工程坐标系的建立方法及坐标转换程序设计

论文总字数：26409字

摘 要

坐标系统是测量工作中定位的基础，是施工过程中的重要基准。我国常用的坐标系有： WGS-84 坐标系、国家2000坐标系、国家 80 坐标系、北京 54 坐标系等。而在精度要求比较高的工程中，如高铁、大型桥梁、大型场馆建设，需建立特殊的满足施工要求的坐标系。在实际工作中，会发现不同坐标系下的测量成果之间的矛盾尤为凸显，所以必须要解决坐标转换的问题。

本文介绍了坐标系建立的相关知识，重点讨论了各类坐标系统转换的理论知识方法及其数学模型。根据相关的理论知识，设计了坐标转换的程序框图，然后利用C#编程语言编写程序，编写了用来实现坐标之间的相互转换以及七参数、四参数的求解的软件，包括大地坐标与空间直角坐标的相互转换、高斯投影正反算、二维坐标转换与四参数计算、 三维坐标转换与七参数转换。

关键词：地球椭球，基准，坐标转换，七参数，四参数

ABSTRACT

Coordinate system is the basis of positioning in surveying work and an important benchmark in construction process. The commonly used coordinate systems in China are: WGS-84 coordinate system, national 2000 coordinate system, national 80 coordinate system, Beijing 54 Coordinate system, etc. In high precision projects, such as high-speed railway, large bridges and large stadiums, special coordinate systems should be established to meet the construction requirements. In practical work, it will be found that the contradiction between measurement results in different coordinate systems is particularly prominent, so the problem of coordinate transformation must be solved.

This paper introduces the related knowledge of coordinate system establishment, and focuses on the theoretical knowledge methods and mathematical models of coordinate system transformation. According to the relevant theoretical knowledge, the program block diagram of coordinate transformation is designed, and then the program is programmed with C# programming language. The software used to realize coordinate transformation and the solution of seven parameters and four parameters is compiled, including the conversion between geodetic coordinates and space rectangular coordinates, the forward and backward calculation of Gauss projection, two-dimensional coordinate transformation and four parameters calculation, three-dimensional coordinate transformation and four-parameter calculation. Seven parameters conversion.

KEY WORDS: The Earth Ellipsoid, datum ,Coordinate Conversion, Seven Parameters, Four Parameters

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1研究背景和意义 3

1.2国内外研究现状 3

1.3研究的主要内容 4

第二章 坐标系的建立 5

2.1地球椭球 5

2.2基准 5

2.3测量常用坐标系 5

2.3.1大地坐标系 5

2.3.2空间直角坐标系 6

2.3.3平面坐标系 6

2.3.4地方独立坐标系 7

2.4我国常用坐标系 7

2.4.1 1954 年北京坐标系 7

2.4.2 1980国家大地坐标系 7

2.4.3 新1954年北京坐标系 8

2.4.4 WGS-84世界大地坐标系 8

2.4.5 2000国家大地坐标系 9

第三章 坐标转换模型 11

3.1同一基准下坐标系转换 11

3.1.1大地坐标与空间大地直角坐标之间的转换 11

3.1.2大地坐标与平面坐标之间的转换 12

3.2坐标基准转换 16

3.2.1四参数坐标转换模型 16

3.2.2七参数坐标转换模型 16

3.2.3相似变换坐标系统精度评定 17

第四章 坐标转换程序设计 18

4.1需求分析与功能设计 18

4.2坐标转换总思路设计 18

4.3程序框图设计 19

4.3.1同一基准下坐标系转换 19

4.3.2坐标基准转换 22

4.4程序设计界面及计算结果 23

4.4.1数据文件格式说明 24

4.4.2坐标转换计算结果 25

第五章 总结与展望 31

致 谢 32

参考文献： 33

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

随着时代的发展，科技的进步，每个国家在不同的历史阶段也会采用不同的坐标系统，坐标系统是测量工作中定位的基础，是施工过程中的重要基准。在实际的测量生产中，在某些未布设国家级大地控制网的地方或为了测量的方便建立不同于国家坐标系的地方独立坐标系。在工程建设中，为了保证施工符合设计要求，必须建立控制网，而建立工程控制网必须确定工程控制网坐标系。而在精度要求比较高的工程中，如高铁、大型桥梁、大型场馆建设，需建立特殊的满足施工要求的坐标系。这将导致在实际的工作中通常面临不同坐标系的转换问题，也必将较大程度地影响多种测量成果的统一。因此，开展多种测量坐标系统下的坐标转换模型研究具有重要意义。

坐标转换一般分为两种：相同椭球下点的不同坐标表现形式间的相互转换和坐标基准转换。在相同椭球下某一点的坐标不同表现形式之间的相互转换，就是在所有椭球参数已知的情况下，可以直接利相应的转换模型即可实现转换计算，而且精度较高。

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