测量坐标系
工程测量坐标系有哪几种
工程测量坐标系有哪几种在工程测量中，坐标系是一个非常重要的概念，用于描述一个点的位置和方向。
不同的工程测量任务需要使用不同的坐标系。
下面将介绍几种常见的工程测量坐标系。
1. 地理坐标系地理坐标系是最常见的坐标系之一，用于描述地球表面上的点的位置。
地理坐标系使用经度和纬度来表示一个点的具体位置。
经度是指一个点相对于地球的东西方向距离的度量，取值范围为-180到180度；纬度是指一个点相对于地球的南北方向距离的度量，取值范围为-90到90度。
地理坐标系通常用于地图制作和导航等领域。
2. 工程坐标系工程坐标系是用于工程测量任务的坐标系。
它通常使用笛卡尔坐标系来描述一个点的位置。
在工程坐标系中，点的位置通常用直角坐标或极坐标表示。
直角坐标使用x、y和z轴来表示一个点的位置，其中x轴和y轴通常与平面相关，z轴与高度相关。
极坐标使用极径和极角来表示一个点的位置，其中极径表示一个点距离一个参考点的距离，极角表示一个点与参考点的连线与某个参考方向之间的角度。
3. 局部坐标系局部坐标系是基于某个特定的地点或对象建立的坐标系。
它可以是相对于一个建筑物、一个工地或一个测量设备建立的坐标系。
局部坐标系通常便于对特定的地点或对象进行测量和定位。
局部坐标系通常与全局坐标系相连，通过一个转换关系来实现坐标的转换和配准。
4. 工程测量坐标系的应用工程测量坐标系在工程测量中起着重要的作用。
它们被广泛应用于各种领域，包括土木工程、建筑工程、道路工程、航空航天等。
使用合适的坐标系可以提高测量的准确性和可靠性，确保工程项目的质量和安全。
在实际的工程测量中，工程师需要根据具体的测量任务和工程需求选择合适的坐标系。
不同的坐标系适用于不同的测量任务，因此工程师需要了解和掌握不同坐标系的特点和应用。
总结起来，工程测量坐标系有地理坐标系、工程坐标系和局部坐标系三种常见类型。
它们在工程测量中各有应用，选择适当的坐标系可以提高测量效果和工程质量。
工程师应根据实际需求选择合适的坐标系，并确保测量过程的准确性和可靠性。
测量常用的坐标系有哪几种
测量常用的坐标系有哪几种在测量学中，坐标系是用来确定物体或点在空间中位置的重要工具。
根据应用的不同，测量中常用的坐标系可以分为直角坐标系、极坐标系和球坐标系三种。
1. 直角坐标系直角坐标系，也被称为笛卡尔坐标系，是最常见和基本的坐标系。
它利用三个垂直于彼此的坐标轴来定位物体的位置。
通常，这三个坐标轴被标记为x、y和z 轴。
在直角坐标系中，任何一个点可以通过一个有序的三个数字来表示，例如(x, y, z)。
这个三元组表示物体相对于图像的原点在各个轴方向上的位移。
直角坐标系广泛应用于计算机图形学、工程测绘和物理学领域。
2. 极坐标系极坐标系也称为极径坐标系，主要用于描述平面上的点。
极坐标系与直角坐标系不同，它采用两个参数来表示点的位置。
一个参数是极径，表示点到坐标原点的距离；另一个参数是极角，表示点相对于参考方向的角度。
通常，极坐标系中，角度以角度值或弧度值来表示，而极径则表示为非负实数。
极坐标系主要应用于极坐标追踪、极位移测量和天体测量等领域。
3. 球坐标系球坐标系是在三维空间中描述点的位置的一种坐标系。
球坐标系使用三个参数来确定点的位置：距离、极角和方位角。
距离表示点到坐标原点的距离；极角表示点相对于参考方向的角度；方位角表示点相对于参考平面的角度。
球坐标系通常用于天文学、导航系统以及物体在球面上运动的描述。
常见的球坐标系表示方法为(r, θ, φ)，其中r表示距离，θ表示极角，φ表示方位角。
结论直角坐标系、极坐标系和球坐标系是测量学中常用的坐标系。
直角坐标系适用于描述三维空间中的点的位置；极坐标系适用于平面上的点的位置描述；球坐标系则适用于描述三维空间中的点相对于球面的位置。
不同的坐标系在不同领域具有广泛的应用，在解决测量问题中发挥着重要作用。
了解这些坐标系的特点和适用范围，有助于我们更好地理解并运用测量学中的相关知识和技术。
参考文献：1.Berman, H. (2014). Spherical coordinates. In Principles of ComputerGraphics (pp. 1-4). Springer, New York, NY.。
