高斯投影及高斯平面坐标系

高斯直角坐标系简介高斯直角坐标系简介1. 什么是高斯直角坐标系？高斯直角坐标系是一种在数学和物理学中常用的坐标系。

它由德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯（Carl Friedrich Gauss）在19世纪初提出，用于描述平面和空间中的几何问题。

与传统的笛卡尔坐标系不同，高斯直角坐标系是利用参考点和参考方向来构建坐标系的。

2. 高斯直角坐标系的构建方式利用高斯直角坐标系，我们可以用一组有序的数来表示空间中的点。

该坐标系的构建方式如下：- 选择一个参考点作为坐标系的原点，通常选择地球表面的某一点作为参考点。

- 选择参考方向。

在二维情况下，参考方向可以是正北或正东；在三维情况下，参考方向可以是正北、正东和竖直向上。

这些参考方向构成了坐标系的三个轴。

- 以参考点为原点，根据参考方向确定坐标轴的正方向。

这些坐标轴与参考方向垂直，并形成直角关系，因此得名高斯直角坐标系。

3. 高斯直角坐标系的应用领域高斯直角坐标系在测量学、地理学和地震学等领域被广泛应用。

在这些领域中，通过使用高斯直角坐标系，可以更方便地描述和计算地球表面或空间中的位置、距离、方向等物理量。

4. 高斯投影坐标系高斯直角坐标系的一种特殊形式是高斯投影坐标系。

高斯投影坐标系通过投影方式将地球表面上的经纬度位置投影到平面坐标系中。

在地图制作中，高斯投影坐标系常被用于绘制区域或国家的精确地图。

5. 高斯直角坐标系的优点和局限性高斯直角坐标系的优点是能够通过简单的数学计算得到点的位置、距离和方向，适用于各种几何计算。

然而，由于坐标轴的选择和原点的位置没有统一标准，不同地区和不同学科可能会采用不同的高斯直角坐标系，导致坐标值不可通用。

总结与回顾：通过本文，我们了解了高斯直角坐标系的基本概念和构建方式。

高斯直角坐标系在数学和物理学中具有广泛的应用，尤其在测量学、地理学和地震学等领域涉及到位置、距离和方向的计算时被频繁使用。

我们还了解到高斯投影坐标系作为高斯直角坐标系的一种特殊形式，常被用于地图制作。

高斯坐标即高斯-克吕格坐标系（1）高斯-克吕格投影性质高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名"等角横切椭圆柱投影”，地球椭球面和平面间正形投影的一种。

德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl FriedrichGauss，1777一1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes Kruger，1857～1928）于1912年对投影公式加以补充，故名。

该投影按照投影带中央子午线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，确定函数的形式，从而得到高斯一克吕格投影公式。

投影后，除中央子午线和赤道为直线外，其他子午线均为对称于中央子午线的曲线。

设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。

将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。

取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。

高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大之处在投影带内赤道的两端。

由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中应用，可以满足军事上各种需要，能在图上进行精确的量测计算。

（2）高斯-克吕格投影分带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。

分带时既要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，据此原则将地球椭球面沿子午线划分成经差相等的瓜瓣形地带,以便分带投影。

通常按经差6度或3度分为六度带或三度带。

六度带自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，带号依次编为第1、2…60带。

三度带是在六度带的基础上分成的，它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合，即自1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第1、2…120带。

《建筑工程测量》高斯坐标系一、高斯坐标系测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置。

在工程测量中确定地面点的空间位置，通常需用三个量，即该点在一定坐标系下的三维坐标，或该点的二维球面坐标或投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到大地水准面的铅垂距离（高程）。

