研究目的和意義:

1.1研究目的    我國采用2000國家大地坐標(biāo)系之后，對我國的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、國防等方面的建設(shè)和發(fā)展有著舉足輕重的作用，并且對天文、測繪等學(xué)科的研究工作也有著重大的意義。不過，由于我國之前絕大部分的測繪成果都是在1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系下完成的，采用2000國家大地坐標(biāo)系之后，坐標(biāo)原點(diǎn)發(fā)生了變化，控制點(diǎn)在2000國家大地坐標(biāo)系下坐標(biāo)值也必然發(fā)生變化，如果重新建立控制點(diǎn)，不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還需投入巨大的資金。為了最大限度的保留現(xiàn)有測繪成果的效能，繼續(xù)發(fā)揮作用，研究如何對已有控制點(diǎn)進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換成了一個(gè)亟待解決的問題。    在我國測繪工作中，目前主要存在三類常用大地坐標(biāo)系統(tǒng)，根據(jù)所選坐標(biāo)原點(diǎn)不同可分為參心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系。這三類坐標(biāo)系統(tǒng)各有特定的服務(wù)對象和使用范圍，它們在國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中均發(fā)揮了巨大的作用。由于GPS及其相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，地心坐標(biāo)系也將更為普及。    在不同的國家和地區(qū)，由于采用了不同的參考橢球，因而就會(huì)出現(xiàn)不同的大地坐標(biāo)系；同一國家或地區(qū)在不同的歷史階段，由于某種原因改變了參考橢球，也會(huì)出現(xiàn)不同的大地坐標(biāo)系。所以我們只有通過詳細(xì)了解各種坐標(biāo)系的橢球參數(shù)，特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，研究他們相互轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型，包括坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換的模型選擇，基準(zhǔn)選擇，方法選擇及參數(shù)選擇的問題，才能更好的為我國測繪事業(yè)的發(fā)展服務(wù)，從而為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出重大貢獻(xiàn)。1.2研究意義    目前我國的各種比例尺地形圖和大部分大地測量控制成果都是基于1954年北京坐標(biāo)系和1980年西安坐標(biāo)系的。我國統(tǒng)一啟用2000國家大地坐標(biāo)系后，大地基準(zhǔn)發(fā)生改變，控制點(diǎn)的坐標(biāo)也必然發(fā)生改變，對原來所有的測繪成果都會(huì)產(chǎn)生直接的影響如何對原有的大量三、四等及以下等級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換使用是一個(gè)亟待解決的問題。因此，研究現(xiàn)存的各種測量坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，使原有的測繪成果低損精度地轉(zhuǎn)入新的坐標(biāo)系下使用，在現(xiàn)階段具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。    其次，GPS技術(shù)在我國的測繪工作中有著廣泛的應(yīng)用，采用GPS定位技術(shù)得到的WGS-84坐標(biāo)系下的點(diǎn)位坐標(biāo)也必須根據(jù)工程要求進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換，而且隨著我國自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展，需實(shí)現(xiàn)高精度的組合導(dǎo)航，也需進(jìn)行不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。而在日常的測繪工作中，出于不同的測繪目的，各單位與部門所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)也必然不同，也不可能將全部點(diǎn)位坐標(biāo)都符合至2000國家大地坐標(biāo)系下，而且即使是在同一坐標(biāo)系統(tǒng)下又有空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)等多種坐標(biāo)形式。因此，研究不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析其中的影響因素，從而實(shí)現(xiàn)各類坐標(biāo)系間的高精度轉(zhuǎn)換，保證測繪成果能夠精確地轉(zhuǎn)入目的坐標(biāo)系下使用，并能在最大程度上利用已有的測繪成果和資料，便有的重要的意義和價(jià)值。

課題研究現(xiàn)狀:

2  課題研究現(xiàn)狀  測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換包括同一基準(zhǔn)下不同坐標(biāo)形式之間的轉(zhuǎn)換和不同基準(zhǔn)（即不同坐標(biāo)系統(tǒng)）下測量坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。同一基準(zhǔn)下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題實(shí)質(zhì)上是同一點(diǎn)的不同坐標(biāo)形式之間的轉(zhuǎn)換，直接利用確定的公式可以實(shí)現(xiàn)，且當(dāng)所有參數(shù)均為已知的情況下，準(zhǔn)確度可能沒有損失。這種坐標(biāo)系統(tǒng)之間一一對應(yīng)的關(guān)系稱為坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。在橢球體參數(shù)已知的情況下，這種轉(zhuǎn)換廣泛應(yīng)用于大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換（高斯正反算），以及大地坐標(biāo)與空間直角坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換。不同橢球基準(zhǔn)面之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由于它們之間沒有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系，往往需要已知若干個(gè)公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)，通過公式計(jì)算出兩個(gè)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后利用所求的的轉(zhuǎn)換參數(shù)對其他點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到其他點(diǎn)新的坐標(biāo)。這種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換稱為坐標(biāo)基準(zhǔn)準(zhǔn)換。

  測量坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于確定轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型和轉(zhuǎn)換參數(shù)。許多年來,國內(nèi)外大地測量學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究。在衛(wèi)星探測早期階段,由于大地坐標(biāo)系之間的關(guān)系未能明確定義,且數(shù)據(jù)本身的精度不高,莫洛金斯基材提出了三參數(shù)法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。但隨著探測精度的提高和數(shù)據(jù)的積累,人們發(fā)現(xiàn),當(dāng)精度要求較高時(shí),三參數(shù)轉(zhuǎn)換法既不適合在全球范圍應(yīng)用,也不適合地域廣大的國家和地區(qū)應(yīng)用。