测量坐标系的概念
测量坐标系的概念引言在科学研究和工程实践中，我们经常需要描述和测量物体的位置。
为了实现准确和一致的空间表示，人们开发了许多坐标系统。
其中，测量坐标系是一种常用的坐标系统，用于在三维空间中描述物体的位置和方向。
本文将介绍测量坐标系的概念，解释其基本原理和应用。
什么是测量坐标系？测量坐标系是一种用于表示和记录物体在三维空间中位置的数学构架。
它由坐标轴、坐标原点和坐标轴间的关系组成。
物体的位置可以通过在测量坐标系中的坐标值来表示。
坐标轴和坐标原点测量坐标系通常由三个相互垂直的坐标轴组成，分别称为X轴、Y轴和Z轴。
这三个轴定义了坐标系中的三个方向。
坐标轴起点处的交叉点称为坐标原点。
在测量坐标系中，通常将坐标原点作为参考点，将所有物体的位置相对于该点进行描述。
坐标值的表示在测量坐标系中，物体的位置可以通过一组坐标值来表示。
这组坐标值由距离坐标原点的距离和方向组成。
距离用正数表示，表示物体在坐标轴的正方向上的位置。
方向通过符号表示，正数表示物体在坐标轴正方向上，负数表示物体在坐标轴负方向上。
坐标系的变换在实际应用中，测量坐标系可以通过坐标系变换来与其他坐标系进行转换。
坐标系的变换包括平移、旋转和缩放。
通过这些变换，可以将物体从一个坐标系中转移到另一个坐标系。
平移是指将坐标系中的点移动到另一个位置，而保持与原坐标系中各点的相对关系不变。
平移可以通过将基于原坐标系的坐标值加上平移向量来实现。
旋转是指将坐标系绕一个轴进行旋转。
在三维空间中，可以绕X轴、Y轴或Z轴进行旋转。
旋转可以通过矩阵乘法来实现，其中矩阵的元素代表了旋转的角度和方向。
缩放是指将坐标系中的点按比例进行放大或缩小。
缩放可以通过将基于原坐标系的坐标值乘以缩放因子来实现。
应用测量坐标系在许多领域中都有广泛的应用。
在工程领域，测量坐标系被用于设计和制造过程中的尺寸测量和定位。
在航空航天领域，测量坐标系被用于导航、飞行控制和空间位置定位。
在地理信息系统中，测量坐标系被用于地图和地理数据的描述和分析。
测量坐标系相关知识
分析影响测量精度的各种因素，如仪 器误差、人为误差、环境因素等，并 采取相应的措施进行改进和优化。
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REPORTING
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
在建筑工程中，需要建立施工控制网，利用平面直角坐标系和高程系 统对施工点进行定位和测设。
道路工程测量
在道路工程中，需要建立道路中线控制桩和横断面测量控制桩，利用 平面直角坐标系和高程系统进行道路设计和施工放样。
水利工程测量
在水利工程中，需要建立大坝、水库等建筑物的施工控制网，利用平 面直角坐标系和高程系统进行水利枢纽工程的定位和测设。
空间定位技术在各领域应用
军事领域
用于导弹精确制导、武 器投送、无人机侦察等
。
民用领域
用于车辆导航、手机定 位、海洋渔业、农业等
领域。
科研领域
用于地壳运动监测、大 气物理观测、地球重力
场测量等。
工程测量领域
用于建立各种工程和大 型建筑物的控制网、进 行各种精密工程测量等
。
PART 06
坐标系转换与数据处理方 法
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REPORTING
2023 WORK SUMMARY
测量坐标系相关知识
汇报人：XX
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目录
• 坐标系基本概念与分类 • 大地测量坐标系 • 工程测量坐标系 • 地图投影与变形处理 • 空间定位技术与应用 • 坐标系转换与数据处理方法
PART 01
坐标系基本概念与分类
定义及作用
坐标系定义
坐标系是用于描述空间中点、线 、面等几何元素位置关系的参考 框架，由原点、坐标轴和坐标单 位构成。
简称“高斯投影”。一种等角横切椭 圆柱投影。德国数学家、物理学家、 天文学家高斯（Carl Friedrich Gauss）于19世纪20年代拟定，后经 德国大地测量学家克吕格（Johann Heinrich Louis Krüger）于1912年 对投影公式加以补充，故名。该投影 按照投影带中央子午线投影为直线且 长度不变和赤道投影为直线的条件， 确定函数的形式，从而得到高斯一克 吕格投影公式。
