我国四大常用坐标系及高程坐标系
测量中常用的坐标系统
测量中常用的坐标系统[来源：本站 | 作者：原创 | 日期：2010年11月26日 | 浏览168次] 字体:[大中小] 1) 球面坐标系统天文地理坐标系：以大地水准面为基准，以铅垂线为基准线，地面点在基准面上投影位置由天文经度（λ）和天文纬度（φ）确定。
大地坐标系：以参考椭球体面为基准面，以法线为基准线。
地面点在椭球面上投影点的位置用大地经度L、大地纬度B表示。
2)空间直角坐标系：以参考椭球体的中心为坐标原点，指向地球北极的方向为Z轴，首子午面与赤道的交线为X轴，Y轴垂直于xoz平面。
WGS-84坐标系（世界大地坐标系）：采用WGS-84椭球，其坐标原点在地心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。
也称全球地心坐标系。
GPS卫星定位系统得到的地面点坐标就是WGS-84坐标。
3)高斯平面直角坐标系地图投影：将球面上图形、数据按一定的数学法则转到平面上的方法。
X= F 1 (L，B) 或 X= F 1 (x, y, z)Y= F 2 (L，B) Y= F 2 (x, y, z) 地图投影分类：按变形性质分为：等角投影、等积投影和任意投影。
其中，等角投影保持角度不变，投影后任意一点各方向的长度比不变，从而在有限范围内使得投影平面上图形与椭球上保持相似。
因此，等角投影也成为正形投影。
高斯投影：等角横切椭圆柱投影，又称高斯—克吕格投影。
a) 高斯投影的特点：中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；中央子午线和赤道的投影相互垂直。
b) 分带法：为保证投影精度，限定投影的区域的方法——按经度分带。
大地测量常用坐标系及其转换
常用坐标系及其转换
1、常用坐标系
大地坐标系：以地球椭球面为参考面的地球椭球面坐标系(LBH)。
(参心、地心)
空间直角坐标系(XYZ)
站心(局部)直角坐标系(UNE)极坐标系
直角坐标系原点位于测站点
U轴与测站点法线重合，指向天顶
N轴垂直于U轴，指向(北)
E轴形成左手系(东)
站心极坐标系用极距、方位角和高度角表示
常用坐标系及其转换
1、常用坐标系
高斯直角坐标系(xyH)
高斯投影的条件是：
满足正形投影条件(柯西黎曼方程)
中央子午线投影后为直线
中央子午线投影后长度不变(其它线变长)
2、坐标系转换
XYZ LBH(同一参考系下换算)
XYZ NEU(同一参考系下换算，已知站心的大地或空间直角坐标) 不同参考系下坐标系转换(用XYZ转换公式，B 模型和M
模型，七参数-平移量旋转量各3，一个尺度因子;
四参数一般是针对平面坐标的转换-2个平移，一个旋转，一个尺度) LBH xyH(球面化为平面，注意中央子午线选取和分带,H为大地高)
2、坐标系转换
不同坐标系之间常用BURSA 模型，七参数)
2、坐标系转换
局部小范围内，对高斯平面坐标可用四参数模型
四、我国的大地坐标系
(一)、1954年北京坐标系
(二)、1980年国家大地坐标系
(三)、2000中国大地坐标系CGCS2000
(四)、新1954年北京坐标系
(五)、1978地心坐标系
(六)、1988地心坐标系。
大地坐标系统和高程系统
大地坐标系统和高程系统常用坐标系与高程系简介(2012-05-08 08:48:14)转载?标签: 分类: 设计资料克拉索夫斯基北京宋体大地坐标系高程基准杂谈常用坐标系1、北京54坐标系北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
1954年北京坐标系的历史:新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3;2、西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。
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，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952,1979年确定的黄海平均海水面(即1985国家高程基准)。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.257221013、2000国家大地坐标系的定义国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。
2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心;2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面(历元2000.0)的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
常用坐标系与高程系简介
常用坐标系与高程系简介2009-09-27 10:06:45| 分类：GIS技术| 标签：|字号大中小订阅坐标系的概念1.坐标系的定义：如果空间上任意一点P的位置，可以用一组基于某一时间系统时刻t的空间结构的数学描述来确定，则这个空间结构可以称为坐标系，数学描述称为P点在该坐标系中的坐标。
牛顿运动学原理要求坐标系是惯性的，惯性是每个物体所固有的当没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的属性，基于这个特性，惯性坐标系的定义需与时间无关，通常这样的坐标系需要三个属性来描述(这应该是三维空间的本性吧)，首先一个是原点(O)，就是坐标系的中心点，第二个是过原点的任意直线(这里称为Z轴)，第三个是过原点且与Z轴不重合的任意直线(这里称为X轴)，如果X轴与Z轴垂直，会带来较优美的数学描述，我们称这样的坐标系是笛卡尔坐标系。
P点的位置可以用P到原点的距离r，OP与Z轴的夹角，OP与X 轴的夹角来描述(当然也可以有其它等价描述)，可以证明这个描述确定的P点是唯一的。
2.GPS领域常用坐标系模型：在GPS测量中，最常用的坐标系模型是协议地球坐标系，该坐标系随同地球一起旋转，讨论随地球一起自转的目标位置，用这类坐标系方便；另外一类是协议天球坐标系，这个坐标系随同太阳系一同旋转，与地球自转无关，讨论卫星轨道运动时，用这类坐标系方便。
天球坐标系的定义是这样的，原点是地球质心(O)，Z轴指向地球自转轴(天极，向北为正)，X轴指向春分点，根据春分点的定义可以证明X轴与Z轴互相垂直，且X轴在赤道面上，同时为数学描述方便，引入与XOZ成右手旋转关系的Y轴。
