ITRS,GCRS和J2000坐标系的相互转化

ITRS/GCRS/J2000坐标系的相互转换

李云飞(blitheli@https://www.wendangku.net/doc/0910239310.html,)

南京大学天文系/上海航天技术研究院

2008-12-6 本文主要阐述了目前国际天文界最新规定的岁差章动模型(IAU 2000A/B)，并根据此模型给出ITRS,GCRS和J2000平赤道地心系相互转换的详细步骤。

本文主要依据《IERS Conventions 2003》(IERS Technical Note No. 32)而来，由于文章为英文，且详细叙述了ITRS,GCRS参考系以及岁差章动等模型，会使得读者初次阅读（或天文背景知识不够）产生阅读障碍。笔者也是在多次反复阅读的基础上并参考其它书籍和文献才稍微弄清楚，因此本文是笔者关于此文献的一个总结，希望能够对读者有所帮助。

本文不打算对坐标系转换的理论（岁差章动，极移等）进行详细讲解，仅仅给出坐标转换的基本步骤和必要常识，以便读者根据此文能够迅速掌握ITRS,GCRS和J2000平赤道地心系相互转换的基本原理，并能够依据IERS提供的Fortran源程序进行实际编程应用。

0 前言

0.1 名词缩写和解释

BCRS barycentric celestial reference system

CEO celestial intermediate origin

CIP celestial intermediate pole

CIRS celestial intermediate reference system

parameters

orientation

earth

EOP

GCRS geocentric celestial reference system

GMST Greenwich mean sidereal time

GAST Greenwich apparent sidereal time

IAU international astronomical union

ICRS international celestial reference system

IERS international Earth rotation and reference systems service

ITRS international terrestrial reference system

J2000 2000 January 1.5

SOFA standards of fundamental astronomy

TEO terrestrial intermediate origin

TIRS terrestrial intermediate reference system

time

terrestrial

TT

UT1

time

universal

UT

UTC coordinated universal time

0.001

MAS milliarcsecond () ''

0.2 ITRS

就是我们常说的地固坐标系，其原点在地球质心（包含大气海洋等质量），坐标系xy平面为地球赤道面，z轴指向北极CIO处，x轴指向格林威治子午线与赤道面交点处。

此坐标系固定在地球上，地面站测控，以及地球引力场系数等都在此坐标系下定义。

0.3 J2000.0 Mean equator, mean equinox dynamical system

常被称为J2000平赤道地心坐标系。其原点也是在地球质心，xy 平面为J2000时刻的地球平赤

道面，x 轴指向J2000时刻的平春分点（J2000时刻平赤道面与平黄道面的一个交点）。

此坐标系常被作为地球卫星的惯性坐标系，卫星运动积分等都在此坐标系计算。

0.4 GCRS

J2000地心天球坐标系，其定义与J2000平赤道地心坐标系仅有一个常值偏差矩阵B 。目前IAU

推荐用此坐标系逐渐取代J2000平赤道地心坐标系。

0.5 一些时间量

1(132.184UT UTC UT UTC DAT TAI UTC

TAI UTC DAT

TT TAI s

)

=+?=?=+=+ (1)

给定UTC 时刻，可求得其距离J2000的世纪数，即 t = (TT - 2000 January 1d 12h TT) in days/36525.

上式中2000 January 1d 12h TT 对应的儒略日(Julian day)为2451545.0天。

0.6 坐标转换

当一坐标系绕其3个轴旋转θ角时，则坐标旋转矩阵可表述为：

100()0cos sin 0sin cos cos 0sin ()010sin 0cos cos sin 0()sin cos 000x y z R R R 1θθθθθθθθθθθθθθθ????=???????

?????=??????

????=???????

其旋转方向符合右手螺旋法则，即逆时针旋转为正方向。另外坐标旋转矩阵具备如下性质：

1()()()T R R R θθθ?==?

1 背景知识

我们知道，地球的自转轴在惯性空间中不是固定的，而是不断摆动的。此摆动造成地轴绕北黄

级顺时针运动，夹角约为23.5度。于此同时，地轴还在做微小的抖动，见下图。前者的运动称为岁

差(Precession)，后者运动成为章动(Nutation)。岁差章动的原因主要有两个方面。其一是太阳系行星

对地球绕日轨道所产生的摄动影响；其二是太阳和月球对地球赤道隆起部分的摄动影响。

关于岁差章动的计算，此前一直采用IAU 1976岁差模型和1980章动模型。随着时间的推移，

此模型的精度逐渐跟不上需要。因此，IAU 又规定，自2003年1月1日起，采用新的岁差章动模型，

即IAU 2000A 模型（精度到达0.2mas ），或者IAU 2000B 模型（精度达到1mas ）。

岁差章动模型描述了地球自转轴的运动，另外，由于地球表面的海洋，大气运动以及地核内部

液体的运动造成地球自转轴并不是相对地球不动的；相对地球北极CIO 点来说有个小范围的运动，

此种现象成为极移。

此外，地球的自转也不是均匀的，也很复杂。

综上所述，从地固坐标系(ITRS)到地心惯性系(GCRS 或J2000平赤道地心系)的坐标转换矩阵由

极移，自转和岁差章动组成。

图表 1 地轴的岁差章动现象

2 ITRS 到GCRS 的转换矩阵

本文采用IAU 2000A/B 岁差章动模型，在某历元UTC 时刻，ITRS 到GCRS 的转换矩阵可写成：

(2)

()()()()T GCRS ITRS ITRS r Q t R t W t r HG t r =???=?K K K 其中，和分别对应同一向量在ITRS 和GCRS 坐标系中的坐标。

ITRS r K GCRS r K

上式中，，()W t ()R t 和分别对应极移，自转和岁差章动转换矩阵。

()Q t

在计算()R t 和的时候，会有两种计算方法，我们分别称为CEO-based 转换方法和equinox-based 转换方法。其中前者为IAU 提出的新的计算方法。

()Q t 下面分别给出上述三个转换矩阵的求解过程。

2.1 极移矩阵

()W t

()(')()()z y p x W t R s R x R y p =??? (3)

上式中，为： 's

'-0.047 s mas t =?