中国使用的测量坐标系
中国使用的测量坐标系
我国使用的测量坐标系有以下四种：
1、北京54坐标系
2、西安80坐标系：该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。
3、2000国家大地坐标系：简称为CGCS2000，英文全称为China Geodetic Coordinate System 2000。
Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。
该坐标系的大地坐标和美国WGS84坐标系的大地坐标基本一致，可直接采用，只是平面坐标需要用系数调整。
4、1985国家高程标准：我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，叫"1956年黄海高程系统"，为中国第一个国家高程系统。
黄海高程是1956年9月4日，国务院批准试行《中华人民共和国大地测量法式(草案)》，首次建立国家高程基准，称“1956年黄海高程系”，简称“黄海基面”。
系以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。
原点设在青岛市观象山。
该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72．289米。
后经复查，发现该高程系验潮资料过短，准确性较差，改用青岛验潮站1950-1979年的观测资料重新推算，并命名为“1985国家高程基准”。
国家水准点设于青岛市观象山，其高程为72.260米，作为我国高程测量的依据。
它的高程是以“1985国家高程基准”所定的平均海水面为零点测算而得，“1956年黄海高程系”已废止。
测量常用的五种坐标系
测量常用的五种坐标系
1)像平面坐标系以像主点O为原点建立起来的右手直角坐标
系O-XY
2)像空间坐标系:以摄影中心S为坐标原点,平面坐标坐标
X,Y与像平面坐标系中X,Y轴平行,Z轴与摄影光束轴重合,建立的
空间右手直角坐标系S-xyz
3)像空间辅助坐标系:由于每张像片的像空间坐标系都不同,
所以需要建立一个统一的坐标系,用S-XYZ表示,坐标原点仍然取
摄影中心S,有下列三种情况:(1)取X,Y,Z平行于地面摄影测量坐标
系D-XYZ,这样同一像点a在像空间坐标系中坐标是X,Y,Z=-f,在
像空间辅助坐标系中坐标是X,Y,Z(2)以每条航带的第一张像片的像
空间坐标系作为像空间辅助坐标系(3)是以每个像片对的左像片摄影中心为坐标原点,摄影基线为X轴,以X轴和摄影光束形成的XZ平面,过原点作垂直于XZ平面(左核面)的Y轴构成右手直角坐标系.
4)地面测量坐标系:指高斯克吕6和3带投影下的平面直角坐标系和定义在某一高程基准面的高程,形成的空间左手直角坐标系
T-X t Y T Z T。
5)地面摄影测量坐标系:坐标原点在测区的某一地面点上,X
轴大致与航向一致的水平方向,Y轴垂直于X轴,Z轴沿铅垂方向,构成右手直角坐标系D-XYZ。
测量坐标系
方位角的互算
A A m
A A
m
真 北
Am A α
O
P
三种方位角的关系
正、反方位角
✓ 正、反坐标方位角：
✓ 正、反真方位角： ✓ 正、反磁方位角：
180
12
21
A A ( ) 180
12
21
2
1
A A ( ) 180
磁12
磁 21
m1
m2
真 北
γ1
α12
A12
➢ 方位角及其互换
由直线一端的标准方向线北端起，顺时针量至该直线的 水平角。其取值范围：0°～360°。
方位角的种类 ✓真方位角
由子午线北端起算的方位角 ，用A表示。
✓磁方位角
由磁北方向起算的方位角 ，用A磁 表示。
✓坐标方位角
由X坐标轴北端起算的方位角 ，用α表示 。
真 北
Aα
Am
O
P
三种方位角的关系
（3）P点距离中央子午线和赤道的投影距离各为多少米？ 10. 什么叫绝对高程？什么叫相对高程？ 11. 用水平面代替水准面，地球曲率对水平距离、水平角和高
程有何影响？
