空间坐标转换公式

§2.3.1 坐标系的分类正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在测量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3来表示：图2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4来表示：图2-4空间大地坐标系三、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等。

在我XX 用的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影。

UTM 投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数不同而已。

高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。

从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左侧所示，设想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切〔此子午线称为中央子午线或轴子午线〕，椭球轴的中心轴CC ’通过椭球中心而与地轴垂直。

高斯投影满足以下两个条件：1、 它是正形投影；2、 中央子午线投影后应为x 轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各一定经差〔一般为6度或3度〕X 围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯平面直角坐标系，如以下图２－５右侧所示。

§2.3.1 坐标系的分类之相礼和热创作正如后面所提及的,所谓坐标系指的是描绘空间地位的表达方式,即采取什么方法来暗示空间地位.人们为了描绘空间地位，采取了多种方法，从而也发生了分歧的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等.在丈量中经常运用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角.某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来暗示.空间直角坐标系可用图2-3来暗示：图2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采取大地经、纬度和大地高来描绘空间地位的.纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离.空间大地坐标系可用图2-4来暗示：图2-4空间大地坐标系三、立体直角坐标系立体直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标经过某种数学变换映射到立体上，这种变换又称为投影变换.投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等.在我国采取的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影.UTM投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数分歧而已.高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影.从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影.如图左侧所示，想象有一个椭圆柱面横套在椭球里面，并与某一子午线相切（此子午线称为地方子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC’经过椭球中心而与地轴垂直.高斯投影满足以下两个条件：1、它是正形投影；2、地方子午线投影后应为x轴，且长度坚持不变.将地方子午线东西各肯定经差（一样平常为6度或3度）范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯立体直角坐标系，如下图２－５右侧所示.图2-5 高斯投影x 方向指北，y 方向指东.可见，高斯投影存在长度变形，为使其在测图和用图时影响很小，应相隔肯定的地区，另立地方子午线，采纳分带投影的法子.我国国家丈量规定采取六度带和三度带两种分带方法.六度带和三度带与地方子午线存在如下关系：366-N L ＝中； n L 33＝中其中，N 、n 分别为6度带和3度带的带号.另外，为了防止y 出现负号，规定y 值以为地加上500000m ；又为了区别分歧投影带，后面还要冠以带号，如第20号六度带中，y=-200.25m ，则成果表中写为y 假定＝20499799.75m.x 值在北半球总显正值，就无需改变其观测值了.1、空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换图２－６暗示了空间直角坐标系与空间大地坐标系之间的关系.图2-6 地球空间直角坐标系与大地坐标系在相反的基准下空间大地坐标系向空间直角坐标系的转换公式为：⎪⎭⎪⎬⎫+-=+=+=B H e N Z L B H N Y L B H N X sin ])1([sin cos )(cos cos )(2 (2-1)式中，W aN =，a 为椭球的长半轴，N 为椭球的卯酉圈曲率半径 a =6378.137km2222a b a e -=，e 为椭球的第一偏爱率，b 为椭球的短半轴 在相反的基准下空间直角坐标系向空间大地坐标系的转换公式为⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫-Φ=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+Φ=N B R H X Y arctg L W B Z ae tg arctg B cos cos sin 12(2-2) 式中2、空间坐标系与立体直角坐标系间的转换空间坐标系与立体直角坐标系间的转换采取的是投影变换的方法.在我国一样平常采取的是高斯投影.由于高斯投影和UTM 投影都是横轴墨卡托的特例，因此，高斯投影和UTM 投影都可以套用横轴墨卡托投影的投影公式.