建立高斯平面直角坐标系

高斯平面直角坐标系的建立过程高斯平面直角坐标系是一种常用的平面直角坐标系，它是基于直
角坐标系的基本概念和高斯投影法而建立的。

建立高斯平面直角坐标系的过程如下：
1. 确定起算点和起算坐标：高斯平面直角坐标系以某一地点的经
纬度作为起算点，对应着该地点的平面直角坐标为起算坐标。

2. 选取中央经线：以起算点为中心，选取一条经线作为中央经线。

3. 制定投影方案：根据高斯投影法的原理，确定投影面、投影方法、坐标系方向和比例因子等参数。

4. 建立坐标网格系统：基于投影方案，在平面上划分均匀的坐标
网格，形成高斯平面直角坐标系。

5. 确定坐标变换关系：通过计算，将某一地点的经纬度坐标转换
为相应的高斯平面直角坐标。

同时，也可以通过逆向计算，将高斯平
面直角坐标转换为经纬度坐标。

以上是高斯平面直角坐标系的建立过程，它为地图制图和测量工
作提供了基础坐标系。

高斯直角坐标系高斯直角坐标系是一种用于地图制图的坐标系，也被称为高斯-克吕格投影坐标系。

它是一种平面直角坐标系，用于将地球表面上的点映射到平面上。

在这个坐标系中，地球表面被划分成了许多小区域，每个小区域都有一个唯一的投影中心。

下面将对高斯直角坐标系进行详细介绍。

一、高斯直角坐标系的定义高斯直角坐标系是指在地球表面上建立一个平面直角坐标系，使得该平面上任意一点（x,y）与其所对应的经纬度（B,L）之间存在着确定的函数关系。

二、高斯直角坐标系的原理在高斯直角坐标系中，我们假设地球是一个椭球体，并将其投影到一个平面上。

这个平面可以看作是椭球体的切平面，即与椭球体相切的平面。

我们选择以某个点为中心进行投影，并规定该点处的投影正北方向与地理正北方向重合。

然后根据柏松定理和拉普拉斯方程式来计算每个点在该投影中所对应的坐标。

三、高斯直角坐标系的特点1. 高精度：高斯直角坐标系是一种高精度的坐标系，可以用于制图、导航和测量等领域。

2. 局部性：由于每个小区域都有一个唯一的投影中心，因此该坐标系具有局部性。

在同一小区域内，可以使用相同的投影参数进行计算。

3. 正交性：高斯直角坐标系是一种正交坐标系，即x轴和y轴互相垂直。

这个特点使得计算更加简单。

4. 投影形式多样：高斯直角坐标系有多种投影形式，可以根据不同需求选择不同的投影方式。

四、高斯直角坐标系的应用1. 地图制图：高斯直角坐标系是地图制图中常用的坐标系之一。

它可以将地球表面上的点映射到平面上，便于绘制地图。

2. 导航定位：在导航定位中，可以使用高斯直角坐标系来表示位置信息。

例如，在GPS导航系统中，可以通过将GPS信号转换为高斯-克吕格投影来实现位置定位。

3. 测量应用：在测量应用中，高斯直角坐标系可以用于计算距离、面积等。

例如，在土地测量中，可以使用高斯直角坐标系来计算土地面积。

五、总结高斯直角坐标系是一种常用的地图制图坐标系，具有高精度、局部性、正交性和投影形式多样等特点。

第一节 建筑工程测量的任务一、测量学的概念测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学。

它的内容包括测定和测设两部分。

（1）测定 测定是指得到一系列测量数据，或将地球表面的地物和地貌缩绘成地形图。

（2）测设 测设是指将设计图纸上规划设计好的建筑物位置，在实地标定出来，作为施工的依据。

二、建筑工程测量的任务建筑工程测量是测量学的一个组成部分。

它是研究建筑工程在勘测设计、施工和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科。

它的主要任务是：（1）测绘大比例尺地形图。

（2）建筑物的施工测量。

（3）建筑物的变形观测。

测量工作贯穿于工程建设的整个过程，测量工作的质量直接关系到工程建设的速度和质量。

所以，每一位从事工程建设的人员，都必须掌握必要的测量知识和技能。

第二节 地面点位的确定一、地球的形状和大小1．水准面和水平面人们设想以一个静止不动的海水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围了整个地球，这个闭合曲面称为水准面。

