无法达到相关要求，这就需要将地方独立坐标系建立起来。本文对2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转化进行分析和研究，以供参考。 关键词：2000国家大地坐标系；地方独立坐标系；转换 1 2000国家大地坐标系与地方独立坐标系的建立 1.1 2000国家大地坐标系的建立 2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国进行实践的具体体现，其原点 主要是大地和海洋的质量中心，z轴是根据相关规定协议地级方向，x轴表示的是相关规定当中定义的协议赤道和子午面的交点，y轴是依照右手坐标系而建立起 来的，通过2000国家大地坐标系能够加强定位系统的精确性，广泛应用于各个 领域。 1.2地方独立坐标系的建立 在工程测量及城市测绘过程中如果通过国家坐标系来进行控制网的建设，往 往会出现地面长度投影变形量较大等问题，无法达到工程的实际操作需求，所以 一定要建立起与实际情况相适应的地方独立坐标系。地方独立坐标系的建立，主 要是为了让高程归化和投影形变的情况造成的误差缩小，通过地方独立坐标系的 建设可以保证达到所需要的精度，不会由于精度无法达到要求，而对工程建设产 生影响。 2 2000国家大地坐标系与地方独立坐标系转换的理论基础 某市在建设的过程中选取四参数转换模型，对坐标转换参数进行控制，把2000国家大地坐标系的成果向地方独立坐标系的成果进行转化。 2.1重合点选取 在坐标系选用的过程中，两个坐标系都有坐标成果控制点，在选择的过程中，主要原则是覆盖整个转换区域，要求精度较高，而且具有较高的等级，分布均匀。 2.2转换参数计算 首先通过转换模型和重合点的选择，对转换参数进行计算，将残差大于三倍 的误差重合点剔除，对坐标转换参数进行重新计算，直到符合精度要求为止，通 过最小二乘法来对参数进行计算。 2.3精度评定 坐标转换精度一般通过外符合精度来进行评定，根据计算参数转换参数的重 合点残差中误差来对坐标转换精度进行评估，如果残差小于三倍，那么其定位精 度符合要求，在计算的过程中，外部的检核点的误差公式为 3转换方法 坐标转换模型需要与地方控制点和城市数字地图的转化相结合，通常条件下 通过平面四参数模型进行转换，如果重合点比较多，可以通过多元回归模型来进 行控制，如果数字地图和相对独立的平面坐标系统控制点都是三维地心坐标的时候，可以通过Bursa七参数转换模型进行转换。在转换的过程中，需要控制误差 不超过0.05米，并且需要对重合点的选取原则进行明确，首先需要对地方控制点 的高精度控制点和计算点进行择优选择，在一般情况下，在大中城市至少需要保 证使用五个重合点，这些重合点需要均匀的分布，包含在城市的各个区域当中，
摘要】本文以公路测量为例，较详细地论述了在线路测量中应考虑的变形因素，以及解决变形的办法，详细地叙述了建立独立坐标系的作用及建立这种坐标系的六种方法，并介绍了因提高归化高程面而产生新椭球后的一些椭球常数的计算方法和步骤。此外，本文还对当路线跨越相邻投影带时，需要进行相邻带的坐标换算这一问题进行了阐述。 【关键字】独立坐标系高斯投影带抵偿高程面新椭球常数坐标转换归化高程面 线路控制测量中坐标系统的建立与统一方法 第一章概述 铁路、公路、架空送电线路以及输油管道等均属于线型工程，它们的中线统称线路。一条线路的勘测和设计工作，主要是根据国家的计划与自然地理条件，确定线路经济合理的位置。为达此目的，必须进行反复地实践和比较，才能凑效。 线路在勘测设计阶段进行的控制测量工作，称线路控制测量，在线路控制测量过程中，由于每条线路不可能距离较短,有的可能跨越一个带,二个带甚至更多,所以,在线路控制测量中,长度变形是一个不可避免的问题，但我们可以采取一些措施来使长度变形减弱，将长度变形根据施测的精度要求和测区所处的精度范围控
制在允许的范围之内。最有效的措施就是建立与测区相适应的坐标系统. 坐标系统是所有测量工作的基础.所有测量成果都是建立在其之上的,一个工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系统.这样既便于成果通用又不易出错.对于一条线路,如果长度变形超出允许的精度范围,我们将建立新的坐标系统加以控制.这就涉及到一个非常关键的问题,既,坐标系统的建立与统一.对于不同的情况,我们可以采用适应的方法尽可能建立统一的坐标系统,且使其长度变形在允许范围之内. 本文以公路控制测量为例，详细论述了线路控制测量中坐标系统的建立与统一方法. 第二章坐标系统的建立 当对一条线路进行控制测量时,首先应根据已有资料判断该测区是否属同一投影带和长度变形是否在允许范围之内.这样我们就可以判断是否需要建立新的坐标系统和怎样建立,下面对此进行详细讨论. §2.1 相对误差对变形的影响 与国家点联测的情况：
