基于VB语言的高斯投影坐标转换程序设计.doc
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1、目录摘要1绪论11.1国内外研究现状11.2研究的目的和意义2常用平面坐标系统32.1参考椭球体32.2测量常用坐标系和参考椭球定位43地图投影和高斯平面直角坐标系73.1地图投影的概述73.2地图投影73.3高斯平面直角坐标系104高斯投影的坐标转换公式144.1正形投影的一般条件144.2.高斯投影坐标正算公式164.3 高斯投影坐标反算公式224.4高斯投影的换带计算和邻带换算245程序设计265.1界面设计265.2代码设计285.3程序操作介绍316结论35致谢36参考文献38附录39附录1高斯投影坐标转换程序代码设计39附录2外国文献50摘要本设计主要阐述了高斯投影分带以及高斯投影
2、坐标正、反算的推导公式,从而根据公式来编写基于VB语言基础上的换带及坐标转换程序。作者系统介绍了测量中经常使用的坐标系以及地图投影的概念和高斯投影的具体含义,叙述了换带和临带计算的原因以及它们在运算时的原理、过程,详细叙述了在VB语言中实现的原理基础以及代码的编写设计。在设计中根据高斯的正反算公式写出了基于VB语言的程序设计,其程序设计任务完成了由地理坐标向54平面坐标系和80平面坐标系转换的功能,以及由54坐标系和80坐标系向地理坐标系转换的功能,同时也有同一平面坐标系不同投影带之间的换带计算和同一平面坐标系相同投影带临带计算等相互转换的功能。关键词:高斯投影、坐标正反算、换带计算、临带换算
3、、程序设计AbstractPrimarily designed to reveal the projection of the definition of Gaussian and sub-zones, as well as positive and negative Gaussian projection operator of the derived formula,Thus based on the formula basis based on the VB language design process。The author discusses the measurement syst
4、ems frequently used coordinate systems and map projection of the concept and the specific meaning of Gauss projection。And focus on the pros and cons to write the projection operator of the Gaussian formula is derived。Also briefly described with the calculation and for calculation of clinical reason
5、with, as well as at the time of their operation principles and processes, and in the VB language, as well as the realization of the principle basis for the preparation of the design code.In the design in accordance with Gausss formula to write down the pros and cons based on the VB programming langu
6、age, the programming was completed by the geodetic coordinates to the coordinates 54 and 80 coordinate system conversion functions, as well as the coordinate system by 54 and 80 coordinate system geodetic coordinate system to the conversion feature, but also with the calculation and for calculation
7、of the functions of the provisional zone.Key words: Gaussian projection is formula, anti-formula and replace it with the calculation, the Pro with the conversion, programming581绪论1.1国内外研究现状随着测绘技术的不断发展,计算机在现代测绘科学中的应用越来越广泛。已经深入到从理论研究到实际生产中的方方面面,如坐标解算、数据处理、施工放样测量、遥感影像处理、计算机辅助制图、地理信息数据加工和管理等。这给测绘学的理论研究和
