摘要】本文以公路测量为例，较详细地论述了在线路测量中应考虑的变形因素，以及解决变形的办法，详细地叙述了建立独立坐标系的作用及建立这种坐标系的六种方法，并介绍了因提高归化高程面而产生新椭球后的一些椭球常数的计算方法和步骤。此外，本文还对当路线跨越相邻投影带时，需要进行相邻带的坐标换算这一问题进行了阐述。
【关键字】独立坐标系高斯投影带抵偿高程面新椭球常数坐标转换归化高程面
线路控制测量中坐标系统的建立与统一方法
第一章概述
铁路、公路、架空送电线路以及输油管道等均属于线型工程，它们的中线统称线路。一条线路的勘测和设计工作，主要是根据国家的计划与自然地理条件，确定线路经济合理的位置。为达此目的，必须进行反复地实践和比较，才能凑效。
线路在勘测设计阶段进行的控制测量工作，称线路控制测量，在线路控制测量过程中，由于每条线路不可能距离较短,有的可能跨越一个带,二个带甚至更多,所以,在线路控制测量中,长度变形是一个不可避免的问题，但我们可以采取一些措施来使长度变形减弱，将长度变形根据施测的精度要求和测区所处的精度范围控
制在允许的范围之内。最有效的措施就是建立与测区相适应的坐标系统.
坐标系统是所有测量工作的基础.所有测量成果都是建立在其之上的,一个工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系统.这样既便于成果通用又不易出错.对于一条线路,如果长度变形超出允许的精度范围,我们将建立新的坐标系统加以控制.这就涉及到一个非常关键的问题,既,坐标系统的建立与统一.对于不同的情况,我们可以采用适应的方法尽可能建立统一的坐标系统,且使其长度变形在允许范围之内.
本文以公路控制测量为例，详细论述了线路控制测量中坐标系统的建立与统一方法.
第二章坐标系统的建立
当对一条线路进行控制测量时,首先应根据已有资料判断该测区是否属同一投影带和长度变形是否在允许范围之内.这样我们就可以判断是否需要建立新的坐标系统和怎样建立,下面对此进行详细讨论.
§2.1 相对误差对变形的影响
与国家点联测的情况：
我们的每项测量工作都是在地球表面上进行的,而要将实地测量的真实长度归化到高斯平面上,应加入二项改正.这样就改变了其真实长度,这种高斯投影平面上的长度与地面长度之差,称之为长度综合变形,其计算公式为,
￡=+Ym2*S/2R2-Hm*s/Ra
取：R=Ra=6371Km.S=s
将其写成相对变形的形式并代入数子：
￡/s=(0.00123y2-15.7H)*10
y：测区中心横坐标（Km）
H：测区平均高程（Km）
依据我国的工程测量规范规定，建立平面控制网的坐标系统应该保证长度综合变形不超过2.5cm/km.（相对变形不超过
1/40000）。与国家电联侧的情况。
2.1.1当长度综合变形小于2.5cm/km,（相对变形小于
1/40000）时
因为这时的长度变形符合精度要求,即在允许的误差范围之内,故这时的变形不予考虑。直接采用国家统一的坐标系统。
2.1.2当长度综合变形大于2.5cm/km,（相对变形超过
1/40000）时
因为这时的长度综合变形已不符合精度要求，所以必须对变形予以考虑，那么我们要采取何措施才能最大程度地限制变形，将变形控制在允许的范围之内呢?方法就是建立适应于该测区的地方独立坐标系.
§2.2建立地方独立坐标系
2.2.1建立地方独立坐标系的作用
在工程建设地区(如公路，铁路，管线，水库)布设测量控制网时,其成果不仅要满足1:500比例尺测图需要,而且还应满足一般工程放样的需要.在线路测量中，最总是要将测的收据经计算在放倒实地而施工放样时要求控制网由坐标反算的长度与实测的长度尽可能相符,但国家坐标系的成果很难满足这样的要求,这是
因为国家坐标系每个投影带（高斯投影）都是按一定的间隔(6°或3°)划分,由西向东有规律地分布.而每项工程建设地区的中眼再者,国家坐标系的高程归化面是参考椭球面,各地区的地面位
置与参考椭球面都有一定的距离,这两项将产生高斯投影变形改正和高程归化改正,经过这两项改正后的长度不可能与实测的长
度相等.建立独立坐标系的主要目的就是为了减小高程归化与
投影变形产生的影响,将它们控制在一个微小的范围,使计算出来的长度在实际利用时(如工程放样)不需要做任何改算.
2.2.2建立独立坐标系主要考虑哪些方面的因素
建立独立坐标系主要考虑两个方面的因素：一是分带;一是建立抵偿高程面.
