椭球坐标系(转换模型)

分类：开题报告    更新时间：09-03    来源：网络

 研究目的和意义:

1.1研究目的    我国采用2000国家大地坐标系之后，对我国的经济、社会、国防等方面的建设和发展有着举足轻重的作用，并且对天文、测绘等学科的研究工作也有着重大的意义。不过，由于我国之前绝大部分的测绘成果都是在1954北京坐标系和1980西安坐标系下完成的，采用2000国家大地坐标系之后，坐标原点发生了变化，控制点在2000国家大地坐标系下坐标值也必然发生变化，如果重新建立控制点，不仅会造成资源的浪费，还需投入巨大的资金。为了最大限度的保留现有测绘成果的效能，继续发挥作用，研究如何对已有控制点进行高精度转换成了一个亟待解决的问题。    在我国测绘工作中，目前主要存在三类常用大地坐标系统，根据所选坐标原点不同可分为参心坐标系、地心坐标系、地方独立坐标系。这三类坐标系统各有特定的服务对象和使用范围，它们在国家的经济建设和国防建设中均发挥了巨大的作用。由于GPS及其相关技术的广泛应用，地心坐标系也将更为普及。    在不同的国家和地区，由于采用了不同的参考椭球，因而就会出现不同的大地坐标系；同一国家或地区在不同的历史阶段，由于某种原因改变了参考椭球，也会出现不同的大地坐标系。所以我们只有通过详细了解各种坐标系的椭球参数，特点和应用范围，研究他们相互转换的数学模型，包括坐标系相互转换的模型选择，基准选择，方法选择及参数选择的问题，才能更好的为我国测绘事业的发展服务，从而为我国的经济建设作出重大贡献。1.2研究意义    目前我国的各种比例尺地形图和大部分大地测量控制成果都是基于1954年北京坐标系和1980年西安坐标系的。我国统一启用2000国家大地坐标系后，大地基准发生改变，控制点的坐标也必然发生改变，对原来所有的测绘成果都会产生直接的影响如何对原有的大量三、四等及以下等级控制点坐标进行转换使用是一个亟待解决的问题。因此，研究现存的各种测量坐标系之间的转换关系，使原有的测绘成果低损精度地转入新的坐标系下使用，在现阶段具有重要的理论意义和实用价值。    其次，GPS技术在我国的测绘工作中有着广泛的应用，采用GPS定位技术得到的WGS-84坐标系下的点位坐标也必须根据工程要求进行必要的转换，而且随着我国自行研发的北斗卫星导航系统的不断发展，需实现高精度的组合导航，也需进行不同坐标系统的转换。而在日常的测绘工作中，出于不同的测绘目的，各单位与部门所采用的坐标系统也必然不同，也不可能将全部点位坐标都符合至2000国家大地坐标系下，而且即使是在同一坐标系统下又有空间直角坐标、大地坐标、平面直角坐标等多种坐标形式。因此，研究不同坐标系统之间的转换关系，分析其中的影响因素，从而实现各类坐标系间的高精度转换，保证测绘成果能够精确地转入目的坐标系下使用，并能在最大程度上利用已有的测绘成果和资料，便有的重要的意义和价值。

课题研究现状:

2  课题研究现状  测量坐标转换包括同一基准下不同坐标形式之间的转换和不同基准（即不同坐标系统）下测量坐标之间的转换。同一基准下坐标转换问题实质上是同一点的不同坐标形式之间的转换，直接利用确定的公式可以实现，且当所有参数均为已知的情况下，准确度可能没有损失。这种坐标系统之间一一对应的关系称为坐标系转换。在椭球体参数已知的情况下，这种转换广泛应用于大地坐标与高斯平面坐标的相互转换（高斯正反算），以及大地坐标与空间直角坐标之间的相互转换。不同椭球基准面之间的坐标转换，由于它们之间没有确定的数学关系，往往需要已知若干个公共点的两套坐标，通过公式计算出两个坐标系间的转换参数，然后利用所求的的转换参数对其他点进行转换，进而得到其他点新的坐标。这种坐标转换称为坐标基准准换。

  测量坐标基准转换的关键在于确定转换的数学模型和转换参数。许多年来,国内外大地测量学者对此进行了大量的研究。在卫星探测早期阶段,由于大地坐标系之间的关系未能明确定义,且数据本身的精度不高,莫洛金斯基材提出了三参数法进行坐标转换。但随着探测精度的提高和数据的积累,人们发现,当精度要求较高时,三参数转换法既不适合在全球范围应用,也不适合地域广大的国家和地区应用。