浅谈具有高程补偿面的独立坐标系在工程上的应用关键字：长度投影变形高程补偿面独立坐标系GPS基线 0 引言 某工程为石油管线带状地形图测量。为此需做一个带状地形控制网。用于带状地形图的绘制。其目的为以后施工建设提供控制依据，并为线路定测和中线放样提供依据。因测区地形多为山区。地形条件复杂，作业季节为盛夏，山区树林茂密，通视条件极差。为此，平面控制采用GPS测量，高程控制采用水准测量。由于平面控制网不仅要满足测图的需要，还要满足改扩建工程施工测量的要求，在进行GPS工程控制网坐标系的选择时，二者需同时兼顾。测区位于国家坐标系三度带边缘，且和国家控制点联测较为困难。本次工程对GPS工程控制网坐标系的选择和对短边GPS高程测量的精度分析得到结论，对工程控制网的建立有一定的借鉴作用。 1 长度投影变形来源 长度投影变形是在两个过程中产生的，我们知道，通过GPS采集测量数据必须通过高程归化平差，归化到参考椭球面上。在这过程中长度产生了高程归化投影变形。然后是由参考椭球体面上的长度投影到高斯平面上时产生了高斯投影长度变形。这样通过平差解算出的基线长度往往和实地量测长度值不同。这就是长度变形的来源。这时，必须人为加入长度变形改正数，为了避免在日常测绘工作中进行大量而繁琐的长度改正计算，必须对长度投影变形给予必要控制。 2 长度投影变形分析 由于该工程平面控制网不但作为大比例尺侧路的控制基础，还要满足后续改扩建工程施工放样测量的需要。为保证施工放样工作的顺利进行，要求由控制点坐标直接反算的边长与实地量得边长尽量相等，也就是说，由高程归算和高斯投影两项改正而带来的长度变形或者改正数，不得大于施工放样的精度要求。按《工程测量规范》要求，每公里长度改正数不大于2.5cm。 设地面实测边长归算到参考椭球面上的长度变形值为,则： = (1) 式中：为归算边高出参考椭球面的平均高程，S为归算边的长度，R为归算边方向参考椭球的法截线的曲率半径。由（1）式可知：的绝对值与成正比关系。当越大，越大。而与其他参数无关。当S=1km,=160m,=-2.5cm，即测区平均海拔超过160m,长度变形值每公里2.5cm。说明当测区平均海拔超过160m 时，若不采取解决办法。就不满足《工程测量规范》的要求。当为负值时，表明地标实测长度归算到参考椭球面上总是缩短的。
独立坐标系统的建立及与各坐标系间转换关系 摘要：根据某勘察设计、主桥下部结构施工及主桥上部结构施工各阶段对控制网控制范围及精度要求的不同，分别建立了桥梁工程独立坐标系、施工独立坐标系及桥轴坐标系。本文系统阐述了桥梁坐标系统建立的目的、应用及各坐标系间的转换关系，可为类似工程提供参考。 关键词：坐标系统；坐标转换；桥轴坐标系 本工程是三跨吊悬索桥，是某省境内开工建设的数座过河大桥之一。工程设计时速100 km/h，为双向六车道高速标准。桥位由南向北横跨大河，主桥为双塔三跨悬索桥，塔顶标高230.6m。于X年X月X日正式开工建设，现以建成通车。本文主要以此工程为背景，对大跨径悬索桥坐标系统的建立进行了研究和探讨。 1．工程独立坐标系 《工程测量规范》中对平面控制测量坐标系统有以下明确规定：平面控制网的坐标系统应满足在测区内投影长度变形值不大1/40000，即每公里长度变形不大于2.5cm。 对于高斯投影，设椭球体上边长投影至高斯平面长度变化值为，在选用坐标系中，对应边长两端点的平均横坐标偏离中央子午线距离为，则其近似关系式[1]为： (1) 式中：为地球曲率半径。 在勘察设计阶段，为使工程的勘察设计成果与国家控制网结合，满足国家整体规划，往往选择1954北京坐标系或1980国家坐标系作为勘察设计阶段的坐标系。若选取1954北京坐标系，其中央子午线为XXX°，本工程所在经度为XXX°XXX′XXX″，值约为110km，取R为6371km，S为1000m，则高斯投影长度变形为0.15m，远远超出《工程测量规范》（GB50026-2007）规定的平面控制网边长的投影长度变形2.5cm/km的要求；显然，1954北京坐标系不能满足工程勘察设计阶段对控制网精度的要求。 为了满足勘察阶段测量任务的需要，由设计单位申请后，建立工程独立坐标系，其参数为： ①椭球参数与1954北京坐标系相同，为克拉索夫斯基椭球； ②中央子午线经度为XXX°56′30″；