2.2.2.1分带方法
地球的形状与大小,即大地水准面的形状与大小,十分接近一个两极稍扁的旋转椭球体.我们平常所用的地形图一般采用高斯投影,即横轴椭圆柱正形投影.如图(略), 椭球与椭圆柱面相切的子午线成为中央子午线或轴子午线,即高斯平面直角坐标系的X轴.将中央子午线东西方向一定经差(一般为6°或3°)范围地区投影到椭圆柱面上再把椭圆柱面按某一棱线展开,便构成了高斯平面直角坐标系统。
高斯投影中,除中央子午线外,椭球面上上任何两点投影到椭圆柱面上,两点间线段的长度均发生变形，且随着中央子午线两侧经差的增大，长度变形加剧。为了控制这种长度变形，使它在测图和用图时影响很小，在相隔一定地区另立中央子午线，即采用分带投影。我国国家测量规定采用6°带和3°代两种分带办法。一般地，对于1/25000~1/100000的地形图采用6°带，对于1/10000或更大比例尺的地形图采用3°带，同时还规定每一个
6°带向东加宽30′，向西加宽15′或7.5′，以保证在投影带的边缘部分有两套坐标和地形图，便于在边缘部分补点、计算。有些测绘单位为了控制长度变形，满足工程放样的需要，往往对
1/1000、1/500或更大比例尺的地形图采用1.5°带或独立投影带。由于采用分带投影，椭球面上统一的坐标系被分割成相互独立的坐标系。在公路施工测量中，常常会遇到内容完全相同的地形图中点的坐标不一样的情况，就是在测图时采用了不同中央子午线的缘故，需要进行坐标换带计算。
2.2.2.2投影带的选择
国家坐标系统为了控制长度变形，虽然采用了分带投影，以满足测图的基本要求，但长度变形依然存在，尤其是在投影带的边缘，长度变形不能满足高等级公路勘测和施工的要求。减弱长度变形的办法是根据精度要求和测区所处的精度范围来选择中央子午
线和投影带的大小重新确定分带投影。<<工程测量规范>>规定，当长度变形超过1/40000时，必须进行分带投影。
2.2.2.2.1长度变形
在高斯投影中，首先要把地面上的长度换算到参考椭球面上，然后再换算到参考椭球面上。设地面上的长度为S,Hm为平均高程面高程，hm表示大地水准面超出参考椭球面的高度，R表示
地面长度方向法截线的曲率半径，那么，将地面上的长度换算到参考椭球面上的改正数为：
⊿=-……
当=2000m时，二次项的影响小于10，的影响也很小，可以忽略。因此
⊿= -┅┅┅┅┅┅⑴
将参考椭球面上的长度换算到高斯平面上的改正数为：
⊿
当<70km和<350km时（6o带边缘），公式误差小于10
m；对于边长较短的三、四等计算，完全可以只取第一项：
⊿┅┅┅┅┅┅⑵
由上面两式可以看出，两项改正符号互为相反。理论上，当两项改正大小相等时，长度变形为零。即
┅┅┅┅┅⑶
按式⑴选择测区中心点，理论上可以满足地面距离与高斯平面上的距离保持一致。
2.2.2.2.2测区中心点大地坐标（B,L）的计算
设公路起点坐标为(,),中点坐标为（,）,令
已知
子午圈弧长公式为
┅┅┅┅⑷
对我国采用的克氏椭球来说
高斯投影反算公式（高斯投影中由平面直角坐标计算该点在椭球面上的地理坐标的公式）为
┅┅
┅┅┅┅┅┅⑸
计算时尚需将换成。
┅┅┅┅┅┅⑹
由公式⑵⑶⑷可计算出点（,）的大地坐标(,)
按式⑴计算出,同样可求出′,则新投影的中央子午线为：
2.2.2.2.3投影范围的确定
实际上，测区范围不是一个理想的水平面，总是高低不平，y值变动有正有负，虽然采用新投影，但残余变形依然存在。对式⑴、式⑵微分：
转换成中误差的形式：
两项误差的共同影响为
将式⑶带入并整理得：
┅┅┅┅┅┅⑺
即为某点相对于测区中心变动的最大幅度。因此，投影带的最
大宽度为。如果测区范围内值变动大于，则要进行分带处理。下面通过实例帮助分析理解这一点。
2.2.2.2.4例：从国家3°带基本图上查得某高速公路起点坐标为（3272722，40605050），终点坐标为（3273592，40667890），该测区为平原微丘，高程变化为170∽230m，
平均海拔高程为200 m，要求测区内长度变形不超过1/15000，试分析是否要进行换带投影。
第一步：分析是否可以直接套用国家坐标系统
由已知数据计算得：
由式⑴、式⑵计算得到长度变形之和为1/5050，超出精度要求范围，故不能套用国家坐标系统，必须进行换带投影。
第二步：投影带宽度的确定
要求长度变形小于1/15000，按式⑺求得,而测区内
值变动为
故只需选择一个投影带即可。
第三步：求测区中心点的大地坐标
由坐标值可知，°。由、按式⑸、式⑹可计算出：
B=29°34′30″
l=1°24′33″
按式⑶求得=50481.68,由、按式⑸、式⑹可计算出：l′=0°31′16″
选取中央子午线的原则是，以靠近国家坐标系统标准投影带中央子午线的值作为新的投影带的中央子午线。因此
120°53′14″
新的投影带中央子午线确定后，原国家点坐标要换算到新的坐标系中方能使用。
2.2.2.3如何确定抵偿高程面
我们知道，将实地测量的真实长度归化到国家统一的椭球面上时，应加如下改正数
⊿┅┅┅┅┅┅⑻
式中——长度所在方向的椭球曲率半径；
——长度所在高程面对于椭球面的高差；
——实地测量水平距离。
然后再将椭球面上的长度投影至高斯平面,则加入如下改正数
⊿┅┅┅┅┅┅⑼
式中——测区中点的平均曲率半径；
——距离的末端点横坐标平均值。
这样地面上的一段距离，经过上面两次改正计算，被该改变了真实长度。这种高斯投影平面上的长度与地面长度之差，我们称之为长度综合变形，其计算公式为
为了计算方便，又不致损害必要精度，可以将椭球视为圆球，取圆球半径≈≈6371km,又取不同投影面上的同一距离近似相等，即S≈s,将上式写成相对变形的形式，则为
┅┅┅┅┅┅⑽
公式⑴表明，将距离由较高的高程面化算至较低的椭球面时，长度总是减小的；公式⑵则表明，将椭球面上的距离化算至高斯平面时，长度总是增加的。所以两个投影过程对长度变形具有抵偿的性质。如果适当选择椭球的半径，是距离化算到这个椭球面上所减小的数值，恰好等于由这个椭球面化算至高斯平面所增加的
数值，那么高斯平面上的距离同实地距离就一致了。这个适当半径的椭球面，就称为“抵偿改称面”。
欲使长度综合变形得以抵偿，，必须
将推证式⑶时所用的关系和数据代入，
则
式中，若以百公里作单位，以m作单位则
┅┅┅┅┅┅⑾
利用上式可以确定抵偿高程面的位置。例如，某地中心在高斯投影3o带的坐标,该地平均高程为400m，按式⑷算得
即抵偿面应比平均高程面低650m,如图1所示。
图1
于是抵偿面的高程为
2.2.3建立地方独立坐标系的方法
建立地方独立坐标系的方法较多，下面讨论几种可供选择的方案。讨论之前，让我们先看看长度元素高程归化改正与高斯投影长度改化计算。
一个导线网观测边长的归算可分为高程归化和长度改化，而方向观测值也要经过方向改化后，才能作为平面的边与边之间的连接方向值，但由于其值较小，不作叙述。这里主要看一看高程归化和长度改化对边长带来的影响。
将地面上观测的长度元素归算到参考椭球面上按以下公式计算：
,,。
式中：
为归化到参考椭球体面上的长度；
为地面上的观测长度；
为高程归算改正；
为观测边的平均大地高；
为观测边相对于大地水准面的平均高程；
为大地水准面至参考椭球面的距离；
为该地区平均曲率半径；
为参考椭球子午圈曲率半径；
为参考椭球卯酉圈曲率半径。
对于不同的大地高，长度归算的每千米相对数值见表1（设Rm=6370km）。
为改化到高 为在参考椭球面上
为在高斯平面上离中央子午线垂距的平均值； 为该地区平均曲率半径。 设，边长离中央子午线垂距的相对变形见表2。
10 1:80万
方法一：把
高程面（严格地讲，要提高到那个地区的大地高平均面）。这样既可以使该测区的高程归化改正和中央地区的投影变形几乎为零，又可保证在离中央子午线45km 以内的地区其投影变形的相对误差小于1/4万。这种独立坐标系最适合工程建设区的需要，因为工程建设的所辖面积不会太大，东西跨度90km完全可以满足需要。
2.2.