极移量(,)p p x y 的求解为：

(,)(,)(,)(,)p p IERS tidal nutation x y x y x y x y =+ΔΔ+ΔΔ

极移量主要是由IERS 根据天文观测给出的，每周都有新的观测数据，此外，由于地

球潮汐和章动的影响，会对极移有微小的修正(,)IERS x y (,)tidal x y ΔΔ和(,)nutation x y ΔΔ。

上式中，(,由IERS 给出的观测数据计算求得，(,)IERS x y )(,)tidal nutation x y x y ΔΔ+ΔΔ可由公式计

算得到，IERS 提供此fortran 源程序。

2.2 地球自转矩阵()R t

()()z R t R θ=? (4)

地球自转角θ的求解根据转换方法的不同有不同的求解方式（CEO-based 或者equinox-based ），

具体求解IERS 给出了fortran 源程序。

2.3 岁差章动矩阵

()Q t 前面提到，计算此矩阵有两种方法：

1.) CEO-based 方法：

这种方法是IAU 最新提出的并极力倡导的，其计算公式为： 2222221()1()1()121)

z aX aXY X Q t aXY aY Y R s X Y a X Y a X Y ??????=????????+?

?=++其中：?? (5) 上式中：

2000(,)(,)(,)IAU IERS X Y X Y dX dY =+ (6)

2000(,)IAU X Y 和可根据IAU 2000A/B 岁差章动模型求解出，IERS 同样给出求解的fortran 源程

序，另外，由于IAU2000A/B 岁差章动模型没有包含地轴的高频率运动，所以要加上IERS 通过观测

数据给出的高频率修正项。

s (,)IERS dX dY 2.) Equinox-based 方法：

()()()Q t B P t N t =?? (7)

其中，常值偏差矩阵B ，岁差矩阵和章动矩阵如下：

()P t ()N t 0000()()()()()()()()()()()()z y x x z A x A z A x z x B R R R P t R R R R N t R R R δαξηεψωχεψεε=??????=???????=??Δ?+Δ?

(8)

章动量(,)ψεΔΔ为：

2000(,)(,)(,)IAU IERS ψεψεδψδεΔΔ=ΔΔ+ΔΔ (9)

上式中，2000(,)IAU ψεΔΔ(,dX )IERS 由IERS 2000A 章动模型给出。前面提到过，IAU 2000A/B 模型提供

的岁差章动不包含高频率项，而是由IERS 的观测数据提供（上式右端最后一项），但是在IERS 给

出的观测数据中仅仅给出，我们可以通过IERS 提供的fortran 源程序将转

换为)IERS dY (,)IERS dX dY (,δψδΔΔε。

其余参数皆为岁差参数，可以通过公式求出，此处从略。

值得一提的是常值偏差矩阵B 中的参数也是给定的，在CEO-based 方法求解中，此偏差是包含

在中的。

2000(,)IAU X Y 3 利用IERS 提供的Fortran 源程序进行转换

上节中详细讲述了ITRS 到GCRS 转换矩阵的求解过程，在实际应用中，如果是自己编写源程

序的话是件非常琐碎的事情，因为IERS 2000A/B 章动模型的参数多达1000多项。幸而这些基本子

程序IERS 都提供了，我们所做的就是如何正确的运用这些源程序，并将它们组合起来。

在ftp://https://www.wendangku.net/doc/0910239310.html,/conv2000/chapter5/上可下载相关的源程序，子程序列表如下：

图表 2 IERS 提供有关IAU 2000的fortran 源程序 子程序名

说明 BPN2000

CEO-based intermediate-to-celestial matrix CBPN2000

equinox-based true-to-celestial matrix EE2000

equation of the equinoxes (EE) EECT2000

EE complementary terms ERA2000 Earth Rotation Angle GMST2000

Greenwich Mean Sidereal Time GST2000

Greenwich (apparent) Sidereal Time NU2000A

nutation, IAU 2000A NU2000B

nutation, IAU 2000B POM2000

form polar-motion matrix SP2000 the quantity s’ T2C2000

form terrestrial to celestial matrix XYS2000A X, Y , s

interp.f

Interpolation of IERS polar motion and UT1 time series uai2000.f IAU 2000 celestial pole offsets conversion (dpsi,deps,dX,dY) 上表最后可从ftp://hpiers.obspm.fr/iers/models 上下载得到。

3.1 IERS 观测数据的处理

前面一再提到IAU 2000A/B 章动岁差模型不包含高频率项，因此在完整的坐标转换过程中，必

须考虑到IERS 提供观测数据的高频率修正项。

IERS 每周发布Bulletins A ，每月发布Bulletins B ，它们都是描述EOP 的参数，下面是综合的

EOP 参数文件(C 04)，其主要内容如下：

图表 3 IERS 观测数据 C 04 文件

注意上述文件中，dPsi,dEpsilon 是针对IAU 1980章动模型的修正项1980(,)IAU δψδεΔΔ，

不是IAU 2000A 章动模型的修正项2000(,)IAU δψδεΔΔ，因此不需要使用。

根据UTC 时刻的儒略日，加上数据列表，可调用interp.f 文件中的interp

子程序插值计算出对应UTC 时刻的,,,UT1-UTC MJD x y )(,p p x y T1-UTC 和。在子程序interp 中，先插值计算出

IERS 的观测数据(,和，然后内部调用子程序PMUT1_OCEANS 和

PM_GRA VI 计算由潮汐和章动引起的高频率修正项IERS (UT1-UTC)IERS )(,),(,tidal x y )IERS x y (U )nutation x y ΔΔΔΔ和，