12.根据“1956年黄海高程系”算得地面上A点高程为 63.464m，B点高程为44.529m。若改用“1985国家 高程基准”，则A、B两点的高程各应为多少？
1
3
γ2
A21
2
α21
Quadrantal Angle（象限角）
✓ 象限角
从标准方向线的北端或南端，顺时针或逆时针量至某直线的
水平锐角，以R表示，取值范围为0°～90°。
✓ 象限角与坐标方位角的换算
N
第一象限
测绘各种坐标系
测绘各种坐标系1 大地坐标系：设P点的子午面NPS与起始子午面NGS所构成的二面角L，即P点的大地经度；P点的法线Pn与赤道的夹角B，即P点的大地纬度；从观测点沿椭球的法线方向大到椭球面的距离，即大地高H。
注意：内业的基准线是法线，基准面是参考椭球面；外业的基准线是铅垂线，基准面是大地水准面，此时高程为正高。
以似大地水准面为参照面的高程系统为正常高。
2 空间直角坐标系：空间任意点的坐标用（X,Y,Z）表示，坐标原点位于总地球质心或参考椭球中心，Z轴与地球平均自转轴相重合，即指向某一时刻的平均北极点，X轴指向平均自转轴与平均格林尼治天文台所决定的子午面与赤道面的交点Ge而Y轴与XOZ平面垂直，且指向东为正。
坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系。
即地固坐标系3 天球直角坐标系：原点位于地球质心O，z轴指向天球北极Pn，x轴指向春分点r，y轴垂直于xOz平面，从而建立起来的坐标系即为天球直角坐标系；天球直角坐标也可转化为赤经（a）、赤纬（）、向径（d）构成的球面坐标。
春分点和天球赤道面，是建立天球坐标系的重要基准点和基准面。
4 惯性坐标系：是指在空间固定不动或做匀速直线运动的坐标系。
一般很难建立，通常约定建立近似的惯性坐标系，即协议惯性坐标系。
5 协议天球坐标系：由于地球的旋转轴是不断变化的，通常约定某一时刻t作为参考历元，把该时刻对应的瞬时自转轴经岁差和章动改正后的指向作为z轴，以对应的春分点为x 轴的指向点，以xoz的垂直方向为y轴建立的球坐标系协议天球坐标系与瞬时真天球坐标系的差异是由地球旋转轴的岁差和章动引起的，两者之间有其转换关系。
6 瞬时真天球坐标系：是一时刻t的瞬时北天极和真春分点为参考建立的天球坐标系。
它与瞬时平天球坐标系的差异主要是地球自转轴的章动造成的。
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13.3 基本测设工作
——精确测设方法
当测设水平角精度要求较高时,采用精确方法 精确测设水平角的步骤: 1）用一般方法测设水平角β； 2）精测∠BAC，观测结果为β＇； 3）计算观测角β ＇与待测设水平角β之差，进而计 算出改正数CC1；
Δβ ＝ β－ β＇ CC1＝AC•tanΔβ＝ Δβ／ρ ４）根据CC1，现场将C改正至C1。
已知点 已知方向
已知水平距离
13.3 基本测设工作
精确测设方法 步骤：
１）利用一般方法，测设出已知水平距离Ｄ,定出终点； ２）利用水准仪测得起终点之间的高差； ３）利用下式计算出实地应测设的距离；
Ｌ＝Ｄ－（ΔＬd+ ΔＬt+ ΔＬh)
ΔＬd：尺长改正数 ΔＬt：温度改正数 ΔＬh：高差改正数
４）利用经纬仪定向，使用检定过的钢尺，根据 计算出Ｌ，实地标定出已知水平距离Ｄ．
平面位置和高程是否符合设计要求； （４）随着施工的进展，对一些大型、高层或特殊建
构）物进行变形观测。
13.2 施工测量的主要内容及特点
◆施工测量的准备工作
（1）建立健全组织和制度； （2）了解设计意图；熟悉设计图纸；核对图纸、检查数据； （3）实地踏勘，选择测设方法； （4）编制测设详图，计算测设数据； （5）测量仪器的选择、检验和校正。
数字测图原理及方法
Principle and Methods of Digital Mapping
第十三章 测设
13.1 概述 13.2 施工测量的主要内容及特点 13.3 基本测设工作 13.4 平面点位的测设 13.5 已知坡度的测设 13.6 圆曲线的测设 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算
已有：测站A、后视方向B 已知：水平角数据(设计已知) 定：C方向
——一般测设方法