3.2方法二：在建立城市独立坐标系时，上面第一种方法对某些城市不太适合，因为城市独立坐标系不但要满足市区的测图，而且还要满足它所管辖郊县地区的测图精度。跨度90km 可能对某些城市来说是不够的，这就需要利用高程归化改正和投影变形可以相互抵消的特点，可以把它们结合起来进行设计。如果把中央子午线设在城市中央，而把高程归化面设在城市地区平均高程面以下100m左右的地方，可以算处在城市中央地区的长度变形小于1/6.4万，而离开中央子午线各55km左右的距
离亦可保证长度综合变形小于1/4万。东西110km的跨度一般可以满足城市及郊县的测图精度的需要.
2.2.
3.3方法三：变动高程归化面的计算是比较复杂的，这不仅要计算出新的椭球参数和一切常数，而且还要把本地区国家坐标系控制点（作为独立坐标系的起算点）转换到新产生的椭球面上，工作量比较大。为了避免这些复杂的计算，建立新坐标系可以不变动高程归化面（即还是把长度归算到国家坐标系的参考椭球面上），而只移动中央子午线的办法。根据下式可以计算出中央子午线离开测区中央地带的远近：
设某城市或工程建设地区的平均大地高为，
则
这就是说将中央子午线设在西离城市或工程建设中心50km的地方，可是中央地区的相对误差为零。
该坐标系控制的最大距离用下式计算：
式中：
表示相对误差。
设=1/4万，则按上面假设数据
上例说明，如果那个地区大地高为200m时，而又不改变高程投影面，只要将中中央子午线设在西离测区中央50km的位置，就可以保证在测区中央东西各距18km范围内，两项改正之和小于1/4万。
以上两式可以计算任何地区独立坐标系中央子午线的位置及控
制的最大范围。
在以上建立地方独立坐标系的三种方法中：将中央子午线西移一个常数（如50km），形成纵坐标轴，其横坐标轴是在赤道处与纵坐标轴垂直相交，如需要亦可向北移动一个常数。
2.2.
3.4方法四：选择“抵偿高程面”作为投影面，按高斯正形投影3°带计算平面直角坐标
“抵偿高程面”位置的确定方法,上面已作了详细的论述（见
1.2.2.3），此处不再敖叙。抵偿面位置确定后，就可以选择其中一个国家大地点作（原点），保持它在3o带的国家统一坐标值(,)不变，而将其它大地控制点坐标(,)换算到抵偿高程
面相应的坐标系中去。换算公式为
RTK测量中独立坐标系的建立 向垂规 （红河州水利水电勘察设计研究院） 摘要：介绍GPS-RTK测量中WGS-84大地坐标系与独立坐标系转换的方法及南方测绘工程之星数据处理中坐标转换的方法，同时结合工程实例予以验证。关键词：GPS-RTK测量；WGS-84大地坐标系；独立坐标系；坐标转换 1 引言 在水利工程测量中，多数情况下工程所处位置地形复杂，交通不便，通视条件较差，采用以经纬仪、全站仪测量为代表的常规测量常常效率低下。随着GPS-RTK测量系统的使用，由于它具有观测速度快，定位精度高，经济效益高等特点，现在我院多数水利工程测量都是采用RTK测量技术来完成。对于GPS-RTK系统来说，由于它采用的是WGS-84固心坐标系，而在实际工程应用中，由于顾及长度变形、高程异常等影响而采用独立坐标系，这就需要将RTK 测量采集的数据在两坐标系中进行转换。 2 国家坐标系及独立坐标系的建立 2.1 国家坐标系的建立 在我国，由于历史原因先后采用不同的参考椭球体和大地起算数据而形成多个国家坐标系，主要国家坐标系有1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家坐标系和WGS-84坐标系。前两个是参心坐标系，后两个是固心坐标系。由于他们采用不同的椭球体参数，所以地面上同一个点在不同的坐标系中有不同的坐标值。 国家坐标系的主要作用是在全国建立一个统一的平面和高程基准，为发展国民经济、空间技术及国防建设提供技术支撑，也为防灾、减灾、环境监测及当代地球科学研究提供基础资料。 2.2 独立坐标系的建立
在工程应用中，由于起算数据收集困难、测区远离中央子午线及满足特殊要求等诸多原因，如在水利工程测量中，常要测定或放样水工建筑物的精确位置，要计算料场的土石方贮量和水库的库容。规范要求投影长度变形不大于一定的值（如《工程测量规范》为2.5cm/km,《水利水电工程测量规范（规范设计阶段）》为5.0cm/km）。如果采用国家坐标系统在许多情况下（如高海拔地区、离中央子午线较远地方等）不能满足这一要求，这就要求建立地方独立坐标系。 在常规测量中，这种独立坐标系只是一种高斯平面直角坐标系，而在采用GPS-RTK采集数据时，独立坐标系就是一种不同于国家坐标系的参心坐标系。 跟国家坐标系一样，建立独立坐标要确定的主要元素有：坐标系的起算数据、中央子午线、参考椭球体参数及投影面高程等。对于起算数据，可以采用国家坐标系的坐标和方位角或任意假设坐标和方位角。在RTK测量中，我们常采用基线的某一端点的单点定位解作为起点，然后以另一点定向，用测距仪测出基线边长，经改正后算出基线端点的坐标；中央子午线常采用测区中央的子午线；投影面常采用测区的平均高程面。参考椭球体一般是基于原来的参考椭球体做某种改动，使改变后的参考椭球面与投影面拟合最好，投影变形可以减到最小，也便于与国家坐标系统进行换算。 3 坐标系的转换 GPS-RTK接收机采集的坐标数据是基于WGS-84椭球下的大地坐标，而我们经常使用的独立坐标系是基于某种局部椭球体下的平面直角坐标，这两种坐标是不同坐标基准下的两种表现形式。利用WGS-84下的大地坐标来推求独立坐标系中的平面直角坐标，必然要求得两坐标系之间转换参数。求取转换参数的基本思路是利用两坐标系中必要个数的公共点，根据相应的椭球参数及中央子午线采用最小二乘法严密平差解算转换参数，具体操作是由转换模型把不同坐标基准下的坐标转换为同基准下的不同坐标形式，再进行同基准下不同坐标形式的转换，