然后分别相加，给出最后的tidal (UT1-UTC)(,)p p x y 和。

UT1-UTC 另外，根据IERS 的观测数据列表,,,,MJD dX dY LOD DAT ，

可插值计算出，LOD 和DAT 。若为equinox-based 方法转换，则需要调用uai2000.f 文件中的子程序dXdY_dpsideps 将

转换为(,)IERS dX dY (,)IERS dX dY (,)IERS δψδεΔΔ。

有了和DAT ，则可根据式UT1-UTC (1)求得UT1，TT 和t 。这些时间量在以后的子程序中都需

要。

3.2 具体转换步骤

首先调用子程序SP2000求得，再由上面插值求得的(,'s )p p x y ，调用子程序POM2000即可求

得极移矩阵。 ()W t 求地球自转和岁差章动矩阵有两种方法，下面分别叙述：

1.) CEO-based transformation

调用ERA2000求得地球自转角θ；

然后调用子程序XYS2000A 求得(s 再加上上面观测数据插值的(则可求得(,2000,)IAU X Y 和，，

,)IERS dX dY )X Y ，

参见式(6)。根据(,,)X Y s ，利用子程序BPN2000即可求得岁差章动转换矩阵()Q t 。 qui 2.) E nox-based transformation

量调用子程序NU2000A 求得章动2000(,)IAU ψεΔΔ，再加上由观测数据插值求得的转换(,)IERS

dX dY 后的(,)IERS δψδεΔΔ，得到最后的(,)ψεΔΔ，参见式(9)；

由εΔ00即可求得地球，调用GST20自转角θ;

然后再由(,)ψεΔΔ。调用子程序CBPN2000，求得岁差章动矩阵Q t 。此处需要对子程序

CBPN2000进行简单的说明，其内部利用式()(8)进行常值偏差矩阵B 和岁差章动矩阵P,N 的计算，最后

给出矩阵()Q

t 由上述两种方法之一求得，()W t θ和，调用子程序T2C2000即可求得ITRS 到GCRS 的

转换矩阵。

()Q t ()T

HG t 若采用方法二时，可以用子程序NU2000B 替代NU2000A ，其它都不变，此种转换的精度稍低

(1mas)，但是其计算速度会快很多，在精度要求不是很高的情况下采用此种方法可使计算速度大大

提高。 4 其它的一些说明

1.) 下面给出GCRS 和ITRS （包含速度）转换的完整表述：

(10) {}[()()()]()[()()]()()()T ITRS GCRS GCRS T TIRS GCRS T T T ITRS

GCRS TIRS r Q t R t W t r HG t r r Q t R t r V W t R t Q t V r ω⊕?=???=???=????=???×??K K K K K K K K K K 和

(11) {}()()()()()()()()T GCRS ITRS ITRS TIRS ITRS GCRS

ITRS TIRS r Q t R t W t r HG t r r W t r V Q t R t W t V r ω⊕?=???=???=???=???+×??K K K K K K K K 其中：

57.29211514670697910186400LOD ω?⊕??=×?

???? 上式中的LOD 由IERS 的观测数据插值求得。 注意上述公式中和的区别，TIRS r K ITRS r K TIRS r K

为地固系ITRS 坐标ITRS r K 经过极移转换矩阵后的坐标。

2.) 若需要GCRS 和J2000平赤道地心系的相互转换，只需要常值偏差矩阵B 即可（式(8)）。其具体的

源程序需要读者自行编制。 2000200020002000GCRS J GCRS J T J GCRS T J GCRS

r B r V B V r B r V B V =???=???=???=??K K L L K K L L (12) 3.) 在IERS 提供的fortran 源程序中，有部分子程序需要调用IAU SOFA 软件包中的子程序，有关

IAU SOFA 软件包的说明和使用请参见我的文档《IAU SOFA 软件包介绍》。

4.) IAU SOFA 软件包中也包含有关岁差章动和极移等基本子程序，其主要内容和本文介绍的fortran

源程序大同小异。但其软件包中还包含以前的岁差章动模型以及最新的IAU2006岁差模型，读

者需要的话可参考其文档说明“sofa_pn.pdf ”，并有具体例子，强烈建议读者阅读。

5 参考文献

1.IERS Conventions(2003)

可从IERS网站上下载(https://www.wendangku.net/doc/0910239310.html,)。此文详细叙述了IAU 2003A/B岁差章动模型，以及ITRS和GCRS坐标系的定义和详细转换过程，也是本文档的主要英文依据。在尽可能的情况下，读者可以多阅读几遍。

2.《Fundamentals of Astrodynnamics and Applications》, Third Edition. Microcosm Press, 2007

此书为David A. Vallado所著，此书中第3章“Coordinate and Systems”详细介绍了时间，坐标系系统，以及详细的ITRS到GCRS的转换过程。

3.ftp://https://www.wendangku.net/doc/0910239310.html,/conv2000/chapter5/和ftp://hpiers.obspm.fr/iers/models

此两ftp网站上含有IAU 2000岁差章动模型的所有Fortran源程序。也是本文中子程序的来源处。

4.https://www.wendangku.net/doc/0910239310.html,/

从此网站上可下载IAU SOFA软件包，里面同样包含IAU 2000岁差章动模型的所有Fortran源程序，另外还包括最新的IAU 2006模型，以及儒略日计算，行星历表等常用基本子程序。