   目前,国内外广泛采用的是相似变换模型,如布尔莎模型、莫洛琴斯基模型和范士模型。相似变换模型一般有7个转换参数,即3个平移参数,3个旋转参数和1个尺度参数。由若干个公共点坐标求出这七个转换参数后即可进行测量坐标系统之间的转换。实际上,基于经典大地测量的坐标系统,由于受到局部地球物理因素的影响,不可避免地存在着局部变形，因此经相似变换后的两个坐标系统间往往还存在m级的残差。为了顾及这种局部变形,有学者提出采用两组旋转参数的转换模型,如Vanicek-Wells模型、Hotine模型Krakiwsky-Thomson模型,但利用两组旋转参数进行坐标转换仍存在着一些问题。也有学者提出采用高崩溃污染率的坐标转换模型,旨在通过抗差估计抵制那些显著异常坐标点对相似变换参数的影响。还有人提出可变参数的坐标转换法,但是,这种转换己不可能求出不同坐标系在基准的定位、定向和尺度方面的差异。此外,现武汉大学提出了一个武测模型。结合我国的实际情况中科院测量及地球物理研究所先后提出了一些求解转换参数的实用方法,主要是将平面和高程分开转换。国内的一些学者还提出了一些算法来优化转换精度。这些在一定精度要求下能得到很好的应用,但在大量的工程中精度仍难以满足要求。    我国近年来也有很多学者对该方面的课题进行了深入研究。我国学者牛丽娟还重点研究了WGS-84坐标系向我国常用的参心坐标系转换的两种模型，即平面转换模型和空间转换模型，并通过实际数据对这两种转换模型进行了验证。姜楠在坐标转换算法研究方面也作出贡献，并重点研究了利用公共点求解坐标转换参数的不同方法。金郁萍则研究坐标系的相互转换及高斯正反算和换带计算的相关概念和主要换算过程以及换算公式。从理论上分析了我国常用坐标系的相互转换过程和原理。李岳深入研究了GPS的WGS-84坐标系及中国常用的1954年北京坐标系和1980年国家坐标系三种坐标系之间大地坐标，空间直角坐标及平面坐标的转换模型，并根据不同的转换模型研究了多种转换参数的计算方法。董钧祥和杨德宏还在发表的文章中揭示空间点点位描述方法的实质，系统论述测量坐标系统及其转换模型，诠释测量坐标转换的含义和内容，针对坐标转换基本模型的选用，转换参数的结算，转换计算的方法，转换计算中值得注意的问题加以研究和探讨，以便实现在测量实践和理论中各类不同坐标之间的转换计算。乔连军和韩雪培研究1954北京坐标与1980西安坐标转换方法中，提出了一种基于国家地形图新旧坐标改正值的双线性插值法，实现了一定精度下的无缝集成，并用VC开发了1954至1980的坐标转换程序。

  由于坐标系之间的差异主要取决于坐标系统的定义差,即坐标系原点的位置、坐标轴的指向以及尺度的定义差,有学者提出在坐标转换时应优先考虑坐标系统定义差异的转换,即首先应完成相似变换,然后在相似变换的基础上,对剩余误差进行拟合,使精度较低的坐标框架点附合到精度较高的坐标系统的框架点坐标,使统一后的坐标系框架点坐标具有较好的一致性。

课题研究主要内容、实施方案及创新点:

3.1课题研究主要内容本文主要的研究了参考椭球系坐标转换模型，首先介绍了参考椭球坐标的基本概念，列举了坐标系统的表现形式和类型。其次，介绍分析了在相同坐标系内和不同坐标系间转换的几种比较经典的算法。论文内容安排如下：WWW.eeelw.COM1.介绍了论文的研究背景，论述了参考椭球系坐标转换的目的和意义及国内外的研究现状，并简要介绍了本文的主要内容。

2.论述了参考椭球系坐标的基本理论，介绍了我国常用的坐标系有哪些，包括坐标的表现形式和坐标系统的类型。

3.推导坐标转换模型，比如高斯正反算、空间大地坐标系和空间直角坐标系之间的转换、站心坐标系和空间直角坐标系之间的转换。

4.利用7参数模型设计不同参考椭球之间的相互转换。3.2实施方案1.首先确定论文研究课题2.搜集课题相关的国内外文献3.研究分析课题的背景、目的和意义以及国内外的研究现状4.着手开始写论文初稿，完成后给导师进行修改5.完成论文定稿，并打印装订3.3创新点1.简化了大地坐标系与空间直角坐标系的转换模型2.通过数据处理（重心化的算法）提高了7参数转换模型的参数