8、实际应用带来了极大的便利。在高斯投影中采用的参考椭球是有许多的,目前基本上各个国家都有自己的参考椭球。自1949年以后,我国采用了两种不同的平面坐标,即1954年的北京坐标系和1980年的国家平面坐标。1954年我国完成了北京天文原点的测定,采用了前苏联克拉索夫斯基椭球体参数,并与前苏联1942年坐标系进行了联测,建立了1954年北京坐标系,其坐标原点位于前苏联的普尔科沃。为了适应我国经济建设和国防建设发展的需要,我国在1972-1982年期间进行天文大地网平差时建立了新的大地基准,相应的地理坐标系称为1980年国家地理坐标系。原点地处我国中部,位于陕西省西安市以北60Km处的泾阳县永乐镇,简
9、称西安原点。椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届大会的推荐值,应用多点定位法定位。在高斯投影中,我国规定按经差6和3进行投影分带,对在特殊情况下的工程测量控制网也可以采用1.5带或者是任意投影带。进行高斯投影,首先要根据测区经度计算带号和中央子午线的经度,然后根据高斯投影公式进行投影。在进行高斯投影坐标转换的过程中分正算和反算,由经纬度计算高斯平面坐标是正算,由高斯平面坐标计算经纬度称为反算。1.2研究的目的和意义高斯投影是高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称。是横轴切圆柱投影的一种,属于正形投影,是将一个椭圆柱面套在地球椭球体的外面,并与某一条子午线(称为中
10、央子午线)相切,椭圆柱的中心轴通过椭球体的中心,然后用一定的投影方法,将中央子午线两侧的各一定经差范围内的地区投影到椭球圆柱面上,再将此柱面展开即成为投影面。高斯投影有效的控制了长度和面积上的变形,中央经线无变形,自中央经线向投影带边缘,变形逐渐增加,变形最大之处在投影带内赤道的两端。由于其投影精度高,变形小,而且计算简便,因此在大比例尺地形图中应用,可以满足军事和民用上的各种需要,能在图上进行精确的量测计算。在进行高斯投影时的参考椭球也不是一种,目前就我国而言主要是两种。建国之后,为了尽快搞好基础建设,我国应用克氏椭球与我国实际相结合的北京54坐标系。随着经济的发展北京54坐标系的缺陷也随之
11、被表露出来,特别是对我国经济较发达的东南沿海地区的影响表现得更为明显,进而我国开始研究并使用自己的80坐标系。本次课题的主要目的就是利用VB语言编制出高斯投影在不同参考椭球体上的转换程序。根据大地经纬度转换到不同椭球上的高斯投影是有实际意义的。这对一个测绘专业的学生来说,编写专业相关的程序也是一个巩固测量基础知识的过程。 常用平面坐标系统2.1参考椭球体由于地球引力的大小和与地球内部的质量有关,而地球内部的质量分布又不均匀,致使地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化,因而大地水准面是一个略有起伏的不规则的曲面,无法用数学公式准确的表达。经过长期的实际测量研究证明,地球形状近似于一个两极稍扁的椭
12、球,即一个椭圆绕其短轴旋转而形成的球体。旋转椭球面可以用数学公式准确的表达,因此,在测量工作中需要有这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基础面,这个规则的曲面就是旋转椭球面。代表地球形状和大小的旋转椭球称为“地球椭球”。与大地水准面最接近的地球椭球称为总地球椭球1,与一个区域或一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球,其椭球面称为参考椭球面。由此可见,参考椭球有许多个,而总地球椭球只有一个。在几何大地测量中,椭球的大小和形状通常用长半轴a和扁率f表示:f=(a-b)/a几个世纪以来,许多学者分别测算出参考椭球体的参数值,表2-12为几次有代表性的测算成果。表2-1 地球椭球几何参
13、数椭 球 名 称年 代长 半 轴 a/m扁 率附 注德 兰 布 尔 18006 375 6531:334.0法国白 赛 尔18416 377 397.1551:299.1528128德国克 拉 克18806 378 2491:293.459英国海 福 德19096 378 3881:297.0美国克拉索夫斯基19406 378 245 1:298.3前苏联1975大地测量参考系统19756 378 1406 378 1:298.257IUGG第16届大会推荐值1980大地测量参考系统19791225 IUGG第17届大会 6 378 1371:298.257IUGG第17届大会推荐值WGS-8
