關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一些基本概念

（1）空間直角坐標(biāo)系
空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上切按右手系于X軸呈90度夾角，某點(diǎn)中的坐標(biāo)可用該點(diǎn)在此坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸上的投影來(lái)表示。空間直角坐標(biāo)系可用如下圖所示：

（2）大地坐標(biāo)系

大地坐標(biāo)系是采用大地緯度、經(jīng)度和大地高程來(lái)描述空間位置的。緯度是空間的點(diǎn)與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經(jīng)度是空間的點(diǎn)與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角；大地高程是空間的點(diǎn)沿著參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。

地面點(diǎn)的高程和國(guó)家高程基準(zhǔn)

（a）絕對(duì)高程。地面點(diǎn)沿垂線方向至大地水準(zhǔn)面的距離稱為絕對(duì)高程或稱海拔。過(guò)去我國(guó)采用青島驗(yàn)潮站(tide gauge station)1950～1956年觀測(cè)成果求得的黃海平均海水面作為高程的零點(diǎn)，稱為“1956年黃海高程系”(Huanghai height system 1956水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m)。后經(jīng)復(fù)查，發(fā)現(xiàn)該高程系的驗(yàn)潮資料時(shí)間過(guò)短，準(zhǔn)確性較差，改用青島驗(yàn)潮站1950～1979年的觀測(cè)資料重新推算，并命名為“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)”（Chinese height datum 1985）。國(guó)家水準(zhǔn)原點(diǎn)(leveling origin高程為72.260m)設(shè)于青島市觀象山附近，作為我國(guó)高程測(cè)量的依據(jù)。它的高程值是以“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)”所確定的平均海水面為零點(diǎn)測(cè)算而得。在使用原“1956年黃海高程系”的高程成果時(shí)，應(yīng)注意將其換算為新的高程基準(zhǔn)系統(tǒng)。

（b）相對(duì)高程。地面點(diǎn)沿鉛垂線方向至任意假定的水準(zhǔn)面的距離稱為該點(diǎn)的相對(duì)高程，亦稱假定高程。在圖l—5中，地面點(diǎn)A和B的相對(duì)高程分別為H'A 和H'B 。

（3）平面直角坐標(biāo)

平面直角坐標(biāo)：如坐標(biāo)原點(diǎn)o是任意假定的，則為獨(dú)立的平面直角坐標(biāo)系。由于測(cè)量上所用的方向是從北方向(縱軸方向)起按順時(shí)針?lè)较蛞越嵌扔?jì)值(象限也按順時(shí)針編號(hào))。因此，將數(shù)學(xué)上平面直角坐標(biāo)系(角值從橫軸正方向起按逆時(shí)針?lè)较蛴?jì)值)的x 和 y軸互換后，數(shù)學(xué)上的三角函數(shù)計(jì)算公式可不加改變直接用于測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算。

大地坐標(biāo)系是一種固定在地球上，隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系根據(jù)其原點(diǎn)的位置不同，分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合，參心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與某一地區(qū)或國(guó)家所采用的參考橢球中心重合，通常與地球質(zhì)心不重合。我國(guó)先后建立的1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和新1954年北京坐標(biāo)系，都是參心坐標(biāo)系。這些坐標(biāo)系為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。但是，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，特別是全球衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家和中等發(fā)達(dá)國(guó)家都已在多年前就開(kāi)始使用地心坐標(biāo)系。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的幾個(gè)重要參數(shù)

（1）七參數(shù)：就是兩個(gè)空間坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)，平移和縮放，這三步就會(huì)產(chǎn)生必須的七個(gè)參數(shù)，平移有三個(gè)變量Dx，Dy，DZ;旋轉(zhuǎn)有三個(gè)變量，再加上一個(gè)尺度縮放就是七參數(shù)了。

（2）四參數(shù) ：四參數(shù)是同一個(gè)橢球內(nèi)不同坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的參數(shù)，它四個(gè)基本項(xiàng)分別是：X平移、Y平移、旋轉(zhuǎn)角和比例，從參數(shù)來(lái)看，四參數(shù)沒(méi)有高程改正，所以它適用于平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。

（3）三參數(shù)：如果說(shuō)你要轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)系XYZ三個(gè)方向上是重合的，那么我們僅通過(guò)平移就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，平移只需要三個(gè)參數(shù)，如果縮放比例為一，這樣就產(chǎn)生了三參數(shù)，三參就是七參的特例，旋轉(zhuǎn)為零，尺度縮放為一。

（1）大地坐標(biāo)（BLH）→對(duì)平面直角坐標(biāo)（XYZ）

常規(guī)的轉(zhuǎn)換應(yīng)先確定轉(zhuǎn)換參數(shù)，即橢球參數(shù)、分帶標(biāo)準(zhǔn)（3度，6度）和中央子午線的經(jīng)度。橢球參數(shù)就是指平面直角坐標(biāo)系采用什么樣的橢球基準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)有不同的長(zhǎng)短軸及扁率。畫(huà)到直角坐標(biāo)系可以寫(xiě)為(x+z*acosθ，y+z*asinθ)a，θ為參數(shù)。

（2）任意兩空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

由于測(cè)量坐標(biāo)系和施工坐標(biāo)系采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，不同橢球體間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在局部地區(qū)的采用的常用辦法是相似變換法，即利用部分分布相對(duì)合理高等級(jí)公共點(diǎn)求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。一般而言，比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)的相似變換法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。要求得七參數(shù)就需要在一個(gè)地區(qū)需要3個(gè)以上的已知點(diǎn)，如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30Km，這可以用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。

在使用參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之前，首先要清楚下面幾點(diǎn)：　

（a）、四參數(shù)適用于小范圍坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，一般不超過(guò)30平方公里。

（b）、大面積坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)采用七參數(shù)法.

（c）、求取四參數(shù)，至少需要2對(duì)公共點(diǎn)，求取七參數(shù)時(shí)，至少需要3對(duì)公共點(diǎn)。

（d）、求取七參數(shù)采用的點(diǎn)，最好能包括整過(guò)目標(biāo)區(qū)域。