水准面的特点是水准面上任意一点的铅垂线都垂直于该点的曲面。

与水准面相切的平面，称为水平面。

2．大地水准面水准面有无数个，其中与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。

在测量中的作用：它是测量工作的基准面。

由大地水准面所包围的形体，称为大地体。

3．铅垂线重力的方向线称为铅垂线。

在测量中的作用：它是测量工作的基准线。

4．地球椭球体（地球的形状）由于地球内部质量分布不均匀，致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面。

选用地球椭球体来代替地球总的形状。

地球椭球体是由椭圆NWSE 绕其短轴NS 旋转而成的，又称旋转椭球体。

决定地球椭球体形状和大小的参数：椭圆的长半径a ，短半径b 扁率α。

其关系式为：（1-1） 我国目前采用的地球椭球体的参数值为：a=6 378 140m ，b=6 356 755m ，α=1：298.257。

由于地球椭球体的扁率α很小，当测量的区域不大时，可将地球看作半径为6371km 的圆球。

工程独立坐标系的建立方法讨论作者：刘锋来源：《中国科技纵横》2014年第22期【摘要】坐标系统的建立对一项工程来说是一项首先必须进行的工作，坐标系统选择的适当与否关系到整个工程的质量问题，因此对坐标系统的研究是一项非常重要的工作。

文章根据目前工程项目建设的不同，讨论了几种不同坐标系建立的方法。

【关键词】独立坐标坐标换带投影面投影带1 引言不同的工程，可以使用不同的坐标系，普通工程一般使用国家坐标系。

对于线路工程，为使投影长度变形控制在允许的范围之内，需要沿线分段建立坐标系。

当测区控制面积较小，直接把局部地球表面作为平面，可采用假定坐标建立独立平面坐标系。

2 高斯平面直角坐标系的建立大地坐标系是以椭球面为基准面的坐标系，它可以用来确定地面点在椭球面上的位置，但是如果用于大比例尺测图控制网以及工程控制网则不适应。

因此通常是将椭球面上的元素，如大地坐标、长度、方向等转化至平面上，采用平面直角坐标系进行计算。

2.1 高斯投影与高斯平面直角坐标高斯投影是将一椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定的投影方法将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。

在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴，以赤道的投影为横坐标轴，这样便形成了高斯平面直角坐标系。

2.2 坐标的换带计算由于中央子午线的经度不同，使得椭球面上统一的大地坐标系，变成了各自独立的平面直角坐标系，就需要将一个投影带的平面直角坐标系，换算成另外一个投影带的平面直角坐标，称为坐标换带。

坐标换带计算方法是先根据第一带的平面坐标x，y和中央子午线的经度L。

按高斯反算公式求得大地坐标B，L然后根据B，L和第二带的中央子午线经度按高斯正算公式求得在第二带中的平面坐标。

3 独立坐标系统的建立建立独立坐标系的主要目的就是为了减小高程归化与投影变形产生的影响，必须将它们控制在一个微小的范围内，使计算出来的长度在实际利用时不需要做任何改算。

论述高斯平面直角坐标系的建立过程在数学的发展史上，高斯平面直角坐标系是一项极为重要的发明，它可以用于表示平面上的所有点，并且常常被广泛地应用于数学、物理、工程等各个领域。

