坐标变换就是两种坐标类型
两种不同坐标系之间的转换
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两种不同坐标系之间的转换
" 曹先华
关键词
’() 全球定位系统 *+,)- % ./01 模型
23 引言 2 ?P % ? I ’() 全球定位系统是 ’45674 (589:95;9;< )=8:>? 的英文词 当 ?H 、 旋转矩 , 可写成 % ?P 2 ?H ?I 、 ?J 很小时， 头缩写，它是近期迅速发展建立起来的新一代精密卫星系统 ?I % ? H 2 导航和定位系统， ’() 系统与其他导航定位系统有着很多优 上式由 Q 个变换参数 ? H、 ? I、 ? J、!、?H 、 ?= 、 ?P 简称 点， 如全球地面连续覆盖， 全天候作业， 精度高。它不仅提供动 布尔莎七参数公式，其参数一般利用公共点的两套空间坐标 态目标的三维坐标、 三维速度和时间信息， 而且目前的单点定 （HKIKJK） 和 采用最小二乘法解得。 静态相对定位精度可达 A 2 @ $3 2 B C 2$ % & ， （HIJ） 位精度可达 ! @ 2$?， 上式写成矩阵形式为： 测速精度可达 $3 2? D 8。 由于经过近 "$ 年的变化， 经典大地测量呈现下述情况： "H $ 23 2 标志严重破坏。 "I $ H 2 $ $ HK $ % JK IK "J$ HK 23 # 控制网精度不够高 A 经典大地测量建立的平面控制是 I L $ 2 $ IK JK $ % HK ! O IK 以丈量基线和观测角度向前推进的E 误差累积大， 不适应现代 J $ $ 2 JK % IK HK $ ?H JK 精密工程的需要， 它无法满足地学研究的需要 B 。 ?I 23 " 平面与高程分离。 ?J （三角点大部选择制高点， 并且保 23 F 平面点位难以到达 进而写成误差方程式形式 R 证一定的图形结构， 因此三角点多半设于山峰上， 交通不便 ） 。 "H $ 目前大地测量学所面临的一项迫切任务，不仅在于以所 "I $ 要求或期望的精度建立新的地面网，而且特别在于通过不同 2 $ $ HK $ % JK IK "J$ #H SH 类型的大地观测数据综合处理来改善现有地面网精度。 SI L $ 2 $ IK JK $ % HK ! O #I $ $ 2 JK % IK HK $ SJ ?H #J 利用 ’() 测量， 一般所得的是地心空间大地直角坐标， 经 ?I 过一定的数学模型及其变换参数可以获得点的参心空间大地 ?J 直角坐标， 进而换算成参心大地坐标和高斯投影平面坐标， 从 根据最小二乘原理要求 ST (S 最小，可得参数向量的解 而可以用来检核加强扩展地面大地网进行远离陆地的岛屿联 %（ 2 （-T(-） HL - T (# ） - 为系数矩阵。 测等。为了进行地面网与卫星网的合并计算， 研究地面网和卫 应当指出，当进行两种不同空间直角坐标系变换时，坐标 星网的转换模型就显得非常重要，同时由于某一个区通常存 变换的精度除取决于坐标变换的数学模型和求解变换参数的 在几套坐标， 如 2G!F 北京坐标和本地区的城建坐标， 这套模型 公共点坐标精度外， 还和公共点的多少、 几何图形结构有关E 其 同样也适应这些情况的转换。 中公共点的坐标精度对转换精度的影响最显著。 #3 *+,)- % ./01 模型 同样对于小区域及地方坐标系与国家坐标系换算时及高 斯平面坐标相互转换， 也可采用此模型。 "3 结束语 从理论上来说，两坐标系原点轴向定义后，两坐标系的变
柱面坐标变换和球面坐标变换
柱面坐标变换和球面坐标变换