地方独立坐标系优化选择 王三虎，倪崇义 （中煤邯郸设计工程有限公司 邯郸市滏河北大街114号 056031） 摘要：根据《工程测量规范》的要求，测区内投影长度变形不大于2.5cm/km，因此测区选择规范、统一、合理的坐标系统十分重要。本文通过分析测区地理位置和平均高程，从不同角度阐述了选择独立坐标系统的方法，使投影后的长度与实际长度的差值限制在一个微小的范围内。 关键词：高程归化；高斯投影改正；投影面；投影带；高程抵偿面 0 概 述 测量工作是在自然地面进行，而地球的表面是高低起伏的不规则的复杂曲面，不能用简单的数字模型来表达。我们选用一个非常接近大地水准面，并可用数学模型来表示的参考椭球体，用各地的大地水准面对照参考椭球体的偏离来反映地球的真实形状。参考椭球体是不可展曲面，曲面上的数学关系也较复杂，为了使测绘和计算能在平面上进行，我们在保证变形(例如长度变形值不大于2.5cm/km)不影响实际使用的前提下，将椭球上的点、线、图形投影到平面上。投影的方法一般有等角投影、等面积投影和任意投影，等角投影也称正形投影，这种投影的方法可使小范围内的图形保持相似而广泛应用。高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名“等角横切椭圆柱投影”，是地球椭球面和平面间正形投影的一种，在我国大地测量和地形测量中普遍采用高斯投影。 1 投影面与投影带的选择原则 为了控制长度变形使其不大于测图误差，又要使带数不致过多以减少换带计算工作，据此原则将参考椭球体面沿子午线划分成经差相等的瓜瓣形地带，以便分带投影。我国通常使用平面控制网是把长度元素归化至参考椭球体面和采用的按经差6°带或3°带高斯平面直角坐标系。6°带以0°子午线算起，每6°为一带，第一带的中央子午线为东经3°；3°带以东经1°30′开始，每隔3°为一带，第一带的中央子午线为东经3°按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带，这是高斯投影中限制长度变形的最有效方法。 在任意高程面上进行的测量观测成果，必须先进行高程归化(长度元素归化至参考椭球体面)，然后投影到高斯平面。高程归化使实测长度发生变化，而投影是长度和角度都发生变形，高斯投影的角度变形相对来说是比较微小的，而主要是长度变形。根据《工程测量规范》的要求，测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km，因此在控制测量中，必须根据测区的地理位置和平均高程面，合理的选择投影面和投影带，把投影后的长度与实际长度的差值限制在一个微小的范围内，使图纸上量取的和坐标反算的边长与实地量测边长基本一致，在实际使用时不需要作任何改算，这样在进行矿区控制测量、大比例尺地形图和工程放样时，使起算数据能保持必要的实用精度和便于工作。 为了解决测区内投影变形，可以采用以下方法： ⑴ 抵偿投影面的高斯正形投影：通过选择合适的高程参考面，抵偿分带投影变形； ⑵ 任意带高斯正形投影：通过改变中央子午线作适当移动，抵偿由高程面的边长归算到参考椭球面上的投影变形；
城市独立坐标系浅析 【摘要】测量工作中坐标系的选择是一项非常重要的工作，它影响到测量成果的正确性和可靠性。国家坐标系是在高斯投影的基础上建立的，但是在投影带的边缘变形往往较大，为了满足城市建设的精度，通常需要建立独立坐标系。本文介绍了建立城市独立坐标系的原因、方法和过程，分析了城市独立坐标系和国家坐标系之间的坐标转换方法。 【关键词】独立坐标系；建立；坐标转换 1 引言 在实际测量作业中，我们通常依据不同的用途和工程项目，采用不同的坐标系来满足工程项目的需要。高斯—克吕格投影分带有效的限制了长度变形，但是在投影带的边缘地区，其长度变形仍然达到了很大的数值。为了达到城市和工程建设的要求，我们就必须对长度变形加以限制，为此考虑建立独立坐标系，目的是减小高程归化与投影长度变形产生的影响，将它们控制在一个微小的范围，使计算的长度在实际应用时（如工程放样时）不需要做任何的改正。 2 建立独立坐标系的原因 在城市测量中，一般要求投影长度变形不大于2.5cm/km。