第一章绪论 1、概念： 水准面、大地水准面、高差、相对高程、绝对高程、测定、测设 2、知识点： （1）测量学的重要任务是什么？(测定、测设) （2）铅垂线、大地水准面在测量工作中的作用是什么？(基准线、基准面) （3）高斯平面直角坐标系与数学坐标系的异同。 （4）地面点的相对高程与高程起算面是否有关？地面点的相对高程与绝对高程的高程起算面分别是什么？ （5）高程系统 （6）测量工作应遵循哪些原则？ （7）测量工作的基本内容包括哪些？ 一、名词解释： 1.简单： 铅垂线：铅垂线是指重力的方向线。 1.水准面：设想将静止的海水面向陆地延伸，形成一个封闭的曲面，称为水准面。 大地体：大地水准面所包围的地球形体称为大地体，它代表了地球的自然形状和大小。 地物：测量上将地面上人造或天然的固定物体称为地物。 地貌：将地面高低起伏的形态称为地貌。 地形：地形是地物和地貌的总称。 2.中等： 测量学：测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学。 测定即测绘：是指使用测量仪器与工具，通过测量和计算，把地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。 测设：测设又称施工放样，是把图纸上规划好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。 特征点：特征点是指在地物的平面位置和地貌的轮廓线上选择一些能表现其特征的点。 3.偏难： 变形观测：变形观测是指对地表沉降、滑动和位移现象以及由此而带来的地面上建筑物的变形、倾斜和开裂等现象进行精密的、定期的动态观测，它对于地震预报、大型建筑物和高层建筑物的施工和安全使用都具有重要意义。 大地水准面：由于水面可高可低，因此水准面有无穷多个，其中通过平均海水面的水准面，称为大地水准面，大地水准面是测量工作的基准面。 高程：地面点的高程是从地面点到大地水准面的铅垂距离，也称为绝对高程或海拔，用H表示，如A点的高称记为H A。 高差：地面上两点间高程差称为高差，用h表示。 绝对高程 H ：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，简称高程、海拨、正高。 相对高程 H′：地面点沿铅垂线到假定水准面的距离，称为相对高程或假定高程。 测量工作的基本步骤：技术设计、控制测量、碎部测量、检查和验 收测绘成果 二、填空题 1.地面点到铅垂距离称为该点的绝对对高程；地面点到铅垂距离称为该点的相对高程。 大地水准面，假定水准面 2.通过海水面的称为大地水准面。平均，水准面 3.测量工作的基本要素是、和高程。距离，角度 4.测量使用的平面直角坐标是以中央子午线与赤道的交点为坐标原点，中央子午线为x轴，向为正，以赤
摘要 摘要：近几年来，国家大力兴建高速铁路，由于高速铁路对边长投影变形的控制要求很高（2.5cm /km）,因而导致长期以来一直使用的三度带高斯投影平面之间坐标系已难以满足高速铁路建设的的精度要求，本文就具有抵偿高程投影面的任意带坐标系原理作出了阐释，具有抵偿高程投影面的任意带坐标系，克服了三度带坐标系在大型工程中精度无法满足要求的局限性，能有效地实现两种长度变形的相互抵偿，从而达到控制变形的目的。 关键词：高速铁路、抵偿高程面、坐标转换、投影变形、高斯正形投影
Abstract Abstract：In recent years, countries build high-speed railway, due to high speed railway projective deformation control of revised demanding (2.5 cm/km), and therefore cause has long been used with three degrees of gaussian projection planes already difficult to satisfy between coordinate system of high-speed railway construction, this article the accuracy requirement of the planes with counter elevation arbitrary made interpretation with coordinate system, with the principle of any planes with anti-subsidy elevation, overcome three degrees coordinate with coordinate system in large engineering accuracy can't satisfy requirements limitation, can effectively achieve the two length deformation of mutual counter, achieve the purpose of controlling deformation. keywords：rapid transit railway Counter elevation surface Coordinate transformation Projective deformation Gaussian founder form projection
测量相关的坐标体系 地固坐标系又称大地坐标系/地球坐标系,是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标系。根据其原点的位置不同，分为地心坐标系和参心坐标系。 地心坐标系的原点与地球质心重合.GPS卫星定位测量常用的WGS-84坐标 系就是一种地心坐标系,坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH （国际时间服务机构）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和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年世界大地坐标系统。 参心坐标系的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合，通常与地球质心不重合。我国先后建立的1954年北京坐标系、1980西安坐标系都是参心坐标系。但是随着GNSS技术的发展,很多国家都逐渐开使用地心坐标系. AutoCAD中采用的数学坐标系:世界坐标系（WCS）即参照坐标系。其它所有的坐标系都是相对WCS定义的，WCS是永远不改变的。用户坐标系统（UCS）即 工作中的坐标系，使我们绘图使用最多的坐标系。 （Cass7.0绘图软件采用的坐标系为测量坐标系，正好和数学上的笛卡尔坐标系相反，X轴为南北方向，Ｙ轴为东西方向。 这就是在CAD中查询出的坐标和在Cass中查询出的坐标纵横坐标刚好相反的原因。） 1 、地理坐标 地理坐标是用纬度、经度表示地面点位置的球面坐标。在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种提法：天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度。 （1）天文坐标系 天文坐标系是以铅垂线为基准、以大地水准面为基准面建立的坐标系，它以天文经纬度（λ,ψ）表示地面点在大地水准面上的位置，其中天文经度λ是观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的二面角，地球上定义为本初子午面与观测点之间的二面角；天文纬度ψ定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。 （2）大地坐标系 大地坐标系是以椭球面法线为基准线，以参考椭球面为基准面建立的坐标系，它以大地坐标（L,B,h）表示地面点在参考椭球面上的位置，其中大地经度L为参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的二面角，大地纬度B为参考椭球面上某点的法线与赤道平面的夹角，北纬为正，南纬为负；为h为大地高，即从观测点沿椭球法线方向到椭球面的距离。我国目前常用坐标系为1954北京坐标系、1980国家大地坐标系以及2000国家大地坐标系（CGCS2000）。 （3）地心坐标系 地心坐标系是地固坐标系的一种，是指以总地球椭球为基准、原点与质心重合的坐标系，它与地球体固连在一起，与地球同步运动。它以（L,B）来表示点的位置，其中L为地心经度，与大地经度一致；B为地心纬度，指参考椭球面上观测点与椭球质心或中心连线与赤道面之间的夹角。心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个
测量学模拟试题有答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
《测量学》模拟试题(一) 一、名词解释及问答题（共15分） 1．地物: 地面上固定性的有形物体称为地物，分为自然地物和人工地物两类。 2．方位角: 从标准方向线北端顺时针计算到某直线所夹的水平角。 3．何谓比例尺精度它在测绘中有何用途 图上所表示的实地水平距离为比例尺精度。根据比例尺精度，可以确定在测图时量距应准确到什么程度；当设计规定需在图上能量出的实地最短距离时，根据比例尺精度，可以去定测图比例尺。 二、填空题（共30分） 1．经纬仪的安置包括两项工作内容：一是（1），目的是 （2）；二是（3），目的是（4）。 2．平均静止的水准面称为（5），它有（6）个，是我国 （7）的起算面。 3．直线丈量之前，应先进行直线的（8），以确保丈量的 距离正确。 4．直线的坡度是其两端点的（9）之比。在同一幅地形图 中，等高线平距大的表示地面坡度（10）。 5．确定直线与标准方向的关系称为（11）。 6.中误差计算公式： 中，Δ是（12），v是（13），n是（14）。 7.产生测量误差的原因有多种，其来源可概括为（15）、 （16）、（17）。 8.测量学是一门研究（18）和确定（19）的科学。 9.将拟建建筑物的位置和大小按设计图纸的要求测设在地 面上以便施工，这种工作通常称为（20）。 10.水准测量高差闭合差在容许范围内时，闭合差可按 （21）成比例进行改正，改正数的符号应与（22）。改正后的 高差总和，对于闭合水准路线应（23），对于附合水准路线则 应（24）。 11.由角度测量原理可知，为了瞄准不同（25）和不同 （26）的目标，经纬仪的望远镜不仅能在（27）面内转动，而
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1/298.3 ； 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1/298.25722101 3、W G-84坐标系 WG—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）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，丫轴与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^播星历是以WGS-84坐标系为根据的。 WGS8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。 4、2000国家大地坐标系 英文缩写为CGCS200O 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 扁率f=1/298.257222101， 地心引力常数GM=3.986004418< 1014m3s2 自转角速度3 =7.292115 < 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
模拟试卷一： 一、简答题（3分×15=45分） 1、测量计算的依据： 2、已知h BA=0.899米，A点尺读数1.293米，则B点尺读数 3、水准管轴： 4、如何消除视差： 5、符合水准路线： 6、水准尺倾斜，其读数是增大还是减小： 7、水准仪轴线应满足的条件： 8、经纬仪水平度盘是顺时针还是逆时针注记： 9、已知αAB=200o30'，则R AB= αBA= 10、罗盘仪的作用： 11、测量两点距离，往测185.324米，返测185.356米，测量精度K= 12、系统误差： 13、三角高程测量为何要对向观测 14、 1：1000比例尺的精度是多少 15、等高线平距 二、计算题
二、4、对某直线测量6次的值为246.535（545、520、529、550、537）米，计算算术 平均值L，算术平均值中误差m L及其相对中误差k m（12分） 二、5、已知αMN=300o00'00"，X M=14.000米，Y M=86.000米，X P=42.000米。Y P=85.000 米，仪器安置在M点，计算用极坐标法测设P点的放样数据。（12分） 模拟试卷一答案： 一、1、参考椭球体和法线。2、0.394米。3、通过水准管内壁圆弧对称中点的纵向切线。4、调节物镜对光螺旋。5、从一已知水准点出发，经若干个待定点后，又符合到另一已知水准点。6、增大。7、园水准轴平行竖轴，十字丝横丝垂直竖轴，水准管轴平行视准轴。8、顺时针。9、R AB=20o30' ，αBA=20o30'。10、测量直线的磁方位角。11、K=1/5791。12、在相同的观测条件下，对某量进行多次观测，若误差大小、符号均一致，或有一定规律的变化。 13、削弱地球曲率和大气折光的影响。14、0.10米。15、相邻等高线间的水平距离。（45分） 二、1、竖角观测计算（8分）
四大常用坐标系及高程 坐标系 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
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，短轴6356755，扁率1/298.