在数学和物理学中，柱面坐标和球面坐标是描述空间中点位置的两种不同坐标系。
通过对这两种坐标系进行变换，可以在不同问题中更好地描述和分析相关的物理现象。
柱面坐标变换
柱面坐标通常用于描述平面内的点位置，其坐标形式为(r, θ, z)，其中r是点到z轴的距离，θ是与x轴的夹角，z是点在z轴上的投影位置。
柱面坐标与直角坐标系之间的变换关系如下：
假设直角坐标系中的点为(x, y, z)，柱面坐标系中的点为(r, θ, z)，则有以下变换关系：
r = √(x^2 + y^2)
θ = arctan(y/x)
z = z
柱面坐标变换在解决某些旋转对称问题时非常有用，比如圆柱体或圆锥体的体积计算和空间内的电场分布等问题。
球面坐标变换
球面坐标通常用于描述空间中的点位置，其坐标形式为(r, θ, φ)，其中r是点到原点的距离，θ是与x轴的夹角，φ是与z轴的夹角。
球面坐标与直角坐标系之间的变换关系如下：
假设直角坐标系中的点为(x, y, z)，球面坐标系中的点为(r, θ, φ)，则有以下变换关系：
r = √(x^2 + y^2 + z^2)
θ = arctan(y/x)
φ = arccos(z/r)
球面坐标变换在处理一些涉及球形对称性问题时非常有用，比如天文学中的行星运动和化学中的原子排列等问题。
综上所述，柱面坐标变换和球面坐标变换是描述空间中点位置的两种重要坐标系，它们在解决不同问题中起着关键作用。
通过深入理解两种坐标系之间的变换关系，我们可以更好地解释和分析物理现象，并在应用中更加灵活地使用不同的坐标系来描述问题。
直角坐标和极坐标的变换关系是什么
直角坐标和极坐标的变换关系是什么直角坐标系和极坐标系是数学中常见的两种坐标系表示方法，它们之间存在一种特殊的变换关系。
这个关系可以让我们在两种不同的坐标系下进行坐标的转换和计算，从而方便地描述平面上的点位置和运动。
直角坐标系直角坐标系，也称为笛卡尔坐标系，是由两条互相垂直的轴构成的平面坐标系统。
一般来说，我们将水平轴表示为X轴，垂直轴表示为Y轴。
直角坐标系中的点，用一个有序数对 (x, y) 来表示，其中 x 表示点在X轴上的水平位置，y 表示点在Y轴上的垂直位置。
在直角坐标系中，我们可以通过直线的斜率来描述线的特性，以及用向量来表示位移、速度和加速度等概念。
此外，直角坐标系还适用于描述几何图形的方程，如线段、圆、椭圆等。
极坐标系极坐标系是另一种常见的坐标系，它将点的位置表示为极径和极角。
极径表示点到原点的距离，而极角表示该点与极径所在直线的夹角。
在极坐标系中，我们用一个有序数对(r, θ) 来表示点的位置。
其中 r 表示点到原点的距离，θ 表示点与极径所在直线的夹角。
极径通常是非负数，而极角一般采用弧度制表示。
极坐标系的优势在于它对于描述旋转对称的问题特别有用。
例如，绘制圆形、螺旋线等图形时，使用极坐标系比直角坐标系更为方便。
直角坐标系到极坐标系的变换直角坐标系与极坐标系之间存在一种特殊的变换关系。
这个关系允许我们在两种坐标系之间进行转换，从而方便地进行问题的求解。
将直角坐标系中的点(x, y)转换为极坐标系中的点(r, θ)的过程如下：1.计算点(x, y)到原点的距离 r，可以使用勾股定理，即r = √(x^2 +y^2)。
2.计算点(x, y)的极角θ，可以使用反三角函数，即θ = arctan(y / x)。
需要注意的是，当 x 小于0时，需要加上π或180°来调整极角的范围。
将极坐标系中的点(r, θ)转换为直角坐标系中的点(x, y)的过程如下：1.计算点(r, θ)在X轴上的水平位置 x，通过x = r * cos(θ) 得到。
常用的坐标转换方法
常用的坐标转换方法