5.http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/

此网站包含EOP各种类型数据，包含IERS的Bulletin A/B 和C 04，以及一些其它文件的说明。

坐标系向国家大地坐标系的转换完整版

坐标系向国家大地坐标 系的转换 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

北京54坐标系向国家2000大地坐标系的转换 摘要：2000国家坐标系统提高了测量的绝对精度，并且可以快速获取精确的三维地心坐标，能够提供高精度、地心、实用、统一的大地坐标系，自此以后的测量成果要求坐标系统采用2000国家大地坐标系，本文就北京54坐标系和2000国家大地坐标系原理和转换方法进行简单的分析。 1引言大地坐标系是地球空间框架的重要基础，是表征地球空间实体位置的三维参考基准，科学地定义和采用国家大地坐标系将会对航空航天、对地观测、导航定位、地震监测、地球物理勘探、地学研究等许多领域产生重大影响。建立大地坐标框架，是测量科技的精华，与空间导航乃至与经济、社会和军事活动均有密切关系，它是适应一定社会、经济和科技发展需要和发展水平的历史产物。过去受科技水平的限制，人们不得不使用经典大地测量技术建立局部大地坐标系，它的基本特点是非地心的、二维使用的。采用地心坐标系，即以地球质量中心为原点的坐标系统，是国际测量界的总趋势，世界上许多发达和中等发达国家和地区多年前就开始采用地心坐标系，如美国、加拿大、欧洲、墨西哥、澳大利亚、新西兰、日本、韩国等。我国也于2008年7月开始启用新的国家大地坐标系—2000国家大地坐标系。 2北京54系我国北京54坐标系是采用前苏联的克拉索夫斯基椭球参数（长轴6378245ra，短轴635686m，扁率1/298．3），并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。其坐标的原点不在北京，而是在前苏联的普尔科沃。

不同类型地图使用的投影与坐标系

不同类型地图使用的投影与坐标系 (2016-08-12 15:29:29) 不同类型地图使用的投影与坐标系 1.概念辨析 地图投影跟大地坐标系是完全两个东西，尽管具有相关性。地球椭球体则是另一个东西。实际上地图编绘涉及三个基本的东西：椭球体、地图投影、大地坐标系。三者密切关联。（百科知识） 要绘制地图，首先考虑用什么椭球体，这是投影和坐标系的基础——我国三代坐标系使用三种椭球体。 三者之间的关系：先有个椭球体，然后是投影到承影面，然后是添加经纬网。椭球体是基础，投影是转换函数，是数学关系，大地坐标系是参照系。因此，同一椭球体可以用不同的投影；而同一投影，也可以用不同的大地坐标系。 但是一般三者是协调一致的，如我国的三代坐标系，有对应的椭球体、投影类型、基准面（坐标系）。 从地图反映地球表面来看，整个过程涉及五个环节：地球～椭球体～投影～坐标系～地图。而地球是球面的，是一个曲面，而地图是平面的，二者的结构性矛盾，导致我们不得不采用一系列转换，这个转换中不可避免地产生扭曲、变形和误差。具体关系：总结：地球（地球表面，存在高低起伏）→椭球体（光滑球面，相关参数）→投影（投影方式：几何投影与解析投影）→坐标系（地理坐标系与平面直角坐标系）→地图。 2. 我国三代坐标系 我们经常给影像投影时用到的北京54、西安80和2000坐标系是投影直角坐标系，如下表所示为国内坐标系采用的主要参数。从中可以看到我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的大地基准面。 表：北京54、西安80和2000坐标系参数列表 坐标名称投影类型椭球体基准面 北京54Gauss Kruger （Transverse Mercator） Krasovsky D_Beijing_1954 西安80Gauss Kruger （Transverse Mercator） IAG75D_Xian_1980 CGCS2000Gauss Kruger CGCS2000D_China_2000

空间大地坐标系与平面直角坐标系转换公式

§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。 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，应相隔一定的地区，另立中央子午线，采取分带投影的办法。我国国家测量规定采用六度带和三度带两种分带方法。六度带和三度带与中央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。

空间直角坐标系坐标转换方法

坐标转换方法 空间直角坐标系如果其原点不动，绕着某一个轴旋转而构成的新的坐标系，这个过程就叫做坐标旋转。在旧坐标系中的坐标与在旋转后新坐标系中的坐标有一定的转换关系，这种转换关系可以用转换矩阵来表示。 如图5.7，直角坐标系XYZ，P点的坐标为（x, y, z），其相应的在XY 平面，XZ平面，YZ平面分别为M（x, y,0），Q（x,0, z）和N（0, y, z）。 图5.7直角坐标系XYZ 设?表示第j 轴的旋转角度，R j (?) 表示绕第j 轴的旋转，其正方向是沿坐标轴向原点看去的逆时针方向。很明显当j 轴为旋转轴时，它对应的坐标中的j 分量是不变的。由于直角坐标系是对称的，下面我们以绕Z轴旋转为例推导其旋转变换矩阵，其它两个轴推导和它是一样的。 设图5.7的坐标绕Z轴逆时针旋转θ角度，新坐标为X 'Y'Z'，如图5.8所示： 图5.8 坐标绕Z 轴逆时针旋转θ角度 由于坐标中的z 分量不变，我们可以简化地在XY 平面进行分分析，如图

5.9所示： 图5.9坐标绕Z 轴逆时针旋转θ 角度的XY 平面示意图 点 M X 和点M X ' 分别是M 点在X 轴和X '轴的投影。如图5.9 cos cos() sin sin() X X X X x OM OM MOM OM y MM OM MOM OM ?θ?θ==∠=-??==∠=-? （5-1） cos cos sin sin X X X X x OM OM MOM OM y MM OM MOM OM ? ?'''''==∠=??'==∠=? （5-2） 把（5-1）式按照三角函数展开得： cos cos sin sin sin cos cos sin x OM OM y OM OM ?θ?θ ?θ?θ=+??=+? （5-3） 把（5-2）式代入（5-3）式得： cos sin sin cos x x y y x y θθ θθ''=+??''=-+? （5-4） 坐标中的z 分量不变，即z = z'这样整个三维坐标变换就可以写成（用新坐标表 示旧坐标） cos sin sin cos x x y y x y z z θθ θθ''=+? ?''=-+??' =? （5-5） 把式（5-5）用一个坐标旋转变换矩阵R Z (θ) 表示可以写成：