因为地球自转轴受其它天体影响(日、月)在空间产生进动，使得春分点变化(章动和岁差)，导致用“瞬时天极”定义的坐标系不断旋转，而旋转的坐标系表现出非惯性的特性，不能直接应用牛顿定律。
我们可以用某一历元时刻的天极和春分点(协议天极和协议春分点)定义一个三轴指向不变的天球坐标系，称为固定极天球坐标系。
中国坐标系
我国三大常用坐标系区别我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）1、北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
1954年北京坐标系的历史：新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；2、西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG 75地球椭球体。
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，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.257221013、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（World Geodetic System）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
常用坐标系
常用坐标系坐标系是描述各种物理空间的重要工具，它可以将非常复杂的几何形状及其变化，迅速、容易地抽象成简单的空间维度和量度，描述和调整空间变化。
坐标系可以帮助我们更好地理解物理空间，用户可以根据自己的需要使用不同的坐标系以实现目标。
坐标系分为两大类，一类是球坐标系，另一类是笛卡尔坐标系。
球坐标系又称为经纬度坐标系，它是一种用于描述地球表面的坐标系，常用的球坐标系有国际球形坐标系（WGS-84）、中国大地坐标系（CGCS2000）、百度地图球坐标系（BD-09）等。
笛卡尔坐标系又称直角坐标系，它是一种把平面分割成等大的正方形，并用网格线标记每个正方形的坐标系，它在进行二维空间计算和分析时非常有用。
常用的笛卡尔坐标系有卫星地图笛卡尔坐标系（S-JTSK）、国家2000年坐标系（GCJ-02）、Google地图笛卡尔坐标系（GCJ-02）等。
国际球形坐标系（WGS-84）是一种常用的球坐标系，它由国际水文与海洋学机构（IHO）制定的，用于全球普遍同步使用，被国际水文学会推荐用于航海、航空、水文、地球物理和地质探测等领域，它是由大地坐标系（Geodetic）派生出来的，以空间直角坐标系为基础，采用经纬度和高程成对表示物体坐标。
把物体坐标表示成三维数据，即经度longitude、纬度latitude和高程elevation。
中国大地坐标系（CGCS2000）是由中国国家质量监督检验检疫总局制定的，是国家规定的统一的地理坐标系统，也是最广泛使用的坐标系统，它是以国际球形坐标系WGS-84为基础，对其进行地方化改造的坐标系统。
它的特点是在定点投影转换后，经纬度和高程度均有较小的偏差，满足全国各地地理和测量需要，满足国家测绘和地理空间信息管理要求。
百度地图球坐标系（BD-09）是由百度地图开发的，是根据百度地图使用的投影坐标系改进的球坐标系，它是由平面坐标系（GCJ-02）投影到球面坐标系（WGS-84）上的一种投影体系，它具有经纬度坐标和高程度量，精度较高，是一种全球一致性的坐标体系。
常用坐标系统简介
1954年北京坐标系我国1954年完成了北京天文原点的测定工作，建立了1954年北京坐标系。
1954年北京坐标系是原苏联1942年普尔科沃坐标系在我国的延伸，但略有不同，其要点是：✧属参心大地坐标系；✧采用克拉索夫斯基椭球参数（a=6878245m，扁率 = 1：298.3）；✧多点定位；✧εx = εy = εz；；✧大地原点是原苏联的普尔科沃；✧大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准起算值，按我国天文水准路线推算出来的；✧1954年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成果是局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。
1980年国家大地坐标系由于1954年北京坐标系（简称54坐标系）存在许多缺点和问题，1980年我国建立了新的大地坐标系（简称80坐标系），其要点是：✧属参心大地坐标系；✧采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数。
数值采用1975年国际大地测量学联合会（IUG）第16届大会上的推荐值，其结果是：✧地球长半轴= 6378140m✧地心引力常数x质量 GM = 3.986005×1014m3/s2✧地球重力场二阶带谐数Ｊ２＝1.08263×10–3✧地球自转角速度ω＝7.292115×10–5rad/s。
✧多点定位。
在我国按10×10间隔，均匀选取922个点组成弧度测量方程，按最小解算大地原点起始数据（p41)；✧定向明确。
地球椭球的短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点(JYD)的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面，ωx ＝ωy ＝ωz ＝0；✧大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点；✧大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
WGS-84地心坐标系统WGS-84是美国国防部研制确定的，其几何定义为：✧原点在地球质心；✧Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向；✧X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道交点；✧Y轴与Z轴，X轴构成右手坐标系。
我国常用坐标参照系
我国地形图一般采用高斯投影，所以通常转化成高斯平面坐标显示到地图上。
