大地测量常用的几大坐标以及转换方式

在大地测量学中通常采用的坐标系有大地坐标系，空间直角坐标系，高斯平面直角坐标系等。在同一参考椭球基准下，大地坐标系，空间直角坐标系，高斯平面直角坐标系是等价的，一一对应的，只是不同的坐标表现形式。

1、大地坐标

大地坐标是大地测量的基本坐标系，它是大地测量计算，地球形状大小研究和地图编制等的基础

大地坐标以参考椭球面为基准面的坐标，地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。大地坐标多应用于大地测量学，测绘学等。

坐标原理：当点在参考椭球面上时，仅用大地经度L和大地纬度B表示。大地经度L是通过P点的大地子午面与起始大地子午面(通过格林尼治天文台的子午面)之间的夹角。规定以起始子午面起算，向东由0°至180°称为东经;向西由0°至180°称为西经。大地纬度B是通过P点的法线与赤道面的夹角，规定由赤道面起算，由赤道面向北从0°至90°称为北纬;向南从0°到90°称为南纬。大地高H是地面点沿法线到参考椭球面的距离。

2、空间直角坐标

在卫星大地测量中，常采用空间大地直角坐标系来确定地面点的三维坐标。空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴与椭球的旋转轴一致，指向参考椭球的北极; X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上，按右手系与X轴正交成90“夹角。

3、高斯平面直角坐标

为了方便工程的规划、设计与施工，我们需要把测区投影到平面上来，使测量计算和绘图更加方便。而地理坐标是球面坐标，当测区范围较大时，要建平面坐标系就不能忽略地球曲率的影响。把地球上的点位化算到平面上，称为地图投影。地图投影的方法有很多，我国采用的是高斯——克吕格投影(又称高斯正形投影)，简称高斯投影。它是由德国数学家高斯提出的，由克吕格改进的一种分带投影方法。它成功解决了将椭球面转换为平面的问题。

与数学中的平面直角坐标系不同的是，其x轴为纵轴，上(北)为正，Y轴为横轴，右(东)为正，方位角是从北方向为准按顺时针方向计算出的夹角。

4、坐标转换

坐标转换是空间实体的位置描述，是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统的过程。通过建立两个坐标系统之间一一对应关系来实现。是各种比例尺地图测量和编绘中建立地图数学基础必不可少的步骤。

在许多工程测量中，其测量结果往往需要提供地方坐标系的坐标，这时就需要我们把GPS测量的处理结果从WGS84坐标系转换到地方坐标系中。坐标转换从方法上讲有格网法、多参数法、多元回归法等。

参数法转换模型一般有布尔莎模型、莫洛金斯基模型、维斯模型、范氏模型等，但最常用的是布尔莎模型。从精度上讲，格网法精度最高，但这种方法受已知条件限制，它需要测区内有足够多的重合点并且分布均匀。在许多工程测量中，如道路、桥梁、建筑、大坝、隧道测量等，他们需要的是当地坐标系，一般没有足够的重复点，所以在工程测量的坐标转换中，一般很少采用格网法。采用比较多的还是参数法。

目前国内常见的坐标转换有以下几种：

1.大地坐标(BLH)对平面直角坐标(XYZ)

常规的转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准(3度，6度)和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。画到直角坐标系可以写为(x+z*acosθ，y+z*asinθ)a，θ为参数。

2.任意两空间坐标系的转换

由于测量坐标系和施工坐标系采用不同的标准，要进行精确转换，必须知道至少3个重合点(即为在两坐标系中坐标均为已知的点)，再采用布尔莎模型进行求解。

常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。