横轴墨卡托投影的投影的正反算公式可拜见有关材料，它们的区别在于轴子午线投影到立体上后，其长度的系数，对于高斯投影，系数为1，对于UTM 投影，其系数为.3、变动高程回化面的影响用户在建立地方独立坐标系时，偶然变动高程回化面，这将发生一个新椭球，这就必须计算新常数，新椭球常数按下列方法和步调进行：1) 新椭球是在国家坐标系的参考椭球上扩大构成的，它的扁率应与国家坐标系参考椭球的扁率相称，即a a ='. 2) 计算该坐标系地方地区的新椭球均匀曲率半径和新椭球长半轴.新椭球均匀曲率半径为：m mm m m m H B e e a H W a W e a H MN H R R +--=+-=+=+=22232sin 11)1('(2.10) 式中m H ───该地区均匀大地高；m B ───该地区的均匀纬度.新椭球的长半轴按下式计算：2221sin 1''e B e R a m--=(2.11)将新的椭球参数代入，就可以进行投影的正反计算了.二、坐标零碎的转换方法分歧坐标零碎的转换本质上是分歧基准间的转换，分歧基准间的转换方法有很多，其中最为经常运用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法.七参数转换法是：设两空间直角坐标系间有七个转换参数：3 个平移参数()z y x ∆∆∆、3 个旋转参数()z y x εεε和 1 个尺度参数k .比方，由空间直角坐标系A 转换到空间直角坐标系B 可采取上面的公式：§2.3.4 GPS 丈量中经常运用的坐标零碎一、世界大地坐标系WGS-84WGS-84 坐标系是如今GPS 所采取的坐标零碎，GPS 所发布的星历参数和历书参数等都是基于此坐标零碎的.WGS-84 坐标零碎的全称是World Geodical System-84 (世界大地坐标系-84), 它是一个地心肠固坐标零碎.WGS-84 坐标零碎由美国国防部制图局建立，于1987 年取代了当时GPS 所采取的坐标零碎WGS-72 坐标零碎而成为如今GPS 所运用的坐标零碎.WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系.WGS-84 系所采取椭球参数为见表2.1.二、1954 年北京坐标系1954 年北京坐标系是我国如今广泛采取的大地丈量坐标系.该坐标系源自于原苏联采取过的1942 年普尔科夫坐标系.该坐标系采取的参考椭球是克拉索夫斯基椭球.该椭球的参数见表2.1.遗憾的是该椭球并未根据当时我国的地理观测材料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁经我国的东北地区传算过来的，该坐标系的高程异常是从前苏联1955 年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国地理水准路线推算出来的，而高程又是以1956 年青岛验潮站的黄海均匀海水面为基准.由于当时条件的限定1954 年北京坐标系存在着很多缺陷次要表示在以下几个方面：1. 克拉索夫斯基椭球参数同当代精确的椭球参数的差别较大，而且不包含暗示地球物理特性的参数，因此给理论和实践工作带来了许多方便.2. 椭球定向不非常明白，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO 极，也不指向如今我国运用的JYD极.参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的零碎性倾斜，东部高程异常达60余米，最大达67 米.3. 该坐标零碎的大地点坐标是经过局部分区平差得到的.因此天下的地理大地操纵点实践上不克不及构成一个团体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合部中同一点在分歧区的坐标值相差1-2 米，分歧分区的尺度差别也很大，而且坐标传递是从东北到东南和东北，后一区是从前一区的最弱部作为坐标起算点，因此一等锁具有分明的坐标积存偏差.三、1980 年西安大地坐标系1978 年我国决定重新对天下地理大地网实施团体平差，而且建立新的国家大地坐标零碎.团体平差在新大地坐标零碎中进行，这个坐标零碎就是1980 年西安大地坐标零碎.1980 年西安大地坐标零碎所采取的地球椭球参数的四个几何和物理参数采取了IAG 1975 年的引荐值，见表2.1中的西安80.椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD 地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治均匀地理子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程零碎以1956 年黄海均匀海水面为高程起算基准.四、几种经常运用的坐标零碎的几何和物理参数下表列出了几种经常运用的坐标零碎的几何和物理参数，用户必要时可以查阅：表 2.1 GPS 丈量中经常运用的坐标零碎的几何和物理参数§2.4 GPS高程零碎在丈量中经常运用的高程零碎有大地高零碎、正高零碎和正常高零碎.§2.4.1 大地高零碎大地高零碎是以参考椭球面为基准面的高程零碎，某点的大地高是该点到经过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离.大地高也称为椭球高.大地高一样平常用符号H 暗示.大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点在分歧的基准下具有分歧的大地高.通常，GPS接收机单点定位得到的高程为WGS-84下的大地高.§2.4.2 正高零碎正高零碎是以大地水准面为基准面的高程零碎，某点的正高是该点到经过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离.正高用符号 H g暗示.§2.4.3 正常高正常高零碎是以似大地水准面为基准的高程零碎，某点的正常高是该点到经过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用 H γ 暗示.§2.4.4高程零碎之间的转换关系大地水准面到参考椭球面的距离称为大地水准面差距，记为 h g ，大地高与正高之间的关系可以暗示为：正 高：g g h H H -=似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为ζ.大地高与正常高之间的关系可以暗示为：正常高：ζγ-=H H高程之间的互相关系可以用下图2-7来暗示：图2-7 高程零碎间的互相关系。

