坐标系基础原理 (1).pptxVIP

三维智能产品线坐标系基础

建立坐标系的目的坐标系:在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。目的：描述相对于参考目标的位置。日常生活和工作的参考目标为地球。笛卡尔坐标系（直角坐标系）球坐标系柱面坐标系直角坐标系球坐标系组成要素:坐标系原点O，X、Y和Z三个坐标轴方向，单位尺度。

为什么要描述地球的形状平面空间:在平面空间中可以非常容易的建立平面坐标系和高程坐标系，也就是常用的直角坐标系。地球空间:实际生活的地球是一个不规则球形（梨形），其质量分布也不均匀。理想的空间与实际地球因为地球的形状和质量分布的特点，所以精确描述地球的形状和质量分布需要复杂的公式和模型。描述地球的形状是准确定位的基础。

如何描述地球的形状参考椭球面:为了解决投影计算问题，通常选择一个与大地水准面非常接近的，能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面。（二级逼近）大地水准面：一个假想的、与静止海水面相重合的重力等位面，以及这个面向大陆底部的延伸面。它是高程测量中正高系统的起算面。（一级逼近）水准面：即静止的海洋面延伸通过大陆和岛屿所围成的闭合曲面。

如何描述相对于地球的位置地理坐标系:用经纬度表示地面点位的球面坐标系。天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地精度λ，大地纬度ψ，大地高h表示。地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度通大地经度λ，地心纬度是指参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角ψ。参心坐标系:参心坐标系是以参考椭球的集合中心为基准的大地坐标系，通常划分为参心空间直角坐标系（x，y,z），参心大地坐标系(B,L,H)。1954北京坐标系，1980西安坐标系，新1954北京坐标系。地心坐标系：地心坐标系是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。WGS-84坐标系，2000国家大地坐标系。因为地球自转和地壳运动等多种因素，地球形状和质量分布会随时间发展而变化，地球质心因此也会发生变化。科学家门建立起一套描述地球形状、质量变化检测的控制点和变化规则的系统，这就是框架系统。不同的CORS站可能会采用不同的框架系统，因此采用同样椭球测量的坐标会有差别。

常见坐标系及地方坐标系常见坐标系：北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84坐标系、2000国家大地坐标系、1985国家高程基准地方坐标系：为了更加契合地方实际的地球形态，从而减小误差而建立的各种坐标系，通常定义必威体育官网网址；如北京2000坐标系、上海2000坐标系。

如何描述相对于地球的高程大地高:地面点沿椭球面的法线到椭球面的距离（H大）正高：地面点沿铅垂线到大地水准面距离（H正）正常高：地面点铅垂线到似大地面的垂直距离（H常）大地水准面高N似大地水准面ξ三个高关系：H大=H正+N=H大=H常+ξ地面上任意两点之间的正高高差为：H大=H正-N地面上任意两点之间的正常高高差为：H常=H正-ξ由于似大地水准面与大地水准面差异很小，在小范围内，N与ξ差异更小，所以实际应用中一般不区分正高与正常高。要将GPS大地高转换为工程应用中需要的正高，需求出相应的大地水准面高。

如何将对地球的测量呈现在纸上（制图）地球表面是不可展开的曲面，而地图必须是一个平面，因此将地球表面展开成地图平面必然会产生裂隙或褶皱，必须采用一定的数学方法将曲面展成平面，而且使其变形较小，这种数学方法，成为地图投影。地图投影的变形，通常可以分为长度、面积和角度三种。其中，长度变形是其他变形的基础。等角投影：地球表面上无穷小图形投影后仍保持相似，或两微分线段所组成的角度投影后仍保持相似或不变（又称之为正形投影）。等面积投影：地球表面上的图形在投影前后面积保持不变；任意投影：既不具备等角性质，又没有等面积性质的投影，统称为任意投影。等距离投影：在任意投影中，如果沿某一方向的长度比等于1，即a=1或b=1，则这种投影称为等距离投影。正轴投影：极点在两地极上，或投影面的中心线与地轴一致。斜轴投影：极点既不在两极上又不在赤道上，或投影面的中心线与地轴斜交。横轴投影：极点在赤道上，或投影面的中心线与地轴垂直。

常用投影：高斯克-吕格投影设想一个平面卷成横圆柱套在地球外，通过高斯投影，将中央子午线的投影作为纵坐标轴，用N表示，将赤道的投影作横坐标轴，用E表示，两轴的交点作为坐标原点o，由此构成的平面直角坐标系，称为高斯平面直角坐标系。在高斯平面直角坐标系里，E坐标值有正有负，这对于计算和使用都不方便，为了使E坐标都为正值，故将纵坐标轴向西平移50万米。因此通常坐标系统参数里，东