1. 平移转换呀，这就好像你把一件东西从这个地方挪到那个地方一样。
比如说，在地图上把一个标记点从左边移到右边，这个过程就是平移转换啦！
2. 旋转变换可神奇啦！就像你转动一个玩具，让它换个角度一样。
举个例子，你把一个图形沿着某个点旋转一定角度，哇，它就变样子啦！
3. 缩放转换哦，哎呀，这就跟你在看照片时放大缩小一样嘛。
比如你把一张地图缩小来看整体，或者放大看局部，这就是缩放转换的例子！
4. 镜像转换呢，就如同照镜子一样，会有个相反的影像出来。
像你把一个数字在镜子里看，不就是做了镜像转换嘛！
5. 极坐标转换呀，这个有点难理解哦，但你可以想象成在一个圆形的场地上找位置。
比如确定一个点在一个圆形区域里的具体位置，就是用极坐标转换呢！
6. 投影转换就好像是把一个东西的影子投到另一个地方呀。
比如说，把一个立体图形投影到一个平面上，这就是投影转换啦！
7. 复合转换可复杂啦，但也很有趣哟！就像是把好多步骤结合起来。
比如先平移再旋转，或者先缩放再镜像，这就是复合转换的实际运用呀！
我觉得这些坐标转换方法真的都好有意思，每种都有它独特的用途和奇妙之处，学会了它们，能让我们更好地处理和理解各种坐标相关的问题呢！。
斜坐标系与直角坐标系的坐标变换
斜坐标系与直角坐标系的坐标变换1. 斜坐标系与直角坐标系的定义斜坐标系和直角坐标系是数学中常见的两种坐标系。
直角坐标系是我们通常熟悉的坐标系，用两个垂直轴（通常是x轴和y轴）来确定一个点的位置。
而斜坐标系则是通过一个斜轴和另一个垂直轴来确定点的位置。
在斜坐标系中，有一个轴倾斜于另一个，两个轴的交点不一定是原点。
2. 斜坐标系到直角坐标系的转换要将一个点从斜坐标系转换到直角坐标系，首先要找到斜坐标系的斜轴和垂直轴之间的夹角。
然后根据这个夹角，可以使用三角函数的关系将点的坐标从斜坐标系转换到直角坐标系。
具体的转换公式为：$$x' = x * cos(\\theta) - y * sin(\\theta)$$$$y' = x * sin(\\theta) + y * cos(\\theta)$$其中（x，y）是斜坐标系中点的坐标，（x’，y’）是直角坐标系中的坐标，θ是斜轴和垂直轴的夹角。
这样就可以将一个点在斜坐标系中的坐标转换到直角坐标系中。
3. 直角坐标系到斜坐标系的转换同样，如果要将一个点从直角坐标系转换到斜坐标系，也需要知道斜坐标系的斜轴和垂直轴的夹角。
转换公式为：$$x = x' * cos(\\theta) + y' * sin(\\theta)$$$$y = -x' * sin(\\theta) + y' * cos(\\theta)$$这样就可以将一个点在直角坐标系中的坐标转换到斜坐标系中。
4. 斜坐标系的应用斜坐标系在一些工程和物理领域中有一些特殊的应用。
比如在壳体结构设计中，斜坐标系能够更好地描述材料的受力情况，便于分析结构的稳定性。
在电力系统中，斜坐标系也可以用来分析电路中的相位关系，更好地控制电力系统的运行。
5. 结语斜坐标系和直角坐标系在数学和工程领域中都有着重要的作用。
了解坐标系之间的转换关系不仅可以帮助我们更好地理解问题，还可以应用到实际工程中去。
坐标变换总结Clark变换和Park变换
坐标变换总结Clark变换和Park变换⼀个坐标系的坐标变换为另⼀种坐标系的坐标的法则。
由于交流异步电动机的电压、电流、磁通和电磁转矩各物理量之间是相互关联的强耦合，并且其转矩正⽐与主磁通与电流，⽽这两个物理量是随时间变化的函数，在异步电机数学模型中将出现两个变量的乘积项，因此，⼜为多变量，⾮线性系统（关键是有⼀个复杂的电感矩阵），这使得建⽴异步电动机的准确数学模型相当困难。