为此，我们必须研究测量中所使用的坐标系。

地面点的坐标，可根据实际情况选用不同的坐标系，下面介绍几种用以确定地面点位的坐标系。

1.大地坐标系用大地经度L和大地纬度B表示地面点投影到旋转椭球面上位置的坐标，称为大地坐标系，亦称为大地地理坐标系。

该坐标系是以参考椭球面和法线作为基准面和基准线。

如图1-2所示，NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南极，O为椭球中心。

通过椭球心O与椭球旋转轴NS正交的平面称为赤道平面。

赤道平面与球面相交的纬线称为赤道。

过F点的法线（与旋转椭球面垂直的线）与赤道面的夹角，称为F点的大地纬度。

在赤道以北者为北纬或写成0°～90°N，在赤道以南者为南纬或写成0°～90°S。

过地面任一点与椭球旋转轴NS所组成的平面称为该点的子午面。

子午面与球面的交线称为子午线或经线。

国际公认通过英国格林尼治（Greenwich）天文台的子午面，是计算经度的起算面，称为首子午面。

过F点的子午面NFKSON与首子午面NGMSON所成的两面角，称为F点的大地经度。

它自首子午线向东或向西由0°起算至180°，在首子午线以东者为东经或写成0°～180°E，以西者为西经或写成0°～180°W。

大地坐标是由大地经度L、大地纬度B和大地高H三个量组成。

用以表示地面点的空间位置。

用大地坐标表示的地面点，统称大地点。

建国初期，我国采用的大地坐标系为“1954年北京坐标系”，亦称“北京—54坐标系”（简称P54。

该坐标系采用了原苏联的克拉索夫斯基椭球体，其参数是：长半轴a=6378.245km；扁率α=1/298.3；坐标原点位于原苏联的普尔科沃。

高斯经纬度到平面坐标的转换高斯经纬度到平面坐标的转换是地图制图和导航领域中常见的技术，通过这种转换可以将地球上任意一点的经纬度坐标转换为平面坐标，方便进行测绘和定位。

在实际应用中，高斯投影是常用的一种投影方式，它将地球表面的曲面投影到一个平面上，使得地图上的直线和角度保持一致。

下面将介绍高斯经纬度到平面坐标的转换方法。

首先，高斯投影是一种圆锥投影，它将地球表面投影到一个圆锥面上，再将圆锥面展开成一个平面，得到平面坐标。

高斯投影分为高斯-克吕格投影和高斯-克里格投影，它们在投影方式上略有不同，但转换的原理是相似的。

在高斯投影中，经度和纬度被转换为平面坐标系中的X和Y坐标。

转换的过程中，需要用到一些参数，包括中央经线、假想纬线、投影中央经度和标准纬度等。

这些参数是根据具体的投影方式和地图的具体要求来确定的。

具体的转换公式如下：X = k0 * N * (cos(Lat) * (L - Lo))Y = k0 * N * (L - Lo)其中，X和Y分别表示平面坐标系中的坐标，Lat和L分别表示地点的纬度和经度，Lo表示中央经度，k0表示比例尺，N表示投影的长度单位。

通过这些公式，可以将经纬度坐标转换为平面坐标，实现地图上的定位和标注。

在实际应用中，高斯投影经常用于地图制图、导航和测绘等领域。

通过高斯经纬度到平面坐标的转换，可以实现地图的绘制和标注，方便人们进行导航和定位。

同时，高斯投影也可以用于航空航天领域，帮助飞行员进行导航和飞行计划。

总的来说，高斯经纬度到平面坐标的转换是地图制图和导航领域中常用的技术，通过这种转换可以实现地图上的定位和标注，方便人们进行导航和测绘工作。

通过了解和掌握高斯投影的原理和转换公式，可以更好地应用这种技术，提高地图制作和导航的效率和准确性。

第八章 高斯投影地面-----椭球面-----平面熟悉,简单地图投影高斯—克吕格投影〔高斯投影〕高斯投影概述投影与变形所谓地球投影，简略说来就是将椭球面各元素〔包括坐标、方向和长度〕按一定的数学法则投影到平面上。

研究这个问题的专门学科叫地图投影学。

这里所说的数学法则可用下面两个方程式表示：),(),(21B L F y B L F x == (8-1)式中L ，B 是椭球面上某点的大地坐标，而y x ,是该点投影后的平面(投影面)直角坐标。

式(8-1)表示了椭球面上一点同投影面上对应点之间坐标的解析关系，也叫做坐标投影公式。

投影问题也就是建立椭球面元素与投影面相对应元素之间的解析关系式。

投影的方法很多，每种方法的本质特征都是由坐标投影公式F 的具体形式表达的。

椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面，假设将这个曲面上的元素〔比方一段距离、一个角度、一个图形〕投影到平面上，就会和原来的距离、角度、图形呈现差异，这一差异称作投影的变形。

地图投影必然产生变形。

投影变形一般分为角度变形、长度变形和面积变形三种。

在地图投影时，我们可根据需要使某种变形为零，也可使其减小到某一适当程度。

因此，地图投影中产生了所谓的等角投影〔投影前后角度相等，但长度和面积有变形〕、等距投影〔投影前后长度相等，但角度和面积有变形〕、等积投影〔投影前后面积相等，但角度和长度有变形〕等。

控制测量对地图投影的要求1.应采用等角投影〔又称正形投影〕。

这样①保证了在三角测量中大量的角度元素在投影前后保持不变，免除了大量的投影工作；②所测制的地图可以保证在有限的范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给国民经济建设中识图用图带来很大方便。

如图多边形，相应角度相等，但长度有变化，投影面上的边长与原面上的相应长度之比，称为长度比。

图中,EA A E AB B A m ''==''=即在微小范围内保证了形状的相似性，当ABCDE 无限接近时，可把该多边形看作一个点，因此在正形投影中，长度比m 仅与点的位置有关，与方向无关，给地图测制及地图的使用等带来极大方便。