§坐标系的分类正如前方所说起的 ,所谓坐标系指的是描绘空间地点的表达形式 ,即采纳什么方法来表示空间地点。

人们为了描绘空间地点，采纳了多种方法，进而也产生了不一样的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在丈量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参照椭球的中心，Z 轴指向参照椭球的北极，X 轴指向开端子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈 90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3来表示：图 2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采纳大地经、纬度和大地高来描绘空间地点的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参照椭球的自转轴所在的面与参照椭球的开端子午面的夹角；大地高是空间点沿参照椭球的法线方向到参照椭球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4 来表示：图 2-4 空间大地坐标系三、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标经过某种数学变换映照到平面上，这类变换又称为投影变换。

投影变换的方法有好多，如横轴墨卡托投影、 UTM 投影、兰勃特投影等。

在我国采纳的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影。

UTM 投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，不过投影的个别参数不一样而已。

高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。

从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左边所示，假想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC’经过椭球中心而与地轴垂直。

高斯投影知足以下两个条件：1、它是正形投影；2、中央子午线投影后应为x 轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各必定经差（一般为 6 度或 3 度）范围内的地域投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线睁开，便组成了高斯平面直角坐标系，以以下图２－５右边所示。

§2. 3.1坐标系的分类正如前面所提及的，所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即釆用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在测量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极,X轴指向超始子午面与赤道的交点，丫轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各■个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3 来表TJT :图2-3空间直角坐标系二.空间大地坐标系空间大地坐标系是釆用大地经.纬皮和大地离来描述空间位置的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角：经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地离是空间点沿参考椭球的法线方向到参考描球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4来表示：三.平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等。

在我国釆用的是离斯一克吕格投影也称为商斯投影。

UTM 投影和离斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数不同而已。

鬲斯投影是一种横轴.椭圆柱面、等角投影。

从几何意艾上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左侧所示，设想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC'通过椭球中心而与地轴垂直。

爲斯投影满足以下两个条件：1、它是正形投影；2、中央子午线投影后应为x轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各一定经差（一般为6度或3度）范国内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯平面直角坐标系，如下S 2-5右侧所示。

空间直角坐标系与球坐标系的转换方法简介空间直角坐标系和球坐标系是数学中常用的两种表示空间中点的坐标系。

本文将介绍这两种坐标系之间的转换方法，帮助读者更好地理解它们之间的关系。

空间直角坐标系空间直角坐标系是三维空间中最常见的坐标系，通常用三个坐标轴来表示空间中的点。

假设三个坐标轴分别为x轴、y轴和z轴，一个点在直角坐标系中的坐标可以表示为(x, y, z)。

球坐标系球坐标系是另一种常用的坐标系，它使用点到坐标系原点的距离、点在xy平面上的投影到x轴的角度和点在xz平面上的投影到z轴的角度来表示点的位置。

一个点在球坐标系中的坐标通常表示为(r, θ, φ)，其中r是点到原点的距离，θ是点在xy平面上的极角，φ是点在xz平面上的极角。

直角坐标系到球坐标系的转换将一个点的直角坐标系坐标(x, y, z)转换为球坐标系坐标(r, θ, φ)的过程比较简单。

首先可以计算点到原点的距离r： $r = \\sqrt{x^2 + y^2 + z^2}$然后，可以计算极角θ： $θ = \\arctan(\\frac{y}{x})$最后，计算极角φ：$φ = \\arccos(\\frac{z}{r})$球坐标系到直角坐标系的转换如果已知一个点在球坐标系中的坐标(r, θ, φ)，要将其转换为直角坐标系中的坐标(x, y, z)也是可行的。