为了简化电机的数学模型，需从简化磁链⼊⼿。
解决的思路与基本分析：1.已知，三相( ABC )异步电动机的定⼦三相绕组空间上互差120度，且通以时间上互差120ω的旋转磁场。
度的三相正弦交流电时，在空间上会建⽴⼀个⾓速度为1⼜知，取空间上互相垂直的（α，β）两相绕组，且在绕组中通以互差90度的两相平衡交流电流时，也能建⽴与三相绕组等效的旋转磁场。
此时的电机数学模型有所简化。
2. 还知, 直流电机的磁链关系为：F---励磁绕组轴线---主磁通的⽅向，即轴线在d轴上,称为直轴(Direct axis)。
A---电枢绕组轴线---由于电枢绕组是旋转的，通过电刷馈⼊的直流电产⽣电枢磁动势，其轴线始终被限定在q轴，即与d轴成90度，称为交轴(Quadrature axis)。
由于q轴磁动势与d轴主磁通成正交，因此电枢磁通对主磁通影响甚微。
换⾔之，主磁通唯⼀地由励磁电流决定，由此建⽴的直流电机的数学模型⼗分简化。
如果能够将三项交流电机的物理模型等效的变换成类似的模型，分析和控制就变得⼤⼤简单了。
电机模型彼此等效的原则：不同坐标系下产⽣的磁动势(⼤⼩、旋转）完全⼀致。
关于旋转磁动势的认识：1) 产⽣旋转磁动势并不⼀定⾮要三相绕组不可。
结论是：除了单相电机之外，两相、三相或四相等任意对称（空间）的多相绕组，若通以平衡的多相电流，都可产⽣旋转磁动势。
根据这⼀道理，利⽤其在空间上互差90度的静⽌绕组，并通以时间上互差90度的平衡交流电流，同样可产⽣旋转磁场（或磁动势F），因⽽可等效代替三相绕组的作⽤。
坐标变换最通俗易懂的解释(推导+图解)
坐标变换的作用
在一个机器人系统中，每个测量元件测量同一物体得出的信息是不一样的，原因
实现坐标变换所需的数据
我们常用出发与坐标系原点终止于坐标系中坐标点的向量来表示坐标系中坐标点相对于坐标原点的位置（距离+方位）。
坐标系的相互转化必须以地球坐标系为媒介才可以实现，即坐标系的相互转化必须已知“任意坐标系中各个坐标轴在world坐标系中的坐标”：
位姿
坐标变换中旋转的实质
坐标变换的实质就是“投影”。
首先，我们解读一下向量是如何转化为坐标的：
其实，这个矩阵的乘法与卷积有着异曲同工之妙。
旋转矩阵的性质：
从B到A的转化：
从A到B的转化：
、都是单位正交仿真，因此
坐标变换中平移的实质
向量可以在坐标系中任意移动，只要不改变向量的方向和大小，向量的属性不会发生变化。
但是我们研究的是坐标系B中一个坐标点在坐标系A中的映射，因此
多坐标变换
首先，我们要知道世界坐标系下坐标系A/坐标系B的各个坐标轴在世界坐标系（参
如何实现坐标变换
其中O1O2是从O1指向O2的向量。
归纳总结机器人的坐标变换的类型
归纳总结机器人的坐标变换的类型摘要：一、机器人坐标变换的重要性二、机器人坐标变换的类型1.齐次变换2.旋转矩阵变换3.线性变换4.非线性变换三、各类坐标变换的应用场景四、坐标变换在机器人编程与控制中的作用五、总结与展望正文：一、机器人坐标变换的重要性在机器人技术中，坐标变换起着至关重要的作用。
它为机器人编程和控制提供了方便，使得机器人在执行任务时能够准确地定位和执行相应的操作。
坐标变换是将机器人从一个坐标系转换到另一个坐标系的过程，它有助于实现机器人末端执行器在不同坐标系下的定位和运动控制。
二、机器人坐标变换的类型1.齐次变换：齐次变换是一种将机器人从源坐标系变换到目标坐标系的方法，它通过一个4x4的齐次矩阵实现。
齐次变换可以保持机器人的姿态不变，仅改变其位置。
2.旋转矩阵变换：旋转矩阵变换主要用于将机器人的姿态从源坐标系变换到目标坐标系。
通过旋转矩阵，可以实现机器人末端执行器在不同坐标系下的旋转。
