北京54、西安80坐标系及其转换.docx

北京54坐标系简介北京54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，其坐标详细定义可参见参考文 献朱华统1990。历史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。它是将我国一等锁与原苏联 远东一等锁相连接，然后以连接 处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科 沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。因此，P54可归结为：a. 属参心大地坐标系；b. 采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c. 大地原点在原苏联的普尔科沃；d. 采用多点定位法进行 椭球定位e. 高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面f. 高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起 算数据。按我国天文水准路线推算而得。坐标参数椭球坐标参数：长半轴a=6378245m ；短半轴=6356863.0188m ； 扁率 a=1/298.3。缺点自P54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差， 其成果得到了广泛的应用。但是随着测绘新理论、新技术的不断 发展，人们发现该坐标系存在如下缺点：1、椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精 确的椭球参数相比，长半轴约大109m。2、参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，同时也对观测量元素的归 算提出了严格的要求。3、几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我 国在处理重力数据时采用赫尔默特19001909年正常重力公式 与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯 基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。4、定向不明确。椭球短半轴的指向既不是国际是普遍采用 的国际协议(原点)CIO (Conventional International Origin ), 也不是我国地极原点JYD1968.0 ；起始大地子午面也不是国际时 间局 BIH (Bureau International de I Heure )所定义的格林尼 迨平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。为此，我国在1978年在西安召开了 “全国天文大地网整体平 差会议”，提出了建立属于我国自己的大地坐标系，即后来的 1980西安坐标系。但时至今日，北京54坐标系仍然是在我国使 用最为广泛的坐标系。1980西安坐标系中文名称：1980西安坐标系英文名称： Xian Geodetic Coordinate System 1980定义：采用1975国际椭球，以JYD 1968.0系统为椭球定向基准， 大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇，采用多点定位所建立的大地 坐标系。应用学科：测绘学（一级学科）；测绘学总类（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布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。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是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据 椭球定位的基本原理，在建立西安80坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地 球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0 方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数，因而可得 西安80椭球两个最常用的几何参数为:长半轴 a=6378140±5（ m）短半轴 b=6356755.2882m扁 率 a=1/298.257第一偏心率平方=0.00669438499959 第二偏心率平方 =0.00673950181947椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解 参数。（4）多点定位；（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为 基准北京54坐标系转西安80坐标系详细教程北京54坐标系和西安80坐标系其实是一种椭球参数的转换，作 为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间 的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个 地方会不一样，因为他们是两个不同的椭球基准。那么，两个椭球间 的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即X平移， Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z旋转（WY），尺度 变化（DM）。