转换公式如下： $x = r \\cdot \\sin(θ) \\cdot \\cos(φ)$ $y = r \\cdot \\sin(θ) \\cdot \\sin(φ)$ $z = r \\cdot \\cos(θ)$通过这些公式，我们可以方便地在空间直角坐标系和球坐标系之间进行坐标转换，从而更灵活地描述和计算空间中的点的位置。

结论空间直角坐标系和球坐标系是表示空间中点的两种常用方法，它们之间存在简单的转换关系。

这种转换关系在数学和物理等领域有着广泛的应用，帮助人们更好地理解和描述空间中的事物。

空间几何中的坐标系与空间直角坐标的转换在空间几何中，坐标系是进行点位置表示和计算的重要工具。

常见的空间坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系等。

其中，空间直角坐标系是最为常用和便捷的一种坐标系。

本文将讨论空间几何中的坐标系，并介绍如何在不同坐标系间进行转换。

一、空间直角坐标系空间直角坐标系又称笛卡尔坐标系，由三个相互垂直的坐标轴构成，通常用x、y、z表示。

它们分别代表了水平方向（x轴）、竖直方向（y轴）和水平面内的垂直方向（z轴）。

一个点P在空间直角坐标系中的坐标可用有序数(x, y, z)表示，其中x、y、z分别为点P在x轴、y 轴、z轴上的投影长度。

二、空间坐标系的转换在空间几何的研究中，通常需要将一个坐标从某个坐标系转换为另一个坐标系。

下面以空间直角坐标系与球坐标系为例，介绍坐标系间的转换过程。

1. 空间直角坐标系到球坐标系的转换给定空间直角坐标系中点P(x, y, z)，它的球坐标为(r, θ, φ)。

其中，r 代表点P到原点的距离，θ代表从x轴到点P的连线与x轴正向之间的夹角，φ代表从正z轴到点P的连线与正z轴之间的夹角。

根据三角函数的关系，可以得到：r = √(x^2 + y^2 + z^2)θ = arctan(y/x)φ = arccos(z/√(x^2 + y^2 + z^2))2. 球坐标系到空间直角坐标系的转换给定球坐标系中点P(r, θ, φ)，它的空间直角坐标为(x, y, z)。

转换公式如下：x = r * sin(φ) * cos(θ)y = r * sin(φ) * sin(θ)z = r * cos(φ)通过上述转换公式，可以在空间直角坐标系和球坐标系之间进行坐标转换。

三、应用举例下面通过一个具体的例子来说明空间坐标系的转换。

例：已知空间直角坐标系中的点P(3, 4, 5)，求其在球坐标系中的坐标。

根据转换公式，可以计算得到：r = √(3^2 + 4^2 + 5^2) = √50θ = arctan(4/3) ≈ 0.93φ = arccos(5/√50) ≈ 0.49因此，点P在球坐标系中的坐标为(√50, 0.93, 0.49)。

洛伦兹速度与坐标变换公式在相对论中，洛伦兹速度与坐标变换公式是描述时间和空间之间相互转换关系的重要公式。

这些公式来源于阐明爱因斯坦相对论的基本原理，指导我们理解光速不变原理和相对运动的奇特效应。

洛伦兹变换公式洛伦兹变换公式描述了两个惯性参考系之间空间坐标和时间的转换关系。

假设有两个参考系，一个是静止参考系S，另一个是以速度v相对于S参考系运动的参考系S’。

在特定情况下，洛伦兹变换公式可以表达如下：\[ \begin{aligned} & t’ = \gamma \left( t - \frac{vx}{c^2} \right) \\ & x’ =\gamma (x - vt) \\ & y’ = y \\ & z’ = z \end{aligned} \]其中，\( t \) 是事件发生的时间，\( x \) 是事件在S参考系中的空间坐标，\( t’ \) 是事件在S’参考系中的时间，\( x’ \) 是事件在S’参考系中的空间坐标，\( y \)和 \( z \) 分别是垂直于相互运动的两个参考系的轴。