然而，采用国家坐标系统在高海拔地区或离中央子午线较远地方不能满足这一要求，这就要考虑建立地方独立坐标系。建立地方独立坐标系的常规方法是以一个国家大地控制点和一条边的方位角作为起算数据，观测边长投影到某特定面（测区平均高程面、抵偿面）上。但这一方法存在弊端：（1）起算点坐标从国家坐标的参考椭球高斯成果直接搬至地方独立坐标系的投影面，这在理论上不严密，同时因起算点不同，整个网成果不同；（2）与国家大地控制点不能严格转换，不利于资源共享；（3）不能充分利用国家大地控制点提高网的精度，对于带状控制网（公路、输电线路等）尤为突出。由此，应该建立一种既与国家坐标系有严密换算公式，又能保证投影变形在规定范围的地方独立坐标系统。 在城市范围内布设控制网时，应考虑不仅要满足大比例尺测图的需要，还要满足一般工程放样的需要，通常情况下要求控制网由平面直角坐标反算的长度与实测的长度尽可能地相符，而国家坐标系的坐标成果则往往无法满足这些要求，这是因为国家坐标系每个投影带都是按照一定的间隔划分，由西向东有规律地分布，其中央子午线不可能恰好落在每个城市的中央。为了减小长度投影变形所产生的影响，使由控制点的平面直角坐标反算出来的长度在实际利用时不需要做任何改正，方便测绘实际作业，根据《城市测量规范》的要求，需要建立有别与国家统一坐标系统的城市独立坐标系统。 3 建立独立坐标系的几种方法
第5期 相对独立平面坐标系建立及应用 陆德福 (新疆维吾尔自治区第一测绘院昌吉831100) 摘要新疆维吾尔自治区地域辽阔，为适应现代经济建设的发展建立相对独立平面坐标系是很有必要的。以某市为例：某市中心地理位置为北纬４７°０６′３０″，东经８７°２９′３０″，平均高程为５００ｍ。目前使用的１９８０西安坐标系在某市区域内，其地面观测的水平距离投影至高斯平面后，每千米长度投影变形值超过了ＣＪＪ８－９９《城市测量规范》２．１．４款规定２．５ｃｍ的要求。 关键词相对独立平面坐标系投影变形高斯平面抵偿高程面 1某市地理概况 某市位于新疆维吾尔自治区天山以北。在某市中心东西方向51km范围内，最低高程约485m，最大高程超过555m，平均高程约500m。其中心地理位置为北纬47°06′30″，东经87°29′30″，位于87°中央子午线东侧，距中央子午线约37km。2某市相对独立平面坐标系建立的条件考虑今后发展建设的需要，相对独立平面坐标系建立时，在保证区域地面边长投影至高斯平面后变形小于CJJ8-99《城市测量规范》2.1.4款规定2.5cm/km要求的前提下，该坐标系覆盖的范围尽可能大。因此，经分析取测区平均纬度为47°06′30″，中央子午线取东经87°。中心向西31km，向东20km范围内，最大高程取至555m，最低高程取至485m，平均高程取500m，在此范围内建立某市相对独立平面坐标系。 387°中央子午线1980西安坐标系投影变形情况 3.1测区平均曲率半径计算 子午圈曲率半径M=a(1-e2)×(1-e2sin2B)-3/2 卯酉圈曲率半径N=a(1-e2sin2B)-1/2 测区平均曲率半径R=MN 姨=6379679m。(其中:长半轴a=6378140m,平均纬度B=47°06′30″) 3.2投影变形计算 某市测区西侧距中央子午线约6km，最高高程取555m，每千米投影变形： △D=1000×Y2W/(2×R2)-1000×H W/R=-0.087m 某市测区东侧距中央子午线约57km，最低高程约485m，每千米投影变形： △D=1000×Y2E/(2×R2)-1000×H E/R=-0.036m 某市测区中心距中央子午线约37km，平均高程500m，每千米投影变形： △D=1000×Y2m/(2×R2)-1000×H m/R=-0.062m 其中：ΔD为长度投影变形值；Y w为某市测区西侧距中央子午线距离；Y E为某市测区东侧距中央子午线距离；Y M为某市测区中心距中央子午线距离；H W为某市测区西侧最低高程；H E为某市测区东侧最大高程；H M为测区中心平均高程；R为测区平均曲率半径。 通过上述计算，如果直接采用87°中央子午线1980西安坐标系在某市区域进行大比例尺测绘工作，地面观测边长投影变形均不能满足CJJ8-99《城市测量规范》规定的每千米长度投影变形≯2.5 cm的要求。 4某市相对独立平面坐标系建立的方法某市相对独立平面坐标系中央子午线采用经度为东经87°子午线，高斯3°带正形投影。