coordinate system, such as WGS-84 coordinate system, the state 80 coordinate system, Beijing 54 coordinate system, independent local coordinate system and various kinds of urban construction coordinates. In the same coordinate system of representation and coordinate space right-angle coordinate, coordinate, coordinate the earth plane. According to the different needs of surveying and mapping, need different coordinate transformation coordinate system, in which the process of coordinate transformation can use to the same coordinate coordinate transformation model, and will use different reference frame, the coordinate transformation between the coordinate system model. This paper introduces the geodetic coordinates of relevant knowledge, then study the conversion of the relationship between conversion coordinate system, including coordinate conversion (the earth coordinate, space rectangular, plane coordinates) mutual conversion (the earth coordinate, space rectangular, plane coordinates) mutual conversion and different reference frame, the coordinate system model, and the use of vb language realization of coordinate transformation process.
Key words: the earth ellipsoid; coordinate transformation; gaussian
projection目录
第一章 绪论 ---------------------------------------------------------------- 7
1.1研究的背景和意义 ---------------------------------------------------- 7 1.2国内外研究现状 ------------------------------------------------------ 7 1.3研究的主要内容 ------------------------------------------------------ 8 第二章 相关理论和知识介绍 -------------------------------------------------- 8
2.1地球椭球 ------------------------------------------------------------ 9 2.2 基准 --------------------------------------------------------------- 9 2.3大地坐标系 --------------------------------------------------------- 10 2.4空间直角坐标系 ----------------------------------------------------- 11 2.5平面坐标系 --------------------------------------------------------- 11 2.6地方独立坐标系 ----------------------------------------------------- 12 第三章 坐标转换程序设计 --------------------------------------------------- 12
3.1 大地坐标与空间直角坐标的转换 --------------------------------------- 12
3.1.1 大地坐标转换成空间直角坐标 ----------------------------------- 13 3.1.2空间直角坐标转换成大地坐标 ----------------------------------- 13 3.2 高斯平面坐标与大地坐标的转换 --------------------------------------- 15
3.2.1 高斯正算 ---------------------------------------------------- 15 3.2.2 高斯反算 ---------------------------------------------------- 16
3.3 高斯投影邻带换算 -------------------------------------------------- 18 3.4 平面坐标四参数转换 ------------------------------------------------- 1 3.5 三参数法 ----------------------------------------------------------- 3 第四章 全文总结 ------------------------------------------------------------ 4
4.1 结论 --------------------------------------------------------------- 4 4.2 后续工作 ----------------------------------------------------------- 4 参考文献 ------------------------------------------------------------------- 5 附录 ----------------------------------------------------------------------- 6 致谢 ---------------------------------------------------------------------- 30