洛伦兹速度变换公式当我们考虑两个物体间的速度关系时，洛伦兹速度变换公式就派上了用场。

根据洛伦兹速度变换公式，我们可以计算出一个参考系中观测到的物体速度在另一个参考系中的观测值。

比较常见的情况是当一个参考系以速度v相对另一个参考系运动时，两个参考系中观测到的同一物体的速度在两个参考系中并不相同。

洛伦兹速度变换公式可以表达为：\[ u’ = \frac{u - v}{1 - \frac{uv}{c^2}} \]其中，u是物体在S参考系中测得的速度，u’是物体在S’参考系中测得的速度。

v是S’相对于S的速度，c是光速。

实际应用洛伦兹速度与坐标变换公式不仅在理论物理学中具有重要作用，在实际应用中也有许多重要的场景。

例如，在高能物理学中，质子加速器中的粒子相对速度问题，就需要考虑到相对论效应，而洛伦兹速度与坐标变换公式就提供了处理相关问题的数学工具。

大地坐标与直角空间坐标转换计算公式大地坐标与直角空间坐标转换计算公式一、参心大地坐标与参心空间直角坐标转换1名词解释：A ：参心空间直角坐标系： a) 以参心0为坐标原点；b) Z 轴与参考椭球的短轴（旋转轴）相重合； c) X 轴与起始子午面和赤道的交线重合；d) Y 轴在赤道面上与X 轴垂直，构成右手直角坐标系0-XYZ ； e) 地面点P 的点位用（X ，Y ，Z ）表示； B ：参心大地坐标系：a) 以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合； b) 大地纬度B ：以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角为大地纬度B ；c) 大地经度L ：以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角为大地经度L ；d) 大地高H ：地面点沿椭球法线至椭球面的距离为大地高H ； e) 地面点的点位用（B ，L ，H ）表示。

2 参心大地坐标转换为参心空间直角坐标：⎪⎭⎪⎬⎫+-=+=+=B H e N Z L B H N Y L B H N X sin *])1(*[sin *cos *)(cos *cos *)(2公式中，N 为椭球面卯酉圈的曲率半径，e 为椭球的第一偏心率，a 、b 椭球的长短半径，f 椭球扁率，W 为第一辅助系数a b a e 22-=或 f f e 1*2-= W aN B W e =-=22sin *1(西安80椭球参数：长半轴a=6378140±5（m ） 短半轴b=6356755.2882m 扁 率α=1/298.2573 参心空间直角坐标转换参心大地坐标[]NBY X H He N Y X H N Z B X Y L -+=+-++==cos ))1(**)()(*arctan()arctan(22222二 高斯投影及高斯直角坐标系1、高斯投影概述高斯-克吕格投影的条件：1. 是正形投影；2. 中央子午线不变形高斯投影的性质：1. 投影后角度不变；2. 长度比与点位有关，与方向无关； 3. 离中央子午线越远变形越大为控制投影后的长度变形，采用分带投影的方法。

§2.3.1 坐标系的分类正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在测量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3来表示：图2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4来表示：图2-4空间大地坐标系三、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等。

在我国采用的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影。

UTM 投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数不同而已。

高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。

从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左侧所示，设想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC ’通过椭球中心而与地轴垂直。

高斯投影满足以下两个条件：1、 它是正形投影；2、 中央子午线投影后应为x 轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各一定经差（一般为6度或3度）范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯平面直角坐标系，如下图２－５右侧所示。

大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换公式概述大地坐标系和空间直角坐标系是地理信息系统中两种常用的坐标系。