测 量 学 试 题 库 一、填空题 （一）测量学基础知识（1-38题） 1. 地面点到 铅垂距离称为该点的相对高程。 2. 通过 海水面的 称为大地水准面。 3. 测量工作的基本内容是 、 、 。 4. 地面两点间高程之差，称为该两点间的 。 5. 测量工作的基本原则是 、 、 。 6. 直线定向的标准方向有 、 、 。 7. 由 方向顺时针转到测线的水平夹角为直线的坐标方位角。 8. 距离丈量的相对误差的公式为 。 9. 坐标方位角的取值范围是 。 10. 直线的象限角是指直线与标准方向的北端或南端所夹的 角，并要标注所在象限。 11. 某直线的方位角与该直线的反方位角相差 。 12. 地面点的标志，按保存时间长短可分为 和 。 13. 闭和水准路线高差闭和差的计算公式为 。 14. 水准仪的主要轴线有 、 、 、 。 15. 一般工程水准测量高程差允许闭和差为 或 。 16. 一测站的高差 ab h 为负值时，表示 高， 低。 17. 水准测量高差闭合的调整方法是将闭合差反其符号,按各测段的__________成比例分配或按_________成比例分配。 18. 水准测量的测站校核,一般用______法或______法。 19. 支水准路线,既不是附合路线,也不是闭合路线,要求进行_______测量,才能求出高差闭合差。 20. 使用测量成果时,对未经_______的成果,不能使用。 21. 从A 到B 进行往返水准测量,其高差为:往测3.625m;返测-3.631m,则A 、B 之间的高差AB h ＿＿＿． 22. 已知Ｂ点高程为m 000.241，Ａ、Ｂ点间的高差m h AB 000.1+=，则Ａ点高程为＿＿＿．
一、常用坐标系 1、北京坐标系 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1/298.25722101 3、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。采用广义相对论意义下的尺度。 2000国家大地坐标系，长半轴6378137m，扁率f=1/298.257222101，地心引力常数GM ＝3.986004418×1014m3s-2，自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1。 4、1984世界大地坐标系（WGS84坐标系WorldGeodeticSystem） wgs-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。wgs-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的z轴指向bih（1984.0）定义的地极（ctp）方向，即国际协议原点cio，它由iau和iugg共同推荐。x轴指向bih定义的零度子午面和ctp 赤道的交点，y轴和z，x轴构成右手坐标系。wgs-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数： 长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。 GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。
建立测量坐标系的过程和方法总结 三次元操作培训|建立测量坐标系的过程和方法总结 三次元操作培训之坐标系的建立。要想把测量工作做好，首先要熟悉软件的操作，需要了解坐标系如何合理建立，坐标系建立的合理与否直接影响测量的准确性和方便性。为了在零件上建立三轴垂直的坐标系，测量机软件首先利用面元素确定第一轴，因为面元素的方向矢量始终是垂直于该平面的，当我们利用投影到该平面上的一条线来建立第二轴时，第一轴和第二轴就保证绝对是垂直的，至于第三轴就不用你再建了，由软件自动生成垂直于前两轴的第三轴。这样测量机软件就建立了互相垂直的、符合直角坐标系原理的零件坐标系。 我们在用三坐标测量机测量产品时建立坐标系最常见的有一面一线一点。一面两孔。但这只局限于正规机加工的工厂。对于其他的就五花八门了，我们主要是根据图纸找基准，不要把自己认为的标准的元素看做建坐标的基准，但选择基准的话又有2个问题，1是加工基准，2是安装基准。一
般没特殊要求我们都以加工基准建立坐标系。 找基准元素又分为很多种：有需要连接构造的，有三阶平面的等等归根结底就是一句话，多练多长见识，要在零件上找相互垂直的元素来建立坐标系是不可能的。 那么在软件内部是如何进行操作的呢？ 1.软件内部已经准备好了各种建立零件坐标系的数据结构，它们的初始值是与“机器坐标系”一致的。当我们要利用3－2－1方法建立零件坐标系时，首先测量面元素（假如是X、Y平面），这时面的法向矢量（我们要作Z轴）与机器坐标系有两个空间夹角（零件肯定不会与机器坐标系完全一致），即与X轴有a角，与Y轴有b角。 2.当我们指定该面元素建立零件坐标系第一轴后（建立Z轴），软件就会让1号坐标系的数据结构首先绕X轴旋转b角度，然后再绕Y轴旋转a角度，使两者重合。1号坐标系Z零点坐标平移到该平面特征点的Z值。 3.当我们采用线元素，确定第二轴时，1号坐标系绕Z轴旋转，使指定轴（假如是X轴）与该线重合。1号坐标系的Y零点平移到这条线特征点的Y值。 4.这时只有X轴的零点没有着落，最后一点就是为X轴而设的。 5.零件坐标系的零点如果没有特殊指定，就是按照以上设置的，往往我们还要根据图纸要求，将零件坐标系的零点平移到指定点元素上。 要说明的是，建立零件坐标系第一轴可以是任意轴，确定了平面就指定了轴，如：－X、＋Y、－Z等。 建立第一轴的元素不一定非是平面，也可以是圆柱轴线、圆锥轴线或构造
《测量学》试题库 一、填空题：（每小题2分，任抽14小题，计28分） 1、测量学是研究地球的形状和大小及确定地面点位置的科学，它的主要内容包括测定和测设两部分。 2、地形测量学是研究测绘地形图的科学，它的研究对象是地球表面。 3、目前测绘界习惯上将遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等新技术简称为“3S”技术。 4、铅垂线是测量工作的基准线，大地水准面是测量工作的基准面。 5、人们习惯上将地球椭球体的长半径a和短半径b ，或由一个半径a 和扁率α称为旋转椭球体元素。 6、通过英国格林尼治天文台的子午线，称为首子午线（或起始子午线），垂直于地轴的各平面与地球表面的交线，称为纬线。 7、我国目前采用的平面坐标系为“1980年国家大地坐标系”，高程系统是“1985年国家高程基” 。 8、根据钢尺的零分划位置不同将钢尺分成端点尺和刻线尺。 9、地球表面某点的磁子午线方向和真子午线方向之间的夹角称为磁偏角，某点的真子午线北方向与该点坐标纵线北方向之间的夹角，称为子午线收敛角。 10、由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，直线与标准方向线所夹的锐角称为象限角。 11、方位角的变化范围是0°~360°，而象限角的取值范围为0°~90°。 12、两点间的高程差称为高差，水准测量时高差等于后视读数减去前视读数。 13、水准仪上的水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。