但是，这一坐标系的建立并不是一蹴而就的，下面我们将分步骤来阐述高斯平面直角坐标系的建立过程。

第一步，建立一组直角坐标系高斯平面直角坐标系的建立首先要由一组直角坐标系起步。

这组直角坐标系一般都是由两条垂直于某一直线的直线构成的。

其中，垂直于直线的水平线被称为x轴，与之垂直的竖直线被称为y轴，而这条直线则被称为坐标轴。

在这个直角坐标系中，任何一个点都可以用(x,y)的形式表示出来，其中x是该点在x轴上的坐标，y是该点在y轴上的坐标。

第二步，确定x轴和y轴的正方向在确定了一组直角坐标系之后，我们还需要确定x轴和y轴的正方向。

这一般是由实际问题所决定的。

例如，对于地图上的坐标系来说，一般规定x轴为东向，y轴为北向；对于物理学中的坐标系来说，一般规定x轴为水平向右，y轴为竖直向上等等。

第三步，建立单位长度在坐标系中，我们还需要规定一个长度单位。

这个单位长度可以是任意的，但是为了便于使用，一般会选择某种已经定义好的度量单位。

例如，对于平面直角坐标系来说，我们可以选择米、厘米、英尺等等作为长度单位。

第四步，建立高斯平面直角坐标系在上述步骤完成之后，就可以建立起一组平面直角坐标系了。

但是，高斯平面直角坐标系还需要进行一些改进。

我们将建立一个平面，将平面上的每一个点对应于一个坐标(x,y)，并且每一个坐标对应于一个唯一的点。

这样，我们就可以用坐标的方式表示平面上的所有点，从而更方便地进行计算或研究。

以上就是高斯平面直角坐标系的建立过程。

要想使用这一坐标系，必须事先清楚地了解每一步的含义和作用。

这样，我们才能更好地应用高斯平面直角坐标系在实际问题中取得更好的结果。

大地测量学基础一、填空题：1、时间的计量包括时间原点和度量单位（尺度）两个元素。

坐标的计量包括坐标原点、坐标轴的指向和坐标的尺度三个元素。

2、测量外业工作的基准线是铅垂线，基准面是大地水准面。

在椭球面上进行大地测量计算的基准线是法线，基准面是椭球面。

3、经纬仪十字丝分划板上丝和下丝的作用是测量视距。

4、衡量精度的指标有中误差、极限误差、或然误差、平均误差、相对误差。

5、过椭球面上一点P 的垂线与赤道面的夹角称为大地纬度，椭球面上一点P 与椭球中心的连线与赤道面的夹角称为地心纬度，在过椭球面上一点P 的子午面上，以椭圆中心O 为圆心,以椭球长半径a 为半径做辅助圆，反向延长过P 点并与x 轴垂直的垂线，与辅助圆交于P 1点，则P 1与椭球中心的连线与赤道面的夹角称为归化纬度，符号q= BBN B M 0cos d 表示等量纬度。

6、某直线的方位角为123°20’，该直线的反方位角为303°20’。

已知P 1点坐标（-2，-2），P 2点坐标（-4，-4），则P 1P 2的方位角为225°，P 2P 1的方位角为45°。

【注释】在同一高斯平面直角坐标系内一条直线的正、反坐标方位角相差180°，即：α12=α21±180°。

（详见数字测图课本23页）7、水准路线按布设形式分为闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。

8、高斯投影属于横轴椭圆柱等角投影，保证了投影的角度不变性，图形的相似性，以及在某点方向上的长度比的同一性。

在高斯平面直角坐标系中，中央子午线的投影为坐标x 轴。

9、旋转椭球的形状和大小是由子午椭圆的5个基本几何参数来决定的，他们分别是长半轴a 、短半轴b 、扁率、第一偏心率、第二偏心率。

两个互相垂直的法截弧的曲率半径，在微分几何中统称为主曲率半径，它们是指子午圈曲率半径和卯酉圈曲率半径，椭球面上任意一点的平均曲率半径R 等于该点的子午圈曲率半径和卯酉圈曲率半径的几何平均值。

空间数据的地理参照系和控制根底4、高斯—克吕格投影高斯—克吕格投影是一种横轴等角切椭圆柱投影。

它是将一椭圆柱横切于地球椭球体上，该椭圆柱面与椭球体外表的切线为一经线，投影中将其称为中央经线，然后根据一定的约束条件即投影条件，将中央经线两侧规定围的点投影到椭圆柱面上，从而得到点的高斯投影(图3-2-5)。

将一球椭球体地球装在椭圆柱上下切点为中央经线。

高斯投影的条件为：(1)中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴；(2)等角投影；(3)中央经线上没有长度变形。

根据高斯投影的条件推导出的高斯—克吕格投影的计算公式为：式中：X、Y为点的平面直角坐标系的纵、横坐标；φ、λ为点的地理坐标，以弧度计，λ从中央经线起算；S为由赤道至纬度φ处的子午线弧长；N为纬度φ处的卯酉圈曲率半径；其中η为地球的第二偏心率，a、b那么分别为地球椭球体的长短半轴。

高斯投影由于是等角投影，故没有角度变形，其沿任意方向的长度比都相等，其面积变形是长度的两倍。

对高斯—克吕格投影长度变形的研究可以依下述长度比表达式进展：由该长度比公式可以分析出高斯投影变形具有以下特点：(1)中央经线上无变形；(2)同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；(3)同一条经线上，纬度越低，变形越大；由此可见，高斯投影的最大变形处为各投影带在赤道边缘处，为了控制变形，我国地形图采用分带方法，即将地球按一定间隔的经差(6°或3°)划分为假设干相互不重叠的投影带，各带分别投影。