大地坐标系主要用于描述地球上点的位置，而空间直角坐标系则是使用笛卡尔坐标系的三维空间中的坐标来表示点的位置。

在地理信息系统中，需要经常进行大地坐标系和空间直角坐标系之间的转换，以便在不同的坐标系统之间进行数据交互和分析。

大地坐标系大地坐标系是一种基于地球椭球体的坐标系统，常用来描述地球上点的位置。

一般采用经度（longitude）、纬度（latitude）和高程（elevation）来表示点在地球表面的位置。

经度表示点在东经或西经的位置，纬度表示点在北纬或南纬的位置，高程表示点相对于海平面的高度。

大地坐标系中经度的表示方式有多种，常见的有度分秒制和十进制制。

而纬度则一般用度制表示。

对于高程的表示方式，通常使用米作为单位。

空间直角坐标系空间直角坐标系是使用笛卡尔坐标系的三维空间中的坐标来表示点的位置。

在空间直角坐标系中，每个点的位置由三个数值组成，分别表示点在X轴、Y轴和Z轴方向上的位置。

这三个数值通常以米为单位。

空间直角坐标系中的原点可以选择任意位置，常见的有地心、地心地固、地心地独立三种坐标系。

地心坐标系以地球质心为原点，地心地固坐标系以地球上某一固定点为原点，地心地独立坐标系则是相对于地轴的一个旋转坐标系。

大地坐标系到空间直角坐标系的转换将大地坐标系中的点转换为空间直角坐标系中的点需要使用转换公式。

常用的转换方法有大地测量学和地心测量学两种。

### 大地测量学方法大地测量学方法中，将地球近似为椭球体，利用椭球体的形状参数和点的大地坐标来进行转换。

该方法的核心思想是通过计算点在曲线面上的法线方向，将大地坐标系的点转换为空间直角坐标系的点。

### 地心测量学方法地心测量学方法中，将地球近似为球体，并以地球质心或地球上某一固定点为原点。

该方法利用球面三角学的原理，根据点的经纬度和高程来进行转换。

空间向量的坐标和运算一、空间向量的坐标和运算1、空间直角坐标系在单位正方体$OABC$-$D$′$A$′$B$′$C$′中，以$O$点为原点，分别以射线$OA$，$OC$，$OD$′的方向为正方向，以线段$OA$，$OC$，$OD$′的长为单位长，建立三条数轴：$x$轴、$y$轴、$z$轴。

这时我们说建立了一个空间直角坐标系$Oxyz$，其中点$O$叫做坐标原点，$x$轴、$y$轴、$z$轴叫做坐标轴。

通过每两个坐标轴的平面叫做坐标平面，分别称为$xOy$平面、$yOz$平面、$xOz$平面。

2、空间向量的坐标一个向量在空间直角坐标系中的坐标等于表示向量的有向线段的终点坐标减去起点坐标。

如$A(x_1,y_1,z_1)$，$B(x_2,y_2,z_2)$，则$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{O B}-\overrightarrow{O A}$=$(x_2-x_1$,$y_2-y_1$,$z_2-z_1)$。

3、空间向量的坐标运算设$\boldsymbol a(x_1,y_1,z_1)$，$\boldsymbol b(x_2,y_2,z_2)$，则（1）$\boldsymbol a+\boldsymbol b$=$(x_1+x_2,y_1+y_2,z_1+z_2)$。

（2）$\boldsymbol a-\boldsymbol b$=$(x_1-x_2,y_1-y_2,z_1-z_2)$。

（3）$\boldsymbol a·\boldsymbol b$=$x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2$。

（4）$|\boldsymbol a|=\sqrt{x^2_1+y^2_1+z^2_1}$。

（5）$λ\boldsymbol a=（λx_1,λy_1,λz_1）$。

4、空间向量平行（共线）与垂直的充要条件设非零向量$\boldsymbol a(x_1,y_1,z_1)$，$\boldsymbol b(x_2,y_2,z_2)$，则$\boldsymbol a∥\boldsymbolb\Leftrightarrow\frac{x_1}{x_2}=\frac{y_1}{y_2}=\frac{z_1}{z_2}=λ(λ∈\mathbf {R})$。

§2.3.1 坐标系的分类正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在测量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3来表示：图2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4来表示：图2-4空间大地坐标系三、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等。

在我国采用的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影。

UTM 投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数不同而已。

高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。

从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左侧所示，设想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC ’通过椭球中心而与地轴垂直。

高斯投影满足以下两个条件：1、 它是正形投影；2、 中央子午线投影后应为x 轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各一定经差（一般为6度或3度）范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯平面直角坐标系，如下图２－５右侧所示。