   目前,國內(nèi)外廣泛采用的是相似變換模型,如布爾莎模型、莫洛琴斯基模型和范士模型。相似變換模型一般有7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù),即3個(gè)平移參數(shù),3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個(gè)尺度參數(shù)。由若干個(gè)公共點(diǎn)坐標(biāo)求出這七個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)后即可進(jìn)行測量坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。實(shí)際上,基于經(jīng)典大地測量的坐標(biāo)系統(tǒng),由于受到局部地球物理因素的影響,不可避免地存在著局部變形，因此經(jīng)相似變換后的兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)間往往還存在m級(jí)的殘差。為了顧及這種局部變形,有學(xué)者提出采用兩組旋轉(zhuǎn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型,如Vanicek-Wells模型、Hotine模型Krakiwsky-Thomson模型,但利用兩組旋轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換仍存在著一些問題。也有學(xué)者提出采用高崩潰污染率的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型,旨在通過抗差估計(jì)抵制那些顯著異常坐標(biāo)點(diǎn)對相似變換參數(shù)的影響。還有人提出可變參數(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法,但是,這種轉(zhuǎn)換己不可能求出不同坐標(biāo)系在基準(zhǔn)的定位、定向和尺度方面的差異。此外,現(xiàn)武漢大學(xué)提出了一個(gè)武測模型。結(jié)合我國的實(shí)際情況中科院測量及地球物理研究所先后提出了一些求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的實(shí)用方法,主要是將平面和高程分開轉(zhuǎn)換。國內(nèi)的一些學(xué)者還提出了一些算法來優(yōu)化轉(zhuǎn)換精度。這些在一定精度要求下能得到很好的應(yīng)用,但在大量的工程中精度仍難以滿足要求。    我國近年來也有很多學(xué)者對該方面的課題進(jìn)行了深入研究。我國學(xué)者牛麗娟還重點(diǎn)研究了WGS-84坐標(biāo)系向我國常用的參心坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的兩種模型，即平面轉(zhuǎn)換模型和空間轉(zhuǎn)換模型，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)對這兩種轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行了驗(yàn)證。姜楠在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法研究方面也作出貢獻(xiàn)，并重點(diǎn)研究了利用公共點(diǎn)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的不同方法。金郁萍則研究坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換及高斯正反算和換帶計(jì)算的相關(guān)概念和主要換算過程以及換算公式。從理論上分析了我國常用坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換過程和原理。李岳深入研究了GPS的WGS-84坐標(biāo)系及中國常用的1954年北京坐標(biāo)系和1980年國家坐標(biāo)系三種坐標(biāo)系之間大地坐標(biāo)，空間直角坐標(biāo)及平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換模型，并根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換模型研究了多種轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算方法。董鈞祥和楊德宏還在發(fā)表的文章中揭示空間點(diǎn)點(diǎn)位描述方法的實(shí)質(zhì)，系統(tǒng)論述測量坐標(biāo)系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換模型，詮釋測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的含義和內(nèi)容，針對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換基本模型的選用，轉(zhuǎn)換參數(shù)的結(jié)算，轉(zhuǎn)換計(jì)算的方法，轉(zhuǎn)換計(jì)算中值得注意的問題加以研究和探討，以便實(shí)現(xiàn)在測量實(shí)踐和理論中各類不同坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算。喬連軍和韓雪培研究1954北京坐標(biāo)與1980西安坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法中，提出了一種基于國家地形圖新舊坐標(biāo)改正值的雙線性插值法，實(shí)現(xiàn)了一定精度下的無縫集成，并用VC開發(fā)了1954至1980的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。

  由于坐標(biāo)系之間的差異主要取決于坐標(biāo)系統(tǒng)的定義差,即坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置、坐標(biāo)軸的指向以及尺度的定義差,有學(xué)者提出在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮坐標(biāo)系統(tǒng)定義差異的轉(zhuǎn)換,即首先應(yīng)完成相似變換,然后在相似變換的基礎(chǔ)上,對剩余誤差進(jìn)行擬合,使精度較低的坐標(biāo)框架點(diǎn)附合到精度較高的坐標(biāo)系統(tǒng)的框架點(diǎn)坐標(biāo),使統(tǒng)一后的坐標(biāo)系框架點(diǎn)坐標(biāo)具有較好的一致性。

課題研究主要內(nèi)容、實(shí)施方案及創(chuàng)新點(diǎn):

3.1課題研究主要內(nèi)容本文主要的研究了參考橢球系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，首先介紹了參考橢球坐標(biāo)的基本概念，列舉了坐標(biāo)系統(tǒng)的表現(xiàn)形式和類型。其次，介紹分析了在相同坐標(biāo)系內(nèi)和不同坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換的幾種比較經(jīng)典的算法。論文內(nèi)容安排如下：www.628tf.com1.介紹了論文的研究背景，論述了參考橢球系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的目的和意義及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并簡要介紹了本文的主要內(nèi)容。

2.論述了參考橢球系坐標(biāo)的基本理論，介紹了我國常用的坐標(biāo)系有哪些，包括坐標(biāo)的表現(xiàn)形式和坐標(biāo)系統(tǒng)的類型。

3.推導(dǎo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，比如高斯正反算、空間大地坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換、站心坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

4.利用7參數(shù)模型設(shè)計(jì)不同參考橢球之間的相互轉(zhuǎn)換。3.2實(shí)施方案1.首先確定論文研究課題2.搜集課題相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)3.研究分析課題的背景、目的和意義以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀4.著手開始寫論文初稿，完成后給導(dǎo)師進(jìn)行修改5.完成論文定稿，并打印裝訂3.3創(chuàng)新點(diǎn)1.簡化了大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型2.通過數(shù)據(jù)處理（重心化的算法）提高了7參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的參數(shù)