参照系转换方法说明

任何一个国家(或地区)大地坐标系的建立,都是一个历史的发展过程,在不同的时期,采用的参考椭球体及定位方式都不相同,并且会逐步的完善和精化。采用不同的参考椭球和定位建立的大地坐标系,是彼此不同的参心空间直角坐标系,与全球统一的以地球质心为原点的地心空间直角坐标系也不一致。因此就存在不同的大地坐标系统之间的相互转换问题。

图1:三参数法 图2:七参数法

当进行数据源投影转换或点坐标转换时,可以从对话框中看到系统提供了十一种投影转化的方法,分别是Geocentric Transalation(3-para)、Molodensky(3-para)、MolodenskyAbridged(3-para) 、Position Vector(7-para)、Coordinate Frame(7-para)、Bursa-wolf(7-para)、MolodenskyBadekas(10-para)、China_3D_7P(7-para)、China_3D_7P(7-para)、China_2D_4P(4-para)、PROJ4 Transmethod。

投影转换方法
名称 描述
GeocentricTranslation 基于地心的三参数转换法。
Molodensky 莫洛金斯基(Molodensky)转换法。
MolodenskyAbridged 简化的莫洛金斯基转换法。
PositionVector 位置矢量法。
CoordinateFrame 基于地心的七参数转换法。
BursaWolf Bursa-Wolf 方法。
MolodenskyBadekas 莫洛金斯基-巴待卡斯投影转换方法,一种十参数的空间坐标转换模型。
China_3D_7P 三维七参数转换模型,用于不同坐标系与2000国家大地坐标系(CGC2000)之间的转换。适用于全国及省级椭球面3度及以上不同地球椭球基准下的大地坐标系统间控制点坐标转换。模型涉及三个平移参数,三个旋转参数和一个尺度变化参数,同时需要顾及两种大地坐标系所对应的两个地球椭球体长半轴和扁率差。
China_2D_7P China_2D_7P 二维七参数转换模型,用于不同坐标系与2000国家大地坐标系(CGC2000)之间的转换。适用于全国及省级适用于椭球面3度及以上不同地球椭球基准下的大地坐标系统间控制点坐标转换。模型涉及三个平移参数,三个旋转参数和一个尺度变化参数。对于1954年北京坐标系、1980西安坐标系向2000国家大地坐标系的转换,由于两个参心系下的大地高的精度较低,建议采用二维七参数转换。
China_2D_4P 二维四参数转换模型,用于不同坐标系与2000国家大地坐标系(CGC2000)之间的转换。适用于省级及以下局部2度以内局部范围控制点坐标转换。模型涉及三个平移参数和一个尺度变化参数。
PROJ4 Transmethod PROJ4 Transmethod投影转换算法,该算法基于PROJ4 第三方投影转换工具,从而支持更多的投影转换操作,满足更多海外用户的数据投影转换需求,该投影转换算法只支持有对应EPSG Code的投影之间的转换。

以上转换方法常用的分为三参数转换方法、七参数转换方法:

  1. 三参数转换法

    参照系转换时,比较简单的转换方法是所谓的三参数转换法。这种转化方法所依据的数学模型是认为两种大地参照系之间仅仅是空间的坐标原点发生了平移,而不考虑其他因素(见图1)。这种方法必然产生三个参数,X 、Y、Z 三个方向的平移量。三参数转换法计算简单,但精度较低,一般用在不同的地心空间直角坐标系之间的转换。

  2. 七参数转换法

    七参数法依据的数学模型不仅考虑了坐标系的平移,同时还考虑了坐标系旋转、尺度不一等因素。所以需要的参数除了三个平移量外,还要三个旋转参数(又称三个尤拉角)和比例因子(又叫尺度因子)。转换原理如图2所示。三个平移量用ΔX、ΔY、ΔZ 表示,三个选择参数用 Rx,Ry,Rz 表示;比例因子用 S 表示。其中比例因子表示从原坐标系转换到新坐标系的尺度伸缩量。一般情况下,平移因子的单位为米(与坐标系单位保持一致),旋转因子的单位是秒,比例因子的单位为百万分之一。

  3. 地心转换法(the Geocentric Translation)莫洛金斯基转换法(Molodensky)简化的莫洛金斯(MolodenskyAbridged)转换法属于精度较低的投影转换方法。三参数转换法需要三个平移转换参数(ΔX,ΔY,ΔZ),莫洛金斯基转换法、简化的莫洛金斯基转换法也要三个平移转换参数(ΔX,ΔY,ΔZ)。在数据精度要求不高的情况下一般可以采用这几种方法。

  4. 位置矢量法(Position Vector)基于地心的七参数转换法(Coordinate Frame)布尔莎方法(Bursa-Wolf)属于精度较高的几种转换方法。需要七个参数来进行调整和转换,包括三个平移转换参数(ΔX,ΔY,ΔZ)、三个旋转转换参数(Rx,Ry,Rz)和一个比例参数(S)。这几种方法是完全相同的,只是由于国家地区或测量学派的不同,习惯称谓不同。
注意事项:
  • 在实际的工作中,采用哪种转换方法要视具体情况而定。转换结果满意与否取决于转换参数的设置情况。转换参数的获取可以从官方测量机构、数据提供商处得到;也可以自行实测,推算转换参数。转换参数合适与否,必须通过两个参照系中都存在的控制点确定。

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