空间坐标变换公式
空间坐标变换公式是一种将一个坐标系中的点转换到另一个坐标系中的方法。

假设原坐标系是A，目标坐标系是B，则该变换公式可以表示为：
B = TA * A + TB
其中B表示目标坐标系中的点，A表示原坐标系中的点，TA表示原坐标系到公共坐标系的旋转矩阵，TB表示公共坐标系到目标坐标系的旋转矩阵。

这个公式可以通过一系列的数学运算来实现坐标系之间的转换，常用的变换包括平移、旋转和缩放等操作。

这些操作可以根据实际应用需求进行灵活组合，从而实现不同坐标系间的变换。

通过空间坐标变换公式，我们可以方便地将点从一个坐标系转换到另一个坐标系中，从而实现不同坐标系下的数据分析、计算和可视化等工作。

这个公式在计算机科学、数学、物理学等领域中有着广泛的应用。

§2.3.1 坐标系的分类正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

在测量中常用的坐标系有以下几种：一、空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点，Y 轴位于赤道面上且按右手系与X 轴呈90°夹角。

某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。

空间直角坐标系可用图2-3来表示：图2-3 空间直角坐标系二、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。

纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。

空间大地坐标系可用图2-4来表示：图2-4空间大地坐标系三、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标空间直角坐标或空间大地坐标通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。

投影变换的方法有很多，如横轴墨卡托投影、UTM 投影、兰勃特投影等。

在我国采用的是高斯-克吕格投影也称为高斯投影。

UTM 投影和高斯投影都是横轴墨卡托投影的特例，只是投影的个别参数不同而已。

高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。

从几何意义上讲，是一种横轴椭圆柱正切投影。

如图左侧所示，设想有一个椭圆柱面横套在椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或轴子午线），椭球轴的中心轴CC ’通过椭球中心而与地轴垂直。

高斯投影满足以下两个条件：1、 它是正形投影；2、 中央子午线投影后应为x 轴，且长度保持不变。

将中央子午线东西各一定经差（一般为6度或3度）范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面沿某一棱线展开，便构成了高斯平面直角坐标系，如下图２－５右侧所示。

旋转坐标转换公式在数学和计算机图形学领域，旋转是一种常见的变换操作。

通过旋转，我们可以改变对象在平面或空间中的位置和方向。

在进行旋转操作时，需要使用旋转矩阵来进行坐标转换。

本文将介绍旋转坐标转换的公式及其应用。

二维空间的旋转坐标转换在二维空间中，我们通常使用逆时针旋转为正方向的方式进行坐标转换。

假设一个点P在二维直角坐标系中的坐标为(x,y)，我们希望将这个点绕原点O逆时针旋转θ角度，得到新的坐标P’(x’,y’)。

点P经过旋转之后，新的坐标可以通过以下公式计算得出：x’ = x * cos(θ) - y * sin(θ) y’ = x * sin(θ) + y * cos(θ)其中，θ为旋转角度，cos(θ)和sin(θ)分别代表旋转角度的余弦和正弦值。

三维空间的旋转坐标转换在三维空间中，我们同样使用逆时针旋转为正方向的方式进行坐标转换。

假设一个点P在三维直角坐标系中的坐标为(x,y,z)，我们希望将这个点绕坐标轴进行旋转，得到新的坐标P’(x’,y’,z’)。

点P经过旋转之后，新的坐标可以通过旋转矩阵的运算得到：x' = x * cos(θ) - y * sin(θ)y' = x * sin(θ) + y * cos(θ)z' = z其中，θ为旋转角度，cos(θ)和sin(θ)分别代表旋转角度的余弦和正弦值。