而在经纬度向平面坐标转化的过程中，需要用到椭球参数，因此要考虑所选的坐标系，我国常用的坐标系有北京54，西安80，WGS-84坐标系，不同的坐标系对应的椭球体是不一样的，我们所说的地理数据都是为了描述大地水准面上的某一个点，而大地水准面是不规则的，我们用一个规定的椭球面去拟合这个水准面，用椭球面上的点来近似表示地球上的点。
每个国家地理情况不同，采用的椭球体也不尽相同。
北京54坐标系采用的是克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体，而西安80采用的是IAG 75地球椭球体。
5. 我国常用坐标参照系A. 旧1954北京坐标系（参心坐标系）1954北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。
该坐标系源自于前苏联1942年普尔科夫坐标系。
椭球：克拉索夫斯基椭球长半轴a：6378245m扁率f：1/298.3高程：以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准缺点：（包括3个方面，后续）B. 1980西安大地坐标系（参心坐标系）原因：a. 1954坐标系椭球参数长半轴有108m的差距与现在的精确值b. 参考椭球面与我国大地水准面之间存在自西向东的系统性倾斜，东部差距达68mc. 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。
重力数据处理时采用的是赫尔默特正常重力公式，与其相应的椭球为赫尔默特椭球，这与克拉索夫斯基椭球不一致。
d. 定向不明确：克拉索夫斯基椭球短半轴既不指向CIO也不指向我国地极原点JYD1968.0；同时其起始子午面也不是国际时间局所定义的格林尼治平均天文台子午面。
这给坐标换算带来了很多麻烦。
e. 1954坐标系还是按局部平差逐步提供大地点成果的，因此不可避免地会出现一些矛盾和不够合理的地方。
原则：a. 全国天文大地网整体平差要在新的坐标系的参考椭球面上进行。
为此首先需要建立一个新的大地坐标系，并名之为1980国家大地坐标系；b. 1980国家大地坐标系的大地原点定在我国中部。
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我国四大常用坐标系及高程坐标系
1、北京54坐标系(BJZ54)
北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/；
2、西安80坐标系
1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。
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，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m
3、WGS－84坐标系
WGS－84坐标系（WorldGeodeticSystem）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。
GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。
WGS84坐标系，长轴6378137.000m
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。
4、2000国家大地坐标系
英文缩写为CGCS2000。
2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：
长半轴a=6378137m，，
1014m3s-2
自转角速度ω=7.292l15×10-5rads-1
我国常用高程系
“1956年黄海高程系”，是在1956年确定的。
它是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料，求出该站验潮井里横按铜丝的高度为3.61米，所以就确定
这个钢丝以下3.61米处为黄海平均海水面。
从这个平均海水面起，于1956年推算出青岛水准原点的高程为72.289米。
国家85高程基准其实也是黄海高程基准，只不过老的叫“1956年黄海高程系统”，新的叫“1985国家高程基准”，新的比旧的低0.029m
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，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。
但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程
-0.029m。
1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。
各高程系统之间的关系：
56黄海高程基准：+
85高程基准（最新的黄海高程）：56高程基准
吴淞高程系统：56高程基准+
珠江高程系统：56高程基准
我国目前通用的高程基准是：85高程基准
（1）兰勃托投影性质
兰勃托(Lambert)投影，又名"等角正割圆锥投影”
兰勃托投影采用双标准纬线相割，与采用单标准纬线相切比较，其投影变形小而均匀，兰勃托投影的变形分布规律是：
a)角度无变形，即投影前后对应的微分面积保持图形相似，亦称为正形投影；
b)等变形线和纬线一致，即同一条纬线上的变形处处相等；
c)两条标准纬线上没有任何变形；
d)在同一经线上，两标准纬线外侧为正变形(长度比大于1)，而两标准纬线之间为负变形(长度比小于1)。
因此，变形比较均匀，变形绝对值也比较小；
e)同一纬线上等经差的线段长度相等，两条纬线间的经纬线长度处处相等。
我国1：100万地形图采用了兰勃托投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影一致。
纬度按纬差4°分带，从南到北共分成15个投影带，每个投影带单独计算坐标，每带两条标准纬线，第一标准纬线为图幅南端纬度加30′的纬线，第二标准纬线为图幅北端纬度减30′的纬线，这样处于同一投影带中的各图幅的坐标成果完全相同，不同带的图幅变形值接近相等，因此每投影带只需计算其中一幅图(纬差4°，经差6°)的投影成果即可。
由于是纬差4°分带投影的，所以当沿着纬线方向拼接地图时，不论多少图幅，均不会产生裂隙；但是，当沿着经线方向拼接时，因拼接线分别处于上下不同的投影带，投影后的曲率不同，致使拼接时产生裂隙。