通过水准管零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴。 14、在水准仪粗略整平中，左手拇指旋转脚螺旋的运动方向就是气泡移动的方向。 15、水准测量的测站检核通常采用变更仪器高法或双面尺法。 16、水准测量的实测高差与其理论值往往不相符，其差值称为水准路线的闭合差。 17、6＂级光学经纬仪的读数装置常见的有两种，一种是单平板玻璃测微器，另一种是测微尺。 18、水准测量时前后视距大致相等主要是消除端点尺与刻线尺不平行而引起的误差。 19、经纬仪的安置主要包括对中和敕平两方面。 20、三角高程测量中所讲的“两差”改正指球差和气差两项改正。 21、通常把外界环境、测量仪器和观测者的技术水平三方面综合起来称为观测条件。 22、测量误差按其对测量结果影响的性质，可分为系统误差和偶然误差。 23、系统误差具有明显的规律性和累积性，对测量结果影响很大。 24、测量上所讲的精度是指误差分布的密集或离散程度。 25、测量上将阐述观测值中误差与函数中误差之间数学关系的定律，称为误差传播定律。 26、对某量进行了n次同精度观测，其算术平均值的精度比各观测值的精度提高 了倍。 、在测区内，选取若干个控制点组成一定的几何图形，形成测区的骨架，称为控制网。 28、国家测量控制网可分为平面控制网和高程控制网。 29、国家平面控制网按其精度可分为一、二、三、四四个等级。 30、在小地区控制测量时，导线的常见布设形式有闭全导线、附合导线和支导线等。
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。 地球坐标系的定义是这样的，原点为地球质心(O)，Z轴为地球自转轴，X轴指向地球上赤道的某一固定“刚性”点，所谓“刚性”是指其自转速度与地球一致，同时也为数学描述方便，引入与XOZ成右手旋转关系的Y轴。地球不是一个严格刚性的球体，Z轴在地球上随时间而变，称为极移，同天球坐标系一样，需要指定一个固定极为Z轴，这样的地球坐标系称为固定极地球坐标系。可以证明当观察地球上的物体时，该坐标系是惯性的。如果一个坐标系OXYZ，O不是地球质心，Z轴与地球自转轴平行，则这个坐标系具有与地球相同的自转角速度，我们也把此类坐标系称为地球坐标系。 3.协议坐标系统： 那么，什么是“协议”坐标系呢？通常，理论上坐标系由定义的坐标原点和坐标轴指向来确定。坐标系一经定义，任意几何点都具有唯一一组在该坐标系内的坐标值，反之，一组该坐标系内的坐标值就唯一定义了一个几何点。实际应用中，在已知若干参考点的坐标值后，通过观测又可反过来定义该坐标系。可以将前一种方式称为坐标系的理论定义。而由一系列已知点所定义的坐标系称为协议坐标系，这些已知参考点构成所谓的坐标框架。在点位坐标值不存在误差的情况下，这两种方式对坐标系的定义是一致的。事实上点位的坐标值通常是通过一定的测量手段得到，它们总是有误差的，由它们定义的协议坐标系与原来的理论定义的坐标系会有所不同，凡依据这些点测定的其它点位坐标值均属于这一协议坐标系而不属于理论定义的坐标系。由坐标框架定义的固定极天球坐标系和固定极地球坐标系，称为协议天 球坐标系和协议地球坐标系。
地质工作中常用的坐 标系
地质工作中常用的坐标系 坐标是表达地面位置的重要参数，从事地质勘查工作的人时时刻刻都在与坐标打交道，一切地质工作都建立在坐标定位之上，是地质工作的基础。 地球是一个球体，球面上的位置，是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系统”或“地理坐标系统”。在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上的物体画到纸上，就必须展平，这种将球面转化为平面的过程，称为“投影”。经由投影的过程，把球面坐标换算为平面直角坐标。 § 1.1地理坐标系统 地质工作常用的地理坐标系统有北京54坐标系、西安80坐标系、美国WGS84坐标，目前在全国第二次土地调查中使用的2000国家大地坐标系，在地勘行业中不常用。 一个完整的坐标系统是由坐标系和基准2个方面要素所构成的。下面主要介绍 WGS-84大地坐标系、1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系、2000国家大地坐标系4种坐标系统及其参考椭球的基本常数(基准) 及手持GPS接收机WGS-84、1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系转换参数计算。 一、WGS-84大地坐标系 WGS－84（World Geodetic System，1984年）是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心，z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIHl984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与x轴和z轴构成右手坐标系。该椭球的参数为： 长半轴：a=6378137m； 第一偏心率：e2=0.00669437999013； 第二偏心率：e”=0.006739496742227； 扁率：F=1/298.25223563。 二、1954年北京坐标系(BJ一54) 建国前，我国没有统一的大地坐标系统，建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系以格拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：长半轴：a=6378245 m； 第一偏心率：e2=0.00669342162297： 第二偏心率：e”=0.00673852541468： 扁率：F=1/298.2。 高程采用1956黄海高程，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。 该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此存在着一定的缺陷。 三、1980年国家大地坐标系(C一80) 1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统，其大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇。该坐标系是参心坐标系，椭球的短轴z轴平行于地球的自转轴(由地球质心指向1968.0JYD地极原点方向)，起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，x轴在大地起始子午面内与z轴垂直