旋转坐标转换的应用旋转坐标转换在计算机图形学、游戏开发等领域有着广泛的应用。

通过旋转坐标转换，我们可以实现物体的旋转、变换和动画效果。

在3D建模软件中，旋转坐标转换可以用来控制物体的姿态和方向，使得模型呈现出真实的效果。

此外，旋转坐标转换也可以用于机器人运动学中。

通过旋转坐标转换，我们可以计算机器人的末端执行器在运动时相对于基准坐标系的位置和姿态，从而实现精确的运动控制和轨迹规划。

总的来说，旋转坐标转换是一种重要的数学变换，它不仅可以帮助我们理解物体在空间中的位置和方向变化，还可以应用于各种领域，拓展了数学和计算机科学的应用范围。

坐标旋转变换公式推导方法在计算机图形学和计算机视觉中，坐标旋转变换是一种常见的操作，用于在二维或三维空间中旋转对象或坐标。

本文将介绍坐标旋转变换的推导方法，以及如何推导出旋转矩阵。

坐标旋转的基本概念在二维空间中，我们可以通过旋转角度来描述坐标的旋转变换。

假设有一个点P(x, y)，要将该点绕原点逆时针旋转θ度，新的坐标为P’(x’, y’)。

我们可以表示如下：$x' = x \\cdot \\cos(\\theta) - y \\cdot \\sin(\\theta)$$y' = x \\cdot \\sin(\\theta) + y \\cdot \\cos(\\theta)$其中，(x, y)是原坐标，(x’, y’)是旋转后的坐标。

推导旋转矩阵为了推导旋转矩阵，我们可以引入齐次坐标的概念。

在二维空间中，我们可以将一个点表示为一个3维向量，如P(x, y, 1)。

通过引入齐次坐标，我们可以将旋转操作表示为一个矩阵乘法。

假设有一个2维点P(x, y)，我们可以表示为三维齐次坐标P(x, y, 1)。

旋转矩阵R如下：$R = \\begin{bmatrix} \\cos(\\theta) & -\\sin(\\theta) & 0 \\\\ \\sin(\\theta) & \\cos(\\theta) & 0 \\\\ 0 & 0 & 1 \\end{bmatrix}$对点P进行旋转变换，则有：P′=RP矩阵相乘后展开可以得到旋转后的坐标。

推导方法总结通过以上推导，我们可以总结出坐标旋转变换的推导方法：1.将二维点引入三维齐次坐标表示。

2.构建旋转矩阵，根据旋转角度填充矩阵元素。

3.将旋转矩阵与齐次坐标点相乘，得到旋转后的坐标。

结论坐标旋转变换是计算机图形学和计算机视觉中常见的操作，通过推导旋转矩阵，我们可以实现对坐标的旋转变换。

空间三等分点坐标公式在空间几何中，我们常常需要将一个线段或者空间划分为多个等分点，以方便问题的解决或者分析。

本文将介绍空间中三等分点的坐标公式，并通过易于理解的术语进行解释。

1. 什么是空间三等分点？在空间几何中，将一个线段或者空间划分为三个相等的部分，我们称之为三等分。

三等分点是指将线段或者空间划分为三个相等部分的点。

2. 空间三等分点的坐标公式假设我们有线段AB，其中A的坐标为(x1, y1, z1)，B的坐标为(x2, y2, z2)。

要求将线段AB三等分，我们可以使用以下公式计算三等分点的坐标：•第一个三等分点C的坐标为：(x1 + (x2 - x1)/3, y1 + (y2 - y1)/3, z1 + (z2 - z1)/3)•第二个三等分点D的坐标为：(x1 + 2(x2 - x1)/3, y1 + 2(y2 - y1)/3, z1 + 2*(z2 - z1)/3)3. 解释坐标公式上述公式的含义可以通过以下解释来理解：首先，我们计算出线段AB在x轴、y轴和z轴上的长度差，即(x2 - x1)，(y2 - y1)和(z2 - z1)。

然后，我们将这些长度差除以3，得到x轴、y轴和z轴上的相等间距。

然后，我们分别将这些相等间距乘以1/3和2/3，得到x轴、y轴和z轴上的两个等分点的位置。

最后，我们将这些位置加上A点的坐标，得到三等分点的坐标。

这样，我们就可以得到线段AB的三等分点C和D的坐标。

4. 总结通过上述的解释，我们可以理解空间中三等分点坐标公式的原理和计算方法。

这个公式可以帮助我们在空间几何问题中准确地计算出线段的三等分点的坐标。

希望本文对你有所帮助，如有疑问，请随时提问！。