坐标变换就是两种坐标类型

坐标变换就是两种坐标类型、不同参照体系之间的变换 坐标变换因不同的坐标类型、体系变换方法不一样，没有固定的公式 比方说测量地球，就有多种坐标体系： 1。以地心为原点的空间直角坐标 2。经纬度坐标 3。把地球表面分成很多格子，对于一个小格子区，球面接近平面，在这个平面上设一个平面直角坐标系，就是北京54坐标等坐标形式 这些坐标来回转换，比较复杂，甚至是学术性的问题，一般根据不同的观点和精度，有一些小程序，做转换工作 工程施工过程中，常常会遇到不同坐标系统间，坐标转换的问题。目前国内常见的转换有以下几种：1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）；2，北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换；3，任意两空间坐标系的转换。其中第2类可归入第三类中。所谓坐标转换的过程就是转换参数的求解过程。常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。以下对上述三种情况作详细描述如下： 1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ） 常规的转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准（3度，6度）和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。一般的工程中3度带应用较为广泛。对于中央子午线的确定有两种方法，一是取平面直角坐标系中Y坐标的前两位*3，即可得到对应的中央子午线的经度。如x=3250212m， y=395121123m，则中央子午线的经度=39*3=117度。另一种方法是根据大地坐标经度，如果经度是在155.5~185.5度之间，那么对应的中央子午线的经度=（155.5+185.5）/2=117度，其他情况可以据此3度类推。 另外一些工程采用自身特殊的分带标准，则对应的参数确定不在上述之列。 确定参数之后，可以用软件进行转换，以下提供坐标转换的程序下载。 2，北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换 这三个坐标系统是当前国内较为常用的，它们均采用不同的椭球基准。

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 2 2-= 或 f f e 1 *2-= W a N B W e = -=22 sin *1( 西安80椭球参数： 长半轴a=6378140±5（m ）

短半轴b=6356755.2882m 扁 率α=1/298.257 3 参心空间直角坐标转换参心大地坐标 [ ] N B Y X H H e N Y X H N Z B X Y L -+= +-++==cos ))1(**)() (*arctan() arctan(2 22 2 2 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。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。 2、高斯投影正算公式： 52224253 2236 425442232)5814185(cos 120 )1(cos 6 cos )5861(cos sin 720 495(cos sin 24cos sin 2l t t t B N l t B N Bl N y l t t B B N l t B B N Bl B N X x ηηηηη-++-++-+=+-+++-++ =） 3、高斯投影反算公式：

84坐标系向其他的坐标系转化方法

Garmin手持机中WGS84坐标转换成BJ54坐标时要设置哪些参数？如何设置？ 答：可以通过用户自定义的方式来实现。方法如下： 1.进入"主菜单页面"的"设置"子页面中，按动方向键选择“单位”按输入键进入坐标设置 的页面，将"位置格式"的选项改为" User UTM Grid "（自定义坐标格式）。 2.在出现的参数输入页面中输入相关的参数，包括中央经线，投影比例（该数值为1）， 东西偏差（该数值为500000），南北偏差（该数值为0）。 3.按下屏幕上的"存储"按钮后，再将"地图基准"（有的机器称之为"坐标系统"）的选项改 为"User"（自定义坐标系统）。 4.在出现的参数输入页面中输入相关参数，包括DX，DY，DZ，DA和DF。其中DA的数值 为-108，DF的数值为0.0000005。按下屏幕上的"存储"按钮后，机器显示的位置将用北京54坐标来表示了。如果是80坐标，则DA=-3，DF=0。 5.DX，DY，DZ三个参数因地区而异，具体如何求解可以让他们首先与本地测绘部门去咨 询，如果不给的话，可以通过如下方法来求解： 首先知道一个点的已知BJ54坐标（这个他们肯定都有，如果要做工作的话），然后用手持机测此点的坐标（WGS84坐标），通过坐标转换程序，即可求出DX，DY，DZ。需要注意的是，此程序中的y为6位数，也就是要将Bj54坐标中的前两位（带数）去掉。如果不知道BJ54坐标的高程，可以输入与WGS84坐标相同的即可。 通过上述设置后，即可将坐标系进行转换，此时手持机中显示的坐标上行为y，下行为x坐标。 中央子午线计算方法：例如，计算东经85°32'在3度带/6度带的代号N 经度L1与6度带带号N的关系为： L1=6N-3° 则N=Int（（L1+3°）/6 + 0.5)=Int（（85°32'+3°）/6 +0.5)=Int(15.26)=15 其中，Int()为取整函数 所以，东经85°32'在6度带上的带号为15，则带号为15的6度带的中央子午线为L1=6N-3=87° 经度L2与3度带带号n的关系为： L2=3n 则n=Int（L2/3+0.5）=Int（85°32'/3 +0.5）=Int（29.01）=29 所以，东经85°32'在3度带上的带号为29，则带号为29的3度带的中央子午线为L2=3n=87°

参考系坐标系及转换汇总

1 天球坐标系、地球坐标系和卫星测量中常用的坐标系的建立方法。天球直角坐标系 天球坐标系 天球球面坐标系 坐标系 地球直角坐标系 地球坐标系 地球大地坐标系 常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述。 1 天球空间直角坐标系的定义 地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。 春分点：当太阳在地球的黄道上由天球南半球进入北半球，黄道与赤道的交 点）．

2 天球球面坐标系的定义 地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴（天轴：地球自转的轴）所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。

表示：2-1天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图

岁差和章动的影响 岁差：地球实际上不是一个理想的球体，地球自转轴方向不再保持不变，这 使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极旋转，大致呈椭圆，这种现象称为章动。 极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置，是随时间而变化的，这种现象称为极移。地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且还受地球内部质量不均匀影响在地球内部运动。前者导致岁差和章动，后者导致极移。 协议天球坐标系：为了建立一个与惯性坐标系统相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻，作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过瞬时的岁差和章动改正后，分别作为X轴和Z轴的指向，。协议天球坐标系由此建立的坐标系称为 3 地球坐标系