经计算，某市相对独立平面坐标系高程取值范围为485~555 m，抵偿高程面高程Ho=390m，选取位于某市中心附近某点(Xo=5219408,Yo=537319)为坐标系原点，测区平均曲率半径R=6379679m。 5某市相对独立平面坐标系投影变形分析5.1某市相对独立平面坐标系西侧投影变形情况 相对独立平面坐标系西侧距离测区87°中央子午线为0.8km，最大高程取538m，长度投影变形为： △D=1000×Y2W/(2×R2)-1000×(H W-H O)/R=-0.024m 5.2某市相对独立平面坐标系东侧投影变形情况 新疆有色金属46
WGS84经纬度坐标与北京54坐标或者西安80坐标的关系一般来讲，GPS直接提供的坐标（B,L,H）是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System1984即WGS-84)的坐标，其中B为纬度，L为经度，H为大地高即是到WGS-84椭球面的高度。而在实际应用中，我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x,y,），不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（B,L），高程一般为海拔高度h。 GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70米左右，东北部140米左右，南部75米左右，中部45米左右。 1、1984世界大地坐标系 WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP 赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数：长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。 2、1954北京坐标系 1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国大地坐标系。属于参心大地坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。其长半轴 a=6378245，扁率
f=1/298.3。1954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸,但不能说它们完全相同。 3、1980西安坐标系 1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。属参心大地坐标系。1980年西安坐标系Xi'an Geodetic Coordinate System 1980 采用1975国际椭球,以JYD 1968.0系统为椭球定向基准,大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇,采用多点定位所建立的大地坐标系.其椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们为:其长半轴a=6378140m; 扁率f=1/298.257。 4 高斯平面直角坐标系和UTM 一般的地图均为平面图,其对应的也是平面坐标.因此,需要将椭球面上各点的大地坐标,按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标.目前世界各国采用最广泛的高斯- 克吕格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影（等角投影），即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。为了限制长度变形，根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带，6度带是自零度子午线起每隔经度。 高斯平面直角坐标系一般以中央经线（L0）投影为纵轴X, 赤道投影为横轴Y，两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值，在投影中规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴。为了区