第一章 绪论
1.1研究的背景和意义
随着大地测量学，卫星大地测量学，摄影测量学的发展和电子计算机的普及，对各种坐标系的研究变得越来越重要了。精确地测量，计算和表示点的坐标，为各种比例尺地形图和大型工程测量提供控制，大地坐标系作为大地测量基准的一部分，一直是大地测量中最基本的问题。按其原点相对地球质心的位置，大地坐标系可为局部坐标系和地心坐标系。
过去由于科技水平的制约，人类不能精确地确定地心的位置，局部坐标系无疑是国家和地区的惟一选择。应用传统技术建立起来的参心坐标系逐渐难以满足测绘及相关行业发展的需求，甚至在有些应用中完全失去了意义。单纯采用目前参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统和相应的基础设施作为中国现行应用的测绘基准，必然会带来越来越多的不协调问题新形势下，测量坐标系问题显得越来越突出，使用地心坐标系的要求也越来越迫切。世界许多发达国家和地区都开始采用地心坐标。
信息时代的控制测量仪器和测量系统已形成数字化，智能化和集成化的新发展态势，空间测量和地面测量仪器和测量系统出现互补共荣的新的发展格局；传统的大地测量技术发生了质的变化，传统的测绘行业逐渐向地理信息化产业转换，工作重点已经由外业转为内业处理。
在实际测量中由于经济条件和环境条件的的限制，测量工作者在选取坐标系的时候往往会正对实际情况选着最实用的坐标系，这就对软件提出了新的要求，需要数据处理的时候进行转换。由于各种转换模型的相继推出，对我们测量工作者来说，了解这些转换的原理和数据的处理的过程方法是必要的。
1.2国内外研究现状
坐标转换包含两层含义：坐标系转换和基准变换。
坐标系转换即在同一椭球下的空间点不同坐标表示形式进行变换。包括大地坐标系与空间直角坐标系的相互转换，大地坐标系与空间直角坐标系之间的相互转换（高斯投影正反算），空间直角坐标系与站心坐标系的转换。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。利用公式可以实现，当所有参数均已知的情况下，准确度是没什么损失。
基准变换指空间点在不同地球椭球下的坐标转换，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，然后利用所求得的转换参数对其它点进行转换，进而得到其它点新的坐标。这个转换的关键在于确定转换的数学模型和转换参数，国内通常用的模型有布尔莎模型、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。
1.3研究的主要内容
测量坐标转换问题在测量工程中经常遇到，其计算过程比较繁琐，采用手动计算式相当麻烦，国内的许多坐标软件都有一个缺点操作界面过于复杂，操作起来也很繁琐，为了提高软件的交互性和实用性，我采用VB实现这一目的。
(1)介绍研究的目的和意义、研究的背景、国内外现状，研究的只要内容。 (2)介绍坐标变换的相关基础知识，
(3)介绍坐标转换的算法和模型以及用VB来实现这一过程。 (4)全文总结
第二章 相关理论和知识介绍
由于当今世界上有着有许多的参心坐标系和地心坐标系等，所以对于地球表面上的任一一点P，表述改点坐标的方式有很多。
因此对于地面上一点，由于所选择的坐标系不同，其表达方式也会不同。而且，即使使用同一坐标系，也会有不同的表达方式。想要弄清楚它们之间的联系，那么就会涉及到坐标转换的问题。
坐标系统之间的坐标转换既包括不同的参心坐标之间的转换，或者不同的地心坐标系之间的转换，也包括参心坐标系与地心坐标系之间的转换以及同一坐标系下的直角坐标与大地坐标之间的坐标转换，还有大地坐标与高斯平面坐
标之间的坐标转换等。
2.1地球椭球
由于地球内部质量分布不均，导致大地体其实是一个不平的似球体，经过长期的理论研究和实践认为，当一个通过南北两极的子午圈，绕地球南北极旋转一周而形成一个椭球体，用这个椭球面来代替大地水准面，是一个很理想的计算基准面。一个与大地体符合最好，最接近地球大小和形状的旋转椭球，称为总地球椭球体。其具体条件为：
1.总地球椭球体的体积与大地体的体积一致，而且其表面与大地水准面之间的差距的平方和最小。
2.总地球椭球体的总质量与地球的总质量一致，而且其中心与地球重心相重合，总地球椭球的赤道面也应该与地球的赤道一致。
3.总地球椭球体的旋转角速度与地球的旋转角速度一致。
在众多椭球体中，WGS-84椭球体被认为符合上述条件最好的椭球，由于经典大地测量技术存在一定的局限性，大地测量工作者算出一个涵盖整个大陆和海洋的总地球椭球，而是根据本国的测绘成果推求出一个最能表达本国或者是本地区的地球椭球体，就是所谓的参考椭球。地球表面、大地水准面和椭球面三者的关系及偏差如下图所示
图2-1 地球三个面及其偏差
2.2 基准
所谓基准就是指为了描述空间中的某个位置而定义的面、点和线，在大地测量中，基准是指描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长半轴，短半轴，以及参考椭球在空间中的定位和定向，还有在描述这些位置时单位长度的定义。不同的坐标系统会使用的基准也不同。在大地测量中，根据参考椭球
所选原点位置不同，可以分为地心坐标系和参心坐标系。
地心坐标系是以地球的质心为原点，同样有地心大地坐标系和地心空间直角坐标系两种表述方法。地心空间直角坐标系的定义为:以地球质心为原点，X轴指向格林尼治子午面与地球赤道的交点，Z轴指向北极，Y轴过原点垂直于平面XOZ，构成右手空间直角坐标系。地心大地坐标系定义为：以地球的质心作为原点，以地球自转轴作为椭球的短轴，大地纬度B是过地面点的椭球法线与椭球赤道面之间的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治子午面之间的夹角，大地高度H为地面点沿椭球法线到椭球面的最短距离。
参心坐标系是这样定义的：选取一个参考椭球面作为基本的参考面，选一参考点作为大地测量的起算点，并且通过大地的质点来进行测量，从而确定参考椭球在地球面的位置和方向。这时参考椭球的原点一般不会和地球质心重合，所以称为参心。参心坐标主要用于大地测量中，如测量某一地区的控制网等，所以又称局部坐标。它同样具有参心大地坐标系和参心直角坐标系两种表述方法，它们的定义与地心坐标系的定义相似。
2.3大地坐标系
空间大地坐标系以大地经度L，地纬度B，大地高H来表示空间某一点的位置。地面上P点的大地子午面NPS与起始大地子午面所构成的二面角L，叫做P点的大地经度，有起始子午面起算，向东为正，成为东经，向西为负，称为西经，P点对于椭球的法线PK与赤道面的夹角B，叫做P点的大地纬度，有赤道面起算，向北为正，称为北纬，向南为负，称为南纬，如2-2图所示
图2-2 大地坐标示意图
P点沿法线到椭球面的距离H，叫大地高，从椭球面起算，向外为正，向里为负。GPS测量出来的高程为大地高，与我们所选要的正常高存在高程异常。大地高H与水准测量中的正常高或正高有以下关系