常用坐标系与高程系简介

常用坐标系与高程系简介 2009-09-27 10:06:45| 分类：GIS技术| 标签：|字号大中小订阅 坐标系的概念 1.坐标系的定义： 如果空间上任意一点P的位置，可以用一组基于某一时间系统时刻t的空间结构的数学描述来确定，则这个空间结构可以称为坐标系，数学描述称为P点在该坐标系中的坐标。牛顿运动学原理要求坐标系是惯性的，惯性是每个物体所固有的当没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的属性，基于这个特性，惯性坐标系的定义需与时间无关，通常这样的坐标系需要三个属性来描述(这应该是三维空间的本性吧)，首先一个是原点(O)，就是坐标系的中心点，第二个是过原点的任意直线(这里称为Z轴)，第三个是过原点且与Z轴不重合的任意直线(这里称为X轴)，如果X轴与Z轴垂直，会带来较优美的数学描述，我们称这样的坐标系是笛卡尔坐标系。P点的位置可以用P到原点的距离r，OP与Z轴的夹角，OP与X 轴的夹角来描述(当然也可以有其它等价描述)，可以证明这个描述确定的P点是唯一的。 2.GPS领域常用坐标系模型： 在GPS测量中，最常用的坐标系模型是协议地球坐标系，该坐标系随同地球一起旋转，讨论随地球一起自转的目标位置，用这类坐标系方便；另外一类是协议天球坐标系，这个坐标系随同太阳系一同旋转，与地球自转无关，讨论卫星轨道运动时，用这类坐标系方便。 天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心(O)，Z轴指向地球自转轴(天极，向北为正)，X轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明X轴与Z轴互相垂直，且X轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与XOZ成右手旋转关系的Y轴。因为地球自转轴受其它天体影响(日、月)在空间产生进动，使得春分点变化(章动和岁差)，导致用“瞬时天极”定义的坐标系不断旋转，而旋转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。我们可以用某一历元时刻的天极和春分点(协议天极和协议春分点)定义一个三轴指向不变的天球 坐标系，称为固定极天球坐标系。 地球坐标系的定义是这样的，原点为地球质心(O)，Z轴为地球自转轴，X轴指向地球上赤道的某一固定“刚性”点，所谓“刚性”是指其自转速度与地球一致，同时也为数学描述方便，引入与XOZ成右手旋转关系的Y轴。地球不是一个严格刚性的球体，Z轴在地球上随时间而变，称为极移，同天球坐标系一样，需要指定一个固定极为Z轴，这样的地球坐标系称为固定极地球坐标系。可以证明当观察地球上的物体时，该坐标系是惯性的。如果一个坐标系OXYZ，O不是地球质心，Z轴与地球自转轴平行，则这个坐标系具有与地球相同的自转角速度，我们也把此类坐标系称为地球坐标系。 3.协议坐标系统： 那么，什么是“协议”坐标系呢？通常，理论上坐标系由定义的坐标原点和坐标轴指向来确定。坐标系一经定义，任意几何点都具有唯一一组在该坐标系内的坐标值，反之，一组该坐标系内的坐标值就唯一定义了一个几何点。实际应用中，在已知若干参考点的坐标值后，通过观测又可反过来定义该坐标系。可以将前一种方式称为坐标系的理论定义。而由一系列已知点所定义的坐标系称为协议坐标系，这些已知参考点构成所谓的坐标框架。在点位坐标值不存在误差的情况下，这两种方式对坐标系的定义是一致的。事实上点位的坐标值通常是通过一定的测量手段得到，它们总是有误差的，由它们定义的协议坐标系与原来的理论定义的坐标系会有所不同，凡依据这些点测定的其它点位坐标值均属于这一协议坐标系而不属于理论定义的坐标系。由坐标框架定义的固定极天球坐标系和固定极地球坐标系，称为协议天 球坐标系和协议地球坐标系。

北京54坐标转换为地理坐标的简易方法

北京54坐标转换为地理坐标的简易方法 1. 椭球体、基准面及地图投影 GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础，正确定义GIS系统的坐标系非常重要。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定，因此欲正确定义GIS系统坐标系，首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。 基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。

上述3个椭球体参数如下： 椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面，如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体，但它们的基准面显然是不同的。 地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换，如果有人说：该点北京54坐标值为X=4231898,Y=21655933，实际上指的是北京54基准面下的投影坐标，也就是北京54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。 2. GIS中基准面的定义与转换 虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用，但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高，可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系；假如精度要求较高，如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系统，则需要自定义基准面。 GIS系统中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义，转换通过相似变换方法实现，具体算法可参考科学出版社1999年出

参考系坐标系及转换

1天球坐标系、地球坐标系和卫星测量中常用的坐标系的建立方法。 L天球直角坐标系 厂天球坐标系 天球球面坐标系 地球直角坐标系地球大地坐标系 常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。 在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述。 1天球空间直角坐标系的定义 地球质心0为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，丫轴垂直于XOZ 平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，丫Z）来描述。 春分点：当太阳在地球的黄道上由天球南半球进入北半球，黄道与赤道的交点）

A ＜空闵直笥坐瑟厂K V ： z 丿的楚辽” 2天球球面坐标系的定义 地球质心0为坐标原点，春分点轴与天轴（天轴：地球自转的轴）所在平面为天 球经度（赤经）测量基准一一基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面 坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r ,a,S ）。 天欢申诗与地球质?M 重合T 赤礙刊为舍天黏 和感分点的天球子牛面 与过天体$的天球子牛面 之间的夾角，未纬 S 为 原点Mi 天体￡的连規与 天球击道面之间的夹角, 旬題丫为展点Mi 天体S 球球】?坐抚1就，S 1 r ）的C 义： 天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图 2-1表示: 感鼻—地I 球质心M 一孑塾一指向天球北奴Pn 、 ￥菇'一垂直于XMZ 平面, 与X 抽和Z 抽枸成右 手坐 标系统。 Pn A Z y X 1 \y X 奋 My\5 Ps / /

