坐标转换隶属于“大地测量学”的范畴,而大地测量学呢,又是整个测绘学科中最基础、最重要,但知识的理论性最强的一门学科。
今天呢,测绘营地将尽量用通俗易懂的语言为大家讲解一下坐标系的区别、几种转换方式、中央子午线的确定等等基本科普知识,然后用尽量“傻瓜式”的操作步骤,一步一步教大家如何利用COORD软件进行四参数和七参数的计算,并介绍坐标点的转换流程。
这里暂且将坐标系分为两种,地理坐标系和投影坐标系。地理坐标系,也称大地坐标系(球面坐标B、L、H):以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地纬度(B)、大地经度(L)和大地高度(H)表示。CGCS2000、北京54、西安80、城市独立坐标系均为地理坐标系。投影坐标系(平面坐标X、Y):从参考椭球体按照某种投影方法(如高斯投影,横轴墨卡托投影)投影得到的,它对应于某个地理坐标系。测绘里的坐标系和我们中学里学到的平面坐标系xy是相反的!如cad、奥维软件里面对应的坐标,按顺序应该是(东坐标,北坐标)或者可以说成是CAD风格的(X,Y),就是测绘风格的(东坐标,北坐标)。我们平时所说的控制点N1的北京54坐标为:(2187995.26,321316.58) N1的平面坐标为:(北坐标2187995.26,东坐标321316.58) ,1954年北京坐标系,高斯3度带投影(带号37),中央子午线111度。加带号37的完整坐标为(北坐标2187995.26,东坐标37321316.58)。测绘营地为大家做了一张北京54、西安80、CGCS2000的相对位置关系图,供大家参考,有时候可以用来辅助判断图纸的坐标系。
WGS84坐标系是地心坐标系,属于大地坐标系中的一种。
由于WGS84坐标系的椭球参数与CGCS2000坐标系的椭球参数极为接近,他们两者的同一经纬度坐标,在相同投影方式下的投影坐标几乎一致,仅有微小差异(毫米级别),在当前测量精度的条件下这种差异是可以忽略的。因此,可以说WGS84和CGCS2000的坐标是可以等同的,它们的经纬度坐标在不进行参数转换的情况下是一致的。此时,A坐标系(转换前)称为源坐标系,B坐标系(转换后)称为目标坐标系。
包含X平移,Y平移,Z平移,X旋转,Y旋转,Z旋转,尺度(缩放)(二)相同椭球下,大地坐标系BL——平面坐标系XY(正算)(三)相同椭球下,平面坐标系XY——大地坐标系BL(反算)同样通过设置椭球参数+投影方式+中央子午线,进行反推如北坐标2187995.26,东坐标37321316.58,则中央子午线的经度=37×3=111度。所在地经度范围对应的中央经线请参考下表(来自于奥维官方帮助文档):(注:海南岛的面积约为3.39万平方公里——来自百度百科)
下面以CGCS2000(源坐标)转换至北京54坐标系(目标坐标)为例:文件格式为txt或者csv都可以,数据存放顺序为:点号,源坐标X,源坐标Y,目标坐标X,目标坐标Y,(2)设置——计算四参数——文件导入,选择刚刚做好的数据文件——点击计算然后我们可以看到计算的四参数结果,及其参数精度(用RMS表示,单位米,越小越好)点击“导出”,可以以txt文本形式导出保存算好的四参数下面我们点击“确定”——“确定”,将该参数用于计算。(3)转换参数精度检查(进行数据转换也是这个流程)输入源坐标(2000坐标)——将转换前后的椭球选成一致的——勾选“平面转换”,勾选两个“平面坐标”——点击“转换坐标”——将转换后的坐标与已知的54坐标进行比较。(1)先将源坐标XY转换成对应椭球的经纬度坐标BL设置——地图投影——选择“高斯三度带投影”,中央子午线输入111:00:00.000000E——确定点击“文件转换”——格式——选择第二种格式(点号,北方向X,东方向Y,水准高)——确定浏览,选取2000坐标txt文件——转换前勾选“平面坐标”,转换后勾选“大地坐标”,不勾选任何“坐标转换”方式,前后椭球均为CGCS2000——点击“=>”——确定设置转换关系此时在《2000坐标-111-北东.TXT》文件下生成了一个《2000坐标-111-北东.txt1》的文件,重命名把“txt1”改成“txt”、“北东”改成“BL”即可。文件格式为txt或者csv都可以,数据存放顺序为:点号,源坐标B,源坐标L,源坐标H,目标坐标X,目标坐标Y,目标坐标H设置——换带计算——确定——中央子午线输入111——确定——中央子午线输入111——确定设置——计算七参数——文件导入,导入刚刚做好的数据文件——前一个椭球选择CGCS2000,后一个椭球选择北京54——点击“计算”然后我们可以看到计算的七参数结果,及其参数精度(用RMS表示,单位为米,越小越好)点击“导出”,可以以txt文本形式导出保存算好的七参数下面我们点击“确定”——“确定”,将该参数用于计算。(5)转换参数精度检查(进行数据转换也是这个流程)设置——换带计算——确定——中央子午线输入111——确定——中央子午线输入111——确定2、单点转换——输入源坐标(2000坐标)——输入源椭球选择CGCS2000,输出目标椭球选择北京54——勾选“七参数转换”,勾选两个“平面坐标”——点击“转换坐标”——将转换后的坐标与已知的54坐标进行比较测试数据文件已经上传至网盘,请大家于公众号后台回复“坐标转换”获取测试数据及笑脸软件,并按照本文教程一步一步地熟悉操作。
在文章结尾,测绘营地郑重声明,本文所涉及到的北京54与CGCS2000坐标数据,均为假定坐标,仅为学习测试用,其四参数与七参数计算结果与国家标准的北京54与CGCS2000坐标系转换参数远远不符,无法用于国内任何城市的有效坐标转换。特此说明。
同时强调,根据自然资发〔2020〕95号中《测绘地理信息管理工作国家秘密目录》的规定,2000国家大地坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系之间的相互转换参数;国家大地坐标系与相对独立的平面坐标系统之间相互转换精度优于±10厘米的转换参数均属于机密级别,请大家在平时的工作中注意该类参数的保密性!
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