分类号： P221 2014年毕业论文 题目：国家坐标系与地方独立坐标系坐标 转换方法与计算 作者姓名：丁可 学号： 2012109105 系(院)、专业：地球科学与工程学院、测绘工程 指导教师姓名：徐长海 指导教师职称：助教 2014 年 5 月 4 日
CLC：P221 The 2013 session of the undergraduate thesis Title: National coordinate system transformation method and local independent coordinate system and calculated For name：Ding Ke Student ID：2012109105 Department：School of Earth Science and Mapping Engineering Name of instructor：Xu Chang Hai Instructor titles：Teaching Assistant May 5, 20
国家坐标系与地方独立坐标系坐标转换方法与计算 丁可 （地球科学与工程学院12测绘工程专升本234000） 摘要 随着我国经济的发展的突飞猛进，对测量精度要求的建设也越来越高，就是以便满足实际运行要求。但在一些城市或大型工程建设中可能刚好在两个投影带的交界处，布设控制网时如果按照标准的3度或者1.5度带投影，投影变形会非常大，给施工作业带来不便，此时需要建立地方独立坐标系。认识国家坐标系的转换和地方独立坐标系统有一定的现实意义，如何实现两者的换算，一直是关注的工程建设中的热点问题。因此，完成工程测量领域国家坐标定位成果与地方独立坐标成果的转换问题，以适应城市化和实际工程的需要。 关键词：国家坐标；独立坐标；坐标转换
本文以公路测量为例，较详细地论述了在线路测量中应考虑的变形因素，以及解决变形的办法，详细地叙述了建立独立坐标系的作用及建立这种坐标系的六种方法，并介绍了因提高归化高程面而产生新椭球后的一些椭球常数的计算方法和步骤。此外，本文还对当路线跨越相邻投影带时，需要进行相邻带的坐标换算这一问题进行了阐述。 【关键字】独立坐标系高斯投影带抵偿高程面 新椭球常数坐标转换归化高程面 线路控制测量中坐标系统的建立与统一方法 第一章概述 铁路、公路、架空送电线路以及输油管道等均属于线型工程，它们的中线统称线路。一条线路的勘测和设计工作，主要是根据国家的计划与自然地理条件，确定线路经济合理的位置。为达此目的，必须进行反复地实践和比较，才能凑效。 线路在勘测设计阶段进行的控制测量工作，称线路控制测量，在线路控制测量过程中，由于每条线路不可能距离较短,有的可能跨越一个带,二个带甚至更多,所以,在线路控制测量中,长度变形是一个不可避免的问题，但我们可以采取一些措施来使长度变形减弱，将长度变形根据施测的精度要求和测区所处的精度范围控制在允许的范围之内。最有效的措施就是建立与测区相适应的坐标系统. 坐标系统是所有测量工作的基础.所有测量成果都是建立在其之上的,一个工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系统.这样既便于成果通用又不易出错.对于一条线路,如果长度变形超出允许
的精度范围,我 们将建立新的坐标系统加以控制.这就涉及到一个非常关键的问题,既,坐标系统的建立与统一.对于不同的情况,我们可以采用适应的方法尽可能建立统一的坐标系统,且使其长度变形在允许范 围之内. 本文以公路控制测量为例，详细论述了线路控制测 量中坐标系统的建立与统一方法. 第二章坐标系统的建立 当对一条线路进行控制测量时,首先应根据已有资料判断该测区是否属同一投影带和长度变形是否在允许范围之内.这样我们就可以判断是否需要建立新的坐标系统和怎样建立,下面对此进行 详细讨论. §2.1 相对误差对变形的影响 与国家点联测的情况： 我们的每项测量工作都是在地球表面上进行的,而要将实地测量的真实长度归化到高斯平面上,应加入二项改正.这样就改变了其真实长度,这种高斯投影平面上的长度与地面长度之差,称之为长 度综合变形,其计算公式为, £=+Ym²*S/2R²-Hm*s/Ra 取：R=Ra=6371Km.S=s 将其写成相对变形的形式并代入数子： £/s=(0.00123y²-15.7H)*10 y：测区中心横坐标（Km）