3.线性变换：线性变换是将机器人从一个坐标系变换到另一个坐标系的一种方法，它包括平移和缩放两个过程。
线性变换可以实现机器人末端执行器在不同坐标系下的位置和尺寸变化。
4.非线性变换：非线性变换是指在变换过程中，机器人坐标系之间的转换关系不是线性的。
非线性变换通常用于处理机器人运动过程中的摩擦力、弹簧力等非线性因素。
三、各类坐标变换的应用场景各类坐标变换在机器人技术中有着广泛的应用。
例如，在工业机器人中，齐次变换和旋转矩阵变换用于实现机器人末端执行器的定位和姿态控制；线性变换则用于处理机器人末端执行器在不同坐标系下的尺寸变化。
在机器人导航和路径规划中，非线性变换有助于解决机器人运动过程中的非线性约束。
四、坐标变换在机器人编程与控制中的作用坐标变换在机器人编程与控制中起到了关键作用。
通过对机器人进行坐标变换，可以使机器人更好地适应不同的工作环境，提高其在各种任务中的性能。
同时，坐标变换为机器人编程提供了便利，使得开发者可以更轻松地编写机器人控制程序，降低机器人编程的难度。
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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。
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
解得七参数后，利用布尔莎公式就可以进行未知点的坐标转换了，每输入一组坐标值，就能求出它在新坐标系中的坐标。
但是要想GPS观测成果用于工程或者测绘，还需要将地方直角坐标转换为大地坐标，最后还要转换为平面高斯坐标。
上述方法类同于我们的间接平差，解算起来较复杂，以下提供坐标转换程序，只需输入三个已知点的坐标即可求解出坐标转换的七个参数。
如果已知点的数量较多，可以进行参数间的平差运算，则精度更高。
当已知点的数量只有两个时，我们可以采用简单变换法，此法较为方便易行，适于手算，只是精度受到一定的限制。
详细解算方程如下：
式中调x,y和x\'、y\'分别为新旧（或；旧新）网重合点的坐标，a、b、、k为变换参数，显然要解算出a、b、、k，必须至少有两个重合点，列出四个方程。
即可进行通常的参数平差，解求a、x、b、c、d各参数值。
将之代人（3）式，可得各拟合点的残差（改正数）代人（2）式，可得待换点的坐标。
求出解算参数之后，可在Excel中，进行其余坐标的转换。
上次笔者用此法进行过80和54坐标的转换，由于当时没有多余的点可供验证和平差，所以转换精度不得而知，但转换之后各点的相对位置不变。
估计，实际的转换误差应该是10m 量级的。
还有一些情况是先将大地坐标转换为直角坐标，然后进行相关转换。
/view/b980a64e852458fb770b5651.html
坐标转换帮助
一、由109°30′（矿区坐标系）转换为111°（国家坐标系）坐标：
1、先在中央子午线栏中109°30′
2、选择XYH→BLH；
3、109°30′坐标系的X、Ｙ坐标；
4、点击转换；
5、点击交换；
6、将中央子午线栏中的109°30′换为111°；
7、点击BLH →XYH；
8、点击转换后得到111°坐标系坐标，（注：Ｙ坐标前加代号37）。
二、由111°（国家坐标）转换为109°30′（矿区坐标）坐标：
1、先在中央子午线栏中111°；
2、选择X YH→BLH；
3、111°坐标系的X、Ｙ坐标（注：Ｙ坐标不代号37）；
4、点击转换；
5、点击交换；
6、将中央子午线栏中的111°换为109°30′；
7、点击BLH →XYH；
8、点击转换后得到109°30′坐标系坐标。