对同一空间点，直角坐标糸与其著效的球面坐标糸参教间有如下转换关务: C X - /cos a cos S < Y= / sin cos -Z = ysin 5 Y V a = arctan —— L Xz d -arctail . 岁差和章动的影响 岁差：地球实际上不是一个理想的球体，地球自转轴方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。 章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极旋转，大致呈椭圆，这种现象称为章动。 极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置，是随时间而变化的，这种现象称为极移。地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且还受地球内部质量不均匀影响在地球内部运动。 前者导致岁差和章动，后者导致极移。 协议天球坐标系：为了建立一个与惯性坐标系统相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻，作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬 时春分点的方向，经过瞬时的岁差和章动改正后，分别作为 X轴和Z轴的指向, 由此建立的坐标系称为协议天球坐标系。天味奋 5 y X X Ps

各种坐标系的关系

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

电子图纸坐标系的转换方法和步骤

电子图纸坐標系的轉換方法和步驟 测量坐标系在整个测量工作中是非常重要的。相对一些结构复杂，难度系数比较大的工程，在坐标及角度计算方面的工作量就相当之大，同时对于数据计算的准确度要求就更严格，为了减轻测量数据的计算量和提高数据计算的效率及准确度，确保工程的质量，特对电子图纸坐标系的转换方法和步骤简介如下。 1、确定电子图纸坐标系的夹角。如果所承建的工程不是座落在正南正北方向上的话，就要确定设计的现场轴线测量坐标系与电子图纸上的轴线坐标系所存在的夹角度数（如东莞玉兰大剧院工程所存在的夹角度数为75.4823°）。方法：就是用90°减去设计图纸上坐标方格轴线纵横方位角中小于90°的方位角即可。 2、旋转电子图纸的面。方法：在CAD的命令行里输入UCS—新建N—X轴—180°—回车。意思是说整个图纸以X轴为旋转轴顺时针旋转了一个180°的面。 3、旋转电子图纸的坐标系。方法：利用直线命令在操作面上画出“十”字标志，然后用旋转命令旋转第一步中所知道的夹角度数。 4、定义电子图纸的坐标系。方法：在CAD的命令行里输入UCS—新建N—三点—原点(用光标选中“十”字标志的交叉点)—X轴（用光标选中“十”字标志竖轴的正上方端点）—Y轴（用光标选中“十”字标志横轴的右手方端点）—回车。意思就是确定电子图纸轴线坐标系的X轴和Y轴的方向。 5、定义电子图纸的坐标原点。方法：由于电子图纸上的轴线坐标点在没有转换坐标系之前，该点的实际坐标值与图纸上所标注的坐标值是不一致的，所以首先要在电子图纸上找到有坐标值的点作为基点，然后用相对坐标法画直线，在直线命令中输入下一点时就要按“@-x，-y”的方法输入该基点的坐标值，最后在画完直线后就要定义原点了，

坐标转换之计算公式

创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者： 凤呜大王* 坐标转换之计算公式 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 2 2-= 或 f f e 1 *2-= W a N B W e = -=22 sin *1( 3 参心空间直角坐标转换参心大地坐标 [ ] N B Y X H H e N Y X H N Z B X Y L -+= +-++==cos ))1(**)() (*arctan() arctan(2 22 2 2 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。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。 2、高斯投影正算公式：

坐标系之间的转换

大地坐标（BLH经纬度高程）和北京54等坐标系之间的转换 2008-12-11 16:25:23| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅 工程施工过程中，常常会遇到不同坐标系统间，坐标转换的问题。目前国内常见的转换有以下几种：1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）；2，北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换；3，任意两空间坐标系的转换。其中第2类可归入第三类中。所谓坐标转换的过程就是转换参数的求解过程。常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。以下对上述三种情况作详细描述如下： 1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ） 常规的转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准（3度，6度）和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。一般的工程中3度带应用较为广泛。对于中央子午线的确定有两种方法，一是取平面直角坐标系中Y坐标的前两位*3，即可得到对应的中央子午线的经度。如x=3250212m，y=395121123m，则中央子午线的经度=39*3=117度。另一种方法是根据大地坐标经度，如果经度是在155.5~185.5度之间，那么对应的中央子午线的经度=（155.5+185.5）/2=117度，其他情况可以据此3度类推。 另外一些工程采用自身特殊的分带标准，则对应的参数确定不在上述之列。 确定参数之后，可以用软件进行转换，以下提供坐标转换的程序下载。 2，北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换 这三个坐标系统是当前国内较为常用的，它们均采用不同的椭球基准。 其中北京54坐标系，属三心坐标系，大地原点在苏联的普而科沃，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；西安80坐标系，属三心坐标系，大地原点在陕西省径阳县永乐镇，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.25722101；WGS84坐标系，长轴6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。由于采用的椭球基准不一样，并且由于投影的局限性，使的全国各地并不存在一至的转换参数。对于这种转换由于量较大，有条件的话，一般都采用GPS联测已知点，应用GPS软件自动完成坐标的转换。当然若条件不许可，且有足够的重合点，也可以进行人工解算。详细方法见第三类。 3，任意两空间坐标系的转换 由于测量坐标系和施工坐标系采用不同的标准，要进行精确转换，必须知道至少3个重合点（即为在两坐标系中坐标均为已知的点。采用布尔莎模型进行求解。布尔莎公式: 对该公式进行变换等价得到： 解算这七个参数，至少要用到三个已知点（2个坐标系统的坐标都知道），采用间接平差模型进行解算： 其中：V 为残差矩阵; X 为未知七参数; A 为系数矩阵; 解之：L 为闭合差