《控制测量学》试题参考答案 一、名词解释： 1、子午圈：过椭球面上一点的子午面同椭球面相截形成的闭合圈。 2、卯酉圈：过椭球面上一点的一个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈。 3、椭圆偏心率：第一偏心率 a b a e 2 2- =第二偏心率 b b a e 2 2- =' 4、坐标系：以经度、纬度和高来表示点的位置的坐标系。P3 6、法截线：过椭球面上一点的法线所作的法截面与椭球面相截形成圈。P9 7、相对法截线：设在椭球面上任意取两点A和B，过A点的法线所作通过B点的法截线和过B点的法线所作通过A点的法截线，称为AB两点的相对法截线。P15 8、线：椭球面上两点之间的最短线。 9、垂线偏差改正：将以垂线为依据的地面观测的水平方向观测值归算到以法线为依据的方向值应加的改正。P18 10、标高差改正：由于照准点高度而引起的方向偏差改正。P19 11、截面差改正：将法截弧方向化为线方向所加的改正。P20 12、起始方位角的归算：将天文方位角以测站垂线为依据归算到椭球面以法线为依据的方位角。P22 13、14、元素：椭球面上点的经度、纬度，两点之间的线长度及其正、反方位角。P28 15、主题解算：如果知道某些元素推求另外一些元素，这样的计算称为主题解算。P28 16、主题正算：已知P１点的坐标，P１至P２的线长及其方位角，计算P２点的坐标和线在P ２ 点的反方位角。 17、主题反算：如果已知两点的坐标，计算期间的线长度及其正反方位角。 18、地图投影: 将椭球面上各个元素（包括坐标、方向和长度）按一定的数学法则投影到平面上。P38 19、高斯投影：横轴椭圆柱等角投影（假象有一个椭圆柱横套在地球椭球体外，并与某一条子午线相切，椭球柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定围的地区投影到椭圆柱上，再将此柱面展开成投影面）。P39 20、平面子午线收敛角：直角坐标纵轴及横轴分别与子午线和平行圈投影间的夹角。 21、方向改化：将线的投影曲线改化成其弦线所加的改正。 22、长度比：椭球面上某点的一微分元素与其投影面上的相应微分元素的比值。P70 25、站心坐标系：以测站为原点，测站上的法线（垂线）为Z轴（指向天顶为正），子午线
习题1 1．什么叫水准面?它有什么特点和作用? 2．什么叫绝对高程、相对高程及高差? 3．测量上的平面直角坐标系和数学上的平面直角坐标系有什么区别? 4．什么叫高斯投影？高斯平面直角坐标系是怎样建立的? 5．已知某点位于高斯投影6°带第20号带，若该点在该投影带高斯平面直角坐标系中的横坐标y ＝-306579.210m ，写出该点不包含负值且含有带号的横坐标y 及该带的中央子午线经度0L 。 6．什么叫直线定线？标准方向有几种？什么是坐标方位角？ 7．某宾馆首层室地面±0.000的绝对高程为45.300m ，室外地面设计高程为-l.500m ，女儿墙设计高程为+88.200m ， 问室外地面和女儿墙的绝对高程分别为多少? 8．已知地面上A 点的磁偏角为-3°10′，子午线收敛角为+1°05′，由罗盘仪测得直线AB 的磁方位角为为 63°45′，试求直线AB 的坐标方位角=AB α? 并绘出关系略图。 答案： 1．通过平均海水面的一个水准面，称水准面，它的特点是水准面上任意一点铅垂线都垂直于该点的曲面，是一个重力曲面，其作用是测量工作的基准面。 2．地面点到水准面的垂直距离，称为该点的绝对高程。地面点到假设水准面的垂直距离，称为该点的相对高程。两点高程之差称为高差。 3．测量坐标系的X 轴是南北方向，X 轴朝北，Y 轴是东西方向，Y 轴朝东，另外测量坐标系中的四个象限按顺时针编排，这些正好与数学坐标系相反。 4、假想将一个横椭圆柱体套在椭球外，使横椭圆柱的轴心通过椭球中心，并与椭球面上某投影带的中央子午线相切，将中央子午线附近（即东西边缘子午线围）椭球面上的点投影到横椭圆柱面上，然后顺着过南北极母线将椭圆柱面展开为平面，这个平面称为高斯投影平面。所以该投影是正形投影。在高斯投影平面上，中央子午线投影后为X 轴，赤道投影为Y 轴，两轴交点为坐标原点，构成分带的独立的高斯平面直角坐标系统。 5．Y=20000000+(-306579.210m+500000m)=20193420.790。 ? =?-?=11732060L 6．确定直线与标准方向的关系（用方位角描述）称为直线定向。标准方向有真子午线方向、磁子午线方向、坐标纵轴（X 轴）方向。由坐标纵轴方向（X 轴）的北端，顺时针量至直线的角度，称为直线坐标方位角 7．室地面绝对高程为：43.80m.女儿墙绝对高程为：133.50m 。 8．/ AB 3059?=α 习题 2
零件坐标系 在精确的测量中，正确地建坐标系，与具有精确的测量机，校验好的测头一样重要。由于我们的工件图纸都是有设计基准的，所有尺寸都是与设计基准相关的，要得到一个正确的检测报告，就必须建立零件坐标系，同时，在批量工件的检测过程中，只需建立好零件坐标系即可运行程序，从而更快捷有效。 机器坐标系MCS与零件坐标系PCS： 在未建立零件坐标系前，所采集的每一个特征元素的坐标值都是在机器坐标系下。通过一系列计算，将机器坐标系下的数值转化为相对于工件检测基准的过程称为建立零件坐标系。 PCDMIS建立零件坐标系提供了两种方法：“3-2-1”法、迭代法。 一、坐标系的分类： 1、第一种分类：机器坐标系：表示符号STARTIUP（启动） 零件坐标系：表示符号A0、A1… 2、第二种分类：直角坐标系：应用坐标符号X、Y、Z 极坐标系：应用坐标符号A（极角） R（极径） H（深度值即Z值） 二、建立坐标系的原则： 1、遵循原则：右手螺旋法则 右手螺旋法则：拇指指向绕着的轴的正方向，顺着四指旋转的方向角度为正，反之为负。 2、采集特征元素时，要注意保证最大范围包容所测元素并均匀分布； 三、建立坐标系的方法： (一)、常规建立坐标系（3-2-1法） 应用场合：主要应用于PCS的原点在工件本身、机器的行程范围内能找到的工件，是一种通用方法。又称之为“面、线、点”法。 建立坐标系有三步： 1、找正，确定第一轴向，使用平面的法相矢量方向
2、旋转到轴线，确定第二轴向 3、平移，确定三个轴向的零点。 适用范围： ①没有CAD模型，根据图纸设计基准建立零件坐标系 ②有CAD模型，建立和CAD模型完全相同的坐标系，需点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合 第一步：在零件上建立和CAD模型完全相同的坐标系 第二步：点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合 建立步骤： ●首先应用手动方式测量建立坐标系所需的 元素 ●选择“插入”主菜单---选择“坐标系”--- 进入“新建坐标系”对话框 ●选择特征元素如：平面PLN1用面的法矢方 向作为第一轴的方向如Z正，点击“找平”。 ●选择特征元素如：线LIN1用线的方向作为 坐标系的第二个轴向如X正，点击“旋转”。 ●选择特征元素如： 点PNT6，用点的X坐标分量作为坐标系的 X方向的零点，然后点击原点。 线LIN1，用线的Y坐标分量作为坐标系的Y方向的零点，然后点击原点。 平面PLN1，用面的Z坐标分量作为坐标系的Z方向的零点，然后点击原 点。 上述步骤完成后，如果有CAD模型，需要执行CAD=工件，使模型和零件实际摆放位置重合●最后，按“确定”按钮，即完成零件坐标系的建立。 ●验证坐标系 原点-------将测头移动到PCS的原点处，查看PCDMIS界面右下角“X、Y、Z”（或者打开侧头读出窗口：CTRL+W）三轴坐标值，若三轴坐标值近似为零，则证 明原点正确；