若求得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点 坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z）， 如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30km （经验值），这可 以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋 转，尺度变化面DM视为0。方法：第一步：向地方测绘局（或其他地方）找本区域三个公共点坐标对（即 北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z）；第二步：讲三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。（菜单：投影转 换一一输入单点投影转换，计算出这三个点的弧度值并记录下来）；第三步：求公共点操作系数（菜单：投影转换一一坐标系转换）。如 果求出转换系数后，记录下来；第四步:编辑坐标转换系数（菜单:投影转换一一编辑坐标转换系数）， 最后进行投影变换，“当前投影”输入80坐标系参数，“目的投影” 输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转 换系数。详细步骤如下：首先将MAPGIS平台的工作路径设置为“.北京54转西安80”文 件夹下。下面我们来讲解“北京54坐标系”转“西安80坐标系”的转换方 法和步骤。一、数据说明北京54坐标系和西安80坐标系之间的转换其实是两种不同的 椭球参数之间的转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型， 即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z旋 转（WY），尺度变化DM）。若得七参数就需要在一个地区提供3个 以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系 下x、y、z），可以向地方测绘局获取。二、“北京54坐标系”转“西安80坐标系”的操作步骤启动“投影变换模块”，单击“文件”菜单下“打开文件”命令， 将演示数据“演示数据北京54.WT”、“演示数据北京54.WL”、“演示数据 北京54.WP”打开，如图1所示：noir* noi % p图11、单击“投影转换”“单下“S坐标系转换”“令，系统弹出“转换坐标值” “话框，如图2所示：图2、在“输入”一栏中，坐标系设置为“北京54坐标系”，单位设置为“线类单位一米”；、在"输出”一栏中，坐标系设置为"西安80坐标系”，单位设置为“线类单位一米”；、在“转换方法” 一栏中，单击“公共点操作求系数”项；、在“输入”一栏中，输入北京54坐标系下一个公共点的（x、y、 z）,如图2所示；、在“输出”一栏中，输入西安80坐标系下对应的公共点的（x、y、z），如图2所示；、在窗口右下角，单击“输入公共点”按钮，右边的数字变为1， 表示输入了一个公共点对，如图2所示；、依照相同的方法，再输入另外的2个公共点对；、在“转换方法” 一栏中，单击“七参数布尔莎模型”项，将右边 的转换系数项激活；、单击“求转换系数”菜单下“求转换系数”命令，系统根据输入 的3个公共点对坐标自动计算出7个参数，如图3所示，将其记录 下来； 然后单击“确定”按钮;图32、单击“投影转换”菜单下“编辑坐标转换参数”命令，系统弹出“不同地理坐标系转换参数设置”对话框，如图4所示;图4在“坐标系选项”一栏中，设置各项参数如下:源坐标系：北京54坐标系；目的坐标系：西安80坐标系；转换方法：七参数布尔莎模型；长度单位：米；角度单位：弧度；然后单击“添加项”按钮，则在窗口左边的“不同椭球间转换”列表 中将该转换关系列出； 在窗口下方的“参数设置”一栏中，将上一步得到的七个参数依次输入到相应的文本框中，如图4所示；单击“修改项”按钮，输入转换关系，并单击“确定”按钮；接下来就是文件投影的操作过程了。3、单击“投影转换”菜单下“MAPGIS投影转换/选转换线文件”命令，系统弹出“选择文件”对话框，如图5所示：图5选中待转换的文件“演示数据北京54.WL”，单击“确定”按钮;4、设置文件的Tic点，在“投影变换”模块下提供了两种方法：手 工设置和文件间拷贝，这里不作详细的说明； 5、单击“投影转换”菜单下“编辑当前投影参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框，如图6所示，根据数据的实际情况来设置 其地图参数，如下：坐标系类型：大地坐标系椭球参数：北京54投影类型：高斯一克吕格投影比例尺分母：1坐标单位：米投影中心点经度（DMS）： 1230000然后单击“确定“按钮；图66、单击“投影转换”菜单下“设置转换后参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框，如图7所示，转换后的参数设置为：坐标系类型：大地坐标系椭球参数：西安80 （注意椭球参数的变换）投影类型：高斯一克吕格投影比例尺分母：1 坐标单位：米投影中心点经度（DMS）： 1230000 （注意前后中央经线保持一致）图77、单击“投影转换”菜单下“进行投影变换”命令，系统弹出“输 入转换后位移值”对话框，单击“开始转换”按钮，系统开始按照设 定的参数转换线文件，如图8所示：图8以同样的操作步骤和参数设置，将“演示数据北京54.WL”、“演 示数据北京54.WP”文件进行投影转换；8、单击鼠标右键，选择“复位”命令，系统弹出“选择文件名”对 话框，可以看到系统生成了三个新的文件：“NEWLIN.WL”、“NEWPNT.WT”、“NEWPNT.WP”，依次选中这三个文件，单击“确定”按钮，如图9所示：这时新生成的三个文件就是西安80坐标系下的文件;补充：通常情况下，转换过来的数据会有一定的误差存在，所以有时 为了保证数据的精度，在转换的过程中通过设置横坐标和纵坐标的偏 移量来修正转换后的坐标。