14、4系统19846 378 1371:298.257223563英国国防部制图局(DMA)注:IUGG国际大地测量与地球物理联合会(international Union of Geophysics)2.2测量常用坐标系和参考椭球定位2.2.1 测量常用坐标系1、地理坐标系3大地上一点的空间位置可以用地理坐标(B,L,H)表示。地理坐标系是以参考椭球面作为基准面,以起始子午面和和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面,如图21所示。图2地理坐标示意图过地面点P的椭球面法线与赤道面的夹角称为该点的纬度,用B表示。规定从赤道面起算,由赤道面向北为正,从0度到90度称为北纬;由赤道面向南为
15、负,从0度到90度称为南纬。P点沿椭球面法线到椭球面的距离H称为大地高,从椭球面起算,向外为正向内为负。2、空间直角坐标系以椭球体中心O为原点,起始子午面与赤道面的交线为X轴,赤道面上与X轴正交的轴为Y轴,椭球体的旋转轴为Z轴,构成右手直角坐标系O-XYZ,在这个坐标系中,P的坐标用OP在这三个坐标轴上的投影用x 、y、z 表示。3、WGS-84坐标系WGS-84坐标系是全球定位系统(GPS)采用的坐标系,属地心空间直角坐标系。WGS-84坐标系采用1979年国际大地测量与地球物理联合会第17届大会推荐的椭球参数(见表2-1),WGS-84坐标系的原点位于地球的质心;Z 轴指向协议地球极(CT
16、P)方向,X 轴指向零度子午面和CTP 赤道的交点,Y轴和Z、X 轴构成右手坐标系。WGS84 椭球的几何中心和地球质心重合,椭球的旋转轴和Z 轴一致。4、平面直角坐标系由于工程建设规划、设计是在平面上进行的,需要将点的位置和地面图形表示在平面上,通常采用平面直角坐标系。测量中采用的平面直角坐标系有:高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系以及建筑施工坐标系。测绘工作中所用的平面直角坐标系与解析几何中的平面直角坐标系有所不同。测量平面直角坐标系以纵轴为X轴,表示南北方向,向北为正;横轴为Y轴,表示东西方向,向东为正。一般情况下应采用高斯平面直角坐标系。将球面坐标和曲面图形转换成相应的平面坐标和图
17、形必须采用适当的投影方法。投影方法有多种,我国测绘工作中经常采用高斯-克吕克投影,根据高斯-克吕克投影建立起来的平面直角坐标系称为高斯平面直角坐标系。建立高斯平面直角坐标系的方法将在下一章中介绍。当测区范围较小时(如小于100Km2),常把球面看成平面,建立独立平面直角坐标系,这样地面点在投影面上的位置就可以用平面直角坐标来确定。建立独立坐标系时,坐标原点有时是假设的,假设的位置应使测区内各点的x y值为正值。在建筑工程中,为了计算和施工放样方便,使所采用的平面直角坐标系的坐标轴与建筑物主轴线重合、平行或垂直,此时建立起来的坐标系,因为是为建筑施工放样而设立的,故称为建筑坐标系或施工坐标系13
18、。施工坐标系往往与测量坐标系不一致,在计算测设数据时需进行坐标转换。3地图投影和高斯平面直角坐标系3.1地图投影的概述椭球面是测量计算的基准面,由于该面是一个曲面,所以在该面上进行各种计算是相当复杂和繁琐的。若要在平面图纸上绘制地形图,就需要将椭球面上的图形转绘到平面上。因此为了便于测量计算和生产实践,我们需要将椭球面上的因素化算到平面上,就可以在平面直角坐标系中采用简单的公式计算平面坐标。将椭球面上的点的位置或图形转换到平面上,就是采用地图投影方法。地图投影简称投影,简略的说就是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。这里所说的数学法则,可用两个方程式表示:
19、(3-1)式中。L、B是椭球面上一点的地理坐标,而x,y是该点投影后的平面直角坐标,这里所说的平面通常也叫投影面。地图投影必然产生变形。投影变形一般分为角度变形、长度变形和面积变形三种。在地图投影时,尽管变形是不可避免的,但是人们可以根据需要来掌握和控制它,选择适宜的投影方法,可以使某一种变形为零,也可以使全部变形都减小到某一适当程度。因此,在地图投影中产生了许多种类的投影方法。3.2地图投影3.2.1地图投影的分类41、按投影面的形态不同分类可划分为三种投影:圆锥投影、圆柱投影和方位投影,这是我们在制图过程中经常遇到的三种投影方式。圆锥投影:可以想象为用一个巨大的圆锥体罩住地球,把地表的位置
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- 基于 VB 语言 投影 坐标 转换 程序设计