1：2.5万至1：50万的地形图均采用6°分带方案，即从格林尼治零度经线起算，每6°为一个投影带，全球共分为60个投影带。

我国领土位于东经72°到136°之间，共包括11个投影带(13带～22带)。

1：1万与更大比例尺地形图采用3°分带方案，全球共分为120个投影带。

图3—4给出了高斯投影的6°带和3°带分带方案。

测量学中使用的平面直角坐标系统包括高斯平面直角坐标系和独立平面直角坐标系高斯平面直角坐标系简称高斯坐标，是经高斯投影后的地面点坐标。

地面点的x坐标值，表征此地面点至赤道的距离，中国位于北半球，X坐标值均为正值，“位于北半球”的“N”也常省略；地面点的Y坐标值、表征此地面点至中央子午线的距离，当地面点位于中央子午线以东时为正，位于以西时为负。

通常将纵坐标轴向西平移500千米，不仅可保证六度带投影和三度带投影后的Y坐标值不出现负值，并可使其千米数是3位数，以便与前面所加的带号区别开。

全球有60个（对于六度带投影）或120个（对于三度带投影）地面点具有相同的Y坐标值，为使Y坐标值能与地球椭球体面上的地面点一一对应，并反映地面点所处投影带的带号，常在移轴后的Y坐标值之前，加上相应的带号，此时Y坐标值连同相应的X坐标值，称高斯坐标的通用值（常称高斯坐标）。

而将未经移轴加带号者称高斯坐标的自然值。

当Y坐标值大于500千米时，表示此地面点位于中央子午线以东，反之位于以西。

中国疆域位于六度带投影的第13带～23带和三度带投影的第25带～45带之间，故带号24作为区分六度带投影抑或三度带投影的标志。

如：中国有两地面点分别为XA=432123.567米，YA=19623456.789米；XB=345678.912米，YB=38356789.123米。

即此地面点A位于赤道以北432123.567米、六度带投影的第19带，其中央子午线的经度为东经110，位于中央子午线以东123456.789米；地面点B位于赤道以北345678.912米、三度带投影的第38带，其中央子午线的经度为东经140°，位于中央子午线以西143210.877米。

独立平面直角坐标系当地形图测绘或施工测量的面积较小时，可将测区范围内的椭球面或水准面用水平面来代替，在此水平面上设一坐标原点，以过原点的南北方向为纵轴(向北为正，向南为负)，东西方向为横轴(向东为正，向西为负)，建立独立的平面直角坐标系，测区内任一点的平面位置即可以其坐标值表示。

论述高斯平面直角坐标系的建立过程
高斯平面直角坐标系是一种常用的坐标系，它是由德国数学家高斯在18世纪末和19世纪初所创立的。

高斯平面直角坐标系的建立过程可以分为以下几个阶段：
1. 坐标系的基本概念
在建立坐标系之前，必须先了解坐标系的基本概念。

坐标系是由两条互相垂直的坐标轴组成的一组直角坐标系。

在高斯平面直角坐标系中，通常选择x轴和y轴作为坐标轴。

2. 坐标系的建立
高斯平面直角坐标系的建立是通过指定一个原点和两条互相垂
直的坐标轴来实现的。

在高斯平面直角坐标系中，通常将原点设为坐标轴的交点O。

3. 坐标系的单位
在高斯平面直角坐标系中，通常使用米或厘米作为长度单位，使用弧度或度作为角度单位。

这些单位的选择取决于所研究的问题的特性。

4. 坐标系的转换
在实际的问题中，有时需要将高斯平面直角坐标系转换为其它坐标系，例如极坐标系或三维坐标系。

转换坐标系需要使用数学工具，例如三角函数、矩阵乘法等。

总之，高斯平面直角坐标系的建立过程是一个逐步深入的过程，需要对数学知识的应用和理解。

通过对高斯平面直角坐标系的深入研
究和应用，我们可以更好地理解和解决实际问题。

第八章高斯平面直角坐标§1 正形投影的基本公式一、地图投影的概念1.投影的必要性及其方法①投影的必要性：测量工作的根本任务，是测定地面点的坐标和测绘各种地形图。

因：1）椭球面上计算复杂；2）地图是画在平面图纸上，故，有必要将椭球面上的坐标、方向、长度投影到平面上。

②投影的方法：按一定的数学法则，得到如下的解析关系（函数关系）x＝F1(B，L)y＝F2(B，L)式中B，L——椭球面上的大地坐标x，y——投影平面上的直角坐标按高斯投影方法得到的平面直角坐标x，y叫高斯平面直角坐标。