(正倒镜分中法) ◆在A安置经纬仪； ◆盘左瞄准B，平盘读数b； ◆转动照准部至读数(b+)，定 C′； ◆盘右瞄准B，平盘读数b1； ◆转动照准部至读数(b1+)，
Ｂ
β Ａ
Ｃ＇ Ｃ Ｂ Ｃ＂
β＇ β Ａ
Ｃ Ｃ１
(6) 做出放样计划；编制施工放样图。 准备放样数据
(1) 图解法:用量角器和比例尺在图上直接量取放样数据。 (2) 解析法:根据工程建筑物轴线点或角点的设计坐标及控制 点的坐标，利用坐标反算的方法，算出放样数据。 做出放样计划，编制施工放样图。
13.2 施工测量的主要内容及特点
4 、 特点 （1）准确性；（2）整体性； （3）安全性；（4）长期性。
13.3 基本测设工作
例：已知AC1=85.00米，设计值=36°， 设测得1=35°59′42″， 计算修正值C1C 。
解：=-1=18″ C1C=85×tan0°0′18″ =0.0074m ＝7.4mmLeabharlann 得：点位修正值为7.4mm(向外)
13.3 基本测设工作
3、测设已知高程
——地面上点的高程测设
返回
13.3 基本测设工作
13.3 基本测设工作
距离、角度、高程测设
1、测设已知水平距离
已有：起点A、和AB方向 已知：水平距离DAB(设计已知) 测设：终点B ——钢尺一般方法 在给定的方向，根据给定的距离值，从起点用钢尺丈量的一般方法 ，量得线段的另一端点。为了检核起见，应往返丈量测设的距离， 往返丈量的较差，若在限差之内，取其平均值作为最后结果。
要求，以一定的精度标定到实地，作为施工的依据．并在施 工过程中进行一系列的测量工作.
（1）施工控制网的建立；（2）施工放样； （3）竣工测量
13.2 施工测量的主要内容及特点
3、主要内容： （１）建立施工控制网； （２）依据设计图纸要求进行建（构）筑物的放样； （３）每道施工工序完成后，通过测量检查各部位的
13.1 概述
各项工程建筑物在施工阶
段所进行的测量工作，
工程建设的三大阶段
统称为施工测量
（1）勘测设计阶段——测图、用图
（2）施工阶段——测设、施工放样、竣工 测量
（3）运营管理阶段——变形监测
13.2 施工测量的主要内容及特点
1、施工测量 在施工阶段进行的测量工作。
2、主要任务 将图纸上设计建筑物的平面位置和高程，按设计与施工
13.1 概述
确定地表点在某坐标系中坐标的工作称为测定，其特点是先 在地表设定点的实际位置，然后确定它的坐标。
而与之相反的任务，即已知某点在某坐标系中的坐标而要 在地表找到它的实际位置，则称为测设，其特点是先知道地表 点的坐标，后找到它的实际位置。
测设，又称放样，是测绘的逆过程。 根据待建建、构筑物各特征点与控制 点之间的距离、角度、高差等测设数 据，以控制点为根据，将各特征点在 实地桩定出来。 即按照设计图纸的 样子将建筑物放置到实地，施工人员 则依据放样所得的位置进行修建。
13.3 基本测设工作
测距仪法测设:
◆在A安置测距仪(或全站仪)； 在B附近安置反光棱镜；
◆观测AB距离、调整棱镜位 置，直至与设计距离相等， 定B标志。
●测距仪观测斜距时，应读 竖直角，改正成平距；
●全站仪直接读取平距。
反
光
棱
B镜
L
测
α
距
CC＇
仪
AA
DD ＇
13.3 基本测设工作
2、测设已知水平角
13.1 概述
13.1 概述
13.1 概述
盾构
英吉利海峡隧道英吉利海峡海底隧道于１９８７ 年正式开工。海底隧道由英、法两国共同开发。 工程由三条隧道组成，两条直径为７．６米的火 车隧道，和一条直径为４．８米的服务隧道，全 长５３千米，其中有３８千米隧道要在海底４０ 米深的岩层中穿过。英法两国采用两岸同时掘进 的办法，并使用激光导向，确保施工方向准确无 偏差。
——施工测量虽与地形测量相反，但它同样遵循“从整体到局 部，先控制后细部”的原则；
——施工测量精度取决于建筑物的用途、大小、性质、材料、 结构形式和施工方法；
施工测量控制网的精度、建筑物轴 线测设精度、建筑物细部放样 精度等。
13.2 施工测量的主要内容及特点
——施工测量是工程建设的一部分，必须做好一系列准备工作. ——施工测量的质量将直接影响工程建设的质量，故施工测量应建立健 全检查制度； ——施工现场交通频繁，地面震动大；各种测量标志应埋设稳固，一旦 被毁，应及时恢复。 ——施工现场工种多，交叉作业，干扰大，易发生差错和安全事故．