#地理信息中各种坐标系区别和转换总结

地理信息中各种坐标系区别和转换总结 一、北京54坐标到西安80坐标转换小结 1、北京54和西安80是两种不同的大地基准面，不同的参考椭球体，因而两种地图下，同一个点的坐标是不同的，无论是三度带六度带坐标还是经纬度坐标都是不同的。 2、数字化后的得到的坐标其实不是WGS84的经纬度坐标，因为54和80的转换参数至今没有公布，一般的软件中都没有54或80投影系的选项，往往会选择WGS84投影。 3、WGS8 4、北京54、西安80之间，没有现成的公式来完成转换。 4、对于54或80坐标，从经纬度到平面坐标（三度带或六度带）的相互转换可以借助软件完成。 5、54和80间的转换，必须借助现有的点和两种坐标，推算出变换参数，再对待转换坐标进行转换。（均靠软件实现） 6、在选择参考点时，注意不能选取河流、等高线、地名、高程点，公路尽量不选。这些在两幅地图上变化很大，不能用作参考。而应该选择固定物，如电站，桥梁等。 二、西安80坐标系和北京54坐标系转换 西安80坐标系和北京54坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。那么，两个椭球间的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即 X 平移， Y 平移， Z 平移， X 旋转（WX）， Y 旋转（WY）， Z 旋转（W Z），尺度变化（DM ）。要求得七参数就需要在一个地区需要 3 个以上的已知点。如果区域范围不大，最远点间的距离不大于 30Km（经验值），这可以用三参数，即 X 平移， Y 平移， Z 平移，而将 X 旋转， Y 旋转， Z 旋转，尺度变化面DM视为 0 。 在MAPGIS平台中实现步骤： 第一步：向地方测绘局（或其它地方）找本区域三个公共点坐标对（即54坐标x，y，z和80坐标x，y，z）； 第二步：将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。（菜单：投影转换/输入单点投影转换，计算出这三个点的弧度值并记录下来） 第三步：求公共点求操作系数（菜单：投影转换/坐标系转换）。如果求出转换系数后，记录下来。 第四步：编辑坐标转换系数。（菜单：投影转换/编辑坐标转换系数。）最后进行投影变换，“当前投影”输入80坐标系参数，“目的投影”输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。 三、地理坐标系和投影坐标系的区别 1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。很明显，Geographic coordinate system是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求我们找到这样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有长半轴，短 半轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。

坐标转换之计算公式

坐标转换之计算公式 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 2 2 -= 或 f f e 1*2-= W a N B W e = - =2 2 sin *1( 3 参心空间直角坐标转换参心大地坐标

[ ] N B Y X H H e N Y X H N Z B X Y L -+= +-++==cos ))1(**)() (*arctan( ) arctan(2 2 2 2 2 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。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。 2、高斯投影正算公式： 5 222 4 2 5 3 2 2 3 6 4 2 5 4 42232 )5814185(cos 120 )1(cos 6 cos )5861(cos sin 720 495(cos sin 24 cos sin 2 l t t t B N l t B N Bl N y l t t B B N l t B B N Bl B N X x ηηηηη-++-++-+=+-+ ++-+ +=） 3、高斯投影反算公式：

地方坐标系与CGCS2000坐标系转换方法的研究

地方坐标系与CGCS2000坐标系转换方法的研究 摘要：本文提出了地方坐标系和国家大地坐标系（CGCS2000）的几种转换方法，结合使用Mapinfo坐标转换软件，并进一步分析转换方法的转换结果，并提出相 应的结论。 关键词：地方坐标系；CGCS2000坐标系；转换方法；验证 引言 在新时期下，想要推动并发展数字地球、数字区域，必须要加强各类信息的 统一整合，加强信息共享度，这就需要结合GIS技术展开多源信息集成，空间坐 标系变换和统一则是实现多元数据统一管理、无缝集成的核心。GIS最为重要的 信息源就是地图（数字地图），在不同区域、不同时间段，其中的各类地图坐标 系也存在着些许差异。我国地图坐标系发展中，在上世纪90年代，我国基本比 例尺地形图主要采用了北京54坐标系、1980西安坐标系两种。而地方为了能够 满足当地城市建设发展需求，通常会构建独立的坐标系（地方坐标系），部分地 区甚至构建了两个及以上的独立坐标系。而如何进行地方坐标系与CGCS2000坐 标系相互转换是需要注意的问题。下文通过CGCS2000坐标系、地方坐标系建立 原理，分析二者的转换关系，并提出多种有效的转换方法。 1.地方坐标系与CGCS2000坐标系之间的关系 我国地形图比例尺中，小比例尺采用了6°分带、大中比例尺采用了3°分带， 均采用了高斯-克吕格投影。构建国家坐标系是以高斯-克吕格投影分带为基础， 并且每个分带都构建了直角坐标系，也就是高斯直角坐标系。结合投影变换规律，投影变形越大证明离中央经线的距离越远。绝大部分地区都难以精准的位于投影 中央带，这就需要结合CGCS2000坐标系进行转换。以黑龙江省大庆市为例，大 庆市辖5区4县，市区所处位置是E124°19'至E125°12'，位于6°分带中的21带，中央经线为E123°；在3°投影带上，主要为42带，中央经线为E126°，其中杜尔 伯特蒙古族自治县还属于41带和42带两个投影带，中央经线为E123°、E126°。 由此可见，大庆市无法精确的在地图上表达空间信息，所以如果不进行坐标转换，则无法满足大比例尺测图要求，工程建设也无法满足工程要求。因此很多城市都 建立了独立的坐标系，在大比例尺地形当中单独使用。 地方坐标系构建，需要结合某地区国家控制点作为原点，通过原点的经线作 为中央经线。通常情况下，是在区域中部、西南角选择原点。地方坐标系与CGCS2000坐标系的关系见图1. 图1 地方坐标系与CGCS2000坐标系关系 2.地方坐标系和CGCS2000坐标系转换方法 对于当今绝大部分城市来说，城市大比例尺地图都是表示地方坐标系，不表 示CGCS2000坐标系（也不表示经纬度）。此类地图数据缺乏通用性，适用范围 局限，也是实现数据融合、发展数字地球的一大阻碍。因此，本文通过对地方坐 标系、CGCS2000坐标系建立原理、二者相互关系的研究，提出了几种坐标系转 换方法，主要有： 2.1直接变换法 如图1所示，地方坐标系与CGCS2000坐标系之间存在着平移、旋转关系，