2.投影的分类椭球面是不可展开的曲面（圆柱，圆锥面是可展开曲面）。

若展开成平面，必产生变形。

投影按变形的性质可分为：等距离投影━投影后地面点见的距离不变等面积投影━保证投影后面积不变等角投影━投影后微分范围的形状相似3.测量采用的投影测量工作从计算和测图考虑，采用等角投影（又称正形投影、保角投影）。

其便利在于：1）可把椭球面上的角度，不加改正地转换到平面上。

（注：椭球面上大地线投影到平面上亦为曲线。

为实用，需将投影的曲线方向改正为两点间弧线方向，称方向改化。

方向改化是在平面上为实用而做的工作，非投影工作。

且：①改化小，公式简单；②只在等级控制改化，图根控制、测图不顾及）2）因微分范围内投影前后图形相似，则大比例尺图的图形与实地完全相似，应用方便。

二、正形投影1.正形投影的特性有微分三角形如图：对于保角投影：A′＝A；B′＝B；C′＝C所以长度比 cc b b a a md d d d d d '='='=故，正形投影在一个点（微分范围）上，各方向长度比相同。

即投影后保持图形相似。

例如下图，对一个任意形状的微小图形，总可以取一个边数极多的中点多边形逼近它，对于正形投影：m obb o oa a o =='='但上述特点只在微分范围内成立。

在广大范围内，投影前后图形保持相似是不可能的（否则意味着椭球面可以展开）。

高斯克鲁格坐标系
高斯克鲁格坐标系是一种平面直角坐标系，用于大规模的地图绘制和地理信息处理。

它由德国数学家高斯和克鲁格在19世纪末创建，是一种经典的地理坐标系统。

高斯克鲁格坐标系建立在椭球面上，将地球表面划分为若干个区域，每个区域用一个椭球和一个投影方式描述。

对于每个区域，都有一个标准子午线和一个中央经线。

在这个区域内，所有点都可以用相对于这个中央经线的经度和纬度以及相对于赤道的距离来描述。

高斯克鲁格坐标系的投影方式是将地球表面投影到一个平面上，这个平面与椭球面正切，以此来保留地球表面的形状和大小。

同样的，对于每个区域，都有一个特定的投影方式，投影后得到的平面坐标被称为高斯克鲁格坐标。

高斯克鲁格坐标系在地图制图中有着广泛的应用。

以中国为例，中国全境被划分为六个区域，每个区域都有一个中央经线和一个标准子午线。

在每个区域内，高斯克鲁格坐标系被用来描述地图上的每个点。

通过将高斯克鲁格坐标系与其他地理信息系统相结合，可以实现如地图浏览、路径规划、地图更新等功能。

高斯克鲁格坐标系也有一些缺点。

由于它是基于地球椭球面的投影方式，因此在边缘区域和大幅地图上存在投影误差，可能导致测量的不
准确。

另外，在不同的区域之间转换坐标也存在复杂的计算过程。

因此，在应用时需要注意这些问题，并采取适当的校正措施。

总的来说，高斯克鲁格坐标系作为一种经典的地理坐标系统，在地图
制图和地理信息处理方面具有重要的作用。

通过了解它的原理和应用，我们可以更好地理解和使用地图，并将其应用于我们的工作和生活中。

张家口市万全县统一高斯平面直角坐标系的建立
王文栋;杨久东
【期刊名称】《地矿测绘》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】根据张家口市万全县所处的地理位置情况及其面积广、高差大的县域特点，分别从满足国土资源管理部门土地调查和满足全县工程建设、城乡规划的需要出发，分析了如何建立全县统一的高斯平面直角坐标系的技术方法。

【总页数】4页(P41-44)
【作者】王文栋;杨久东
【作者单位】河北联合大学，河北唐山 063009; 河北省地质测绘院，河北廊坊065000;河北联合大学，河北唐山 063009
【正文语种】中文
【中图分类】P226+.3
【相关文献】
1.任意带高斯投影平面直角坐标系的建立 [J], 唐升峰;杨国创;陈安平
2.具有抵偿面任意带高斯投影平面直角坐标系的优势探讨 [J], 王芳;王建
3.几种常用平面直角坐标系与国家统一3°带坐标系转换原理、方法 [J], 钱小龙;路晓明;冯梅
4.任意带高斯正形投影平面直角坐标系的选择 [J], 王毅;张蓓
5.高斯正形投影平面直角坐标系在工程测量中的应用 [J], 王守康
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