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坐标转换模型 空间直角坐标系间的转换模型(七参数模型) 公式(布尔莎模型): 分析: (1)将O-XYZ中的长度单位缩放l+m倍,使其与O'-X'Y'Z'的长度单位一致; (2)从X反向看向原点O,以O为旋转点,让O-XYZ绕X轴顺时针旋转Wx角,使经过旋转后的Y轴与O'-X'Y'Z’平面平行; (3)从Y反向看向原点O,以O为旋转点,让O-XYZ绕Y轴顺时针旋转Wy角,使经过旋转后的X轴与O'-X'Y'Z'平面平行。显然,此时Z轴也与Z'轴平行; (4)从Z反向看向原点O,以O点为旋转点,O-XYZ绕Z轴顺时针旋转Wz角,使经过旋转后的X轴与X’轴平行。显然,此时O-XYZ的三个坐标轴己与O'-X'Y'Z’中相应的坐标轴平行; 原坐标为O-XYZ,转换到新坐标O-X’Y’Z’.(两坐标系都为空间直角坐标系)其中(dXdYdZ)为坐标原点的平移参数,即将坐标O-XYZ的原点分别沿三个坐标轴平移-dX,-dY,-dZ,使原坐标轴与O-X’Y’Z’的点重合。m为尺度参数,(w1w2w3)分别为坐标轴的旋转参量(角度),构成的旋转矩阵分别为: 分别将R1R2R3代入上式,可得: 当旋转角度w1w2w3很小时(<=10),cos(w)=1,sin(w)=0;在误差允许范围内可以将模型简化为:(同样七参数模型) 四参数模型是在七参数模型的特例,没有考虑坐标轴的旋转量,只考虑坐标轴的平移。 总结: 类似布尔莎模型(以坐标原点为参考点),还有莫洛金斯基坐标模型(以目标点为变换中心)、武测转换模型和范士转换模型(以控制网参考点的站心地平坐标系的三个坐标轴为旋转轴),这些坐标转换模型很容易实现相关坐标在不同坐标系的转换,但是参考位置的偏移向量的相关参数,在实际运用中这些参量是很难测定的,并且受地球重力等物理因素的影响,两个坐标系统即使经过相似变换,仍可能存在较大的残差,所以这些模型适用于简单且规则模型中。 ④程序: clc clearall dX=input('pleaseinputvalueofdX='); dY=input('pleaseinputvalueofdY='); dZ=input('pleaseinputvalueofdZ='); w1=input('pleaseinputvalueofw1='); w2=input('pleaseinputvalueofw2='); w3=input('pleaseinputvalueofw3='); m=input('pleaseinputvalueofm='); a=sind(w1); b=cosd(w1); c=sind(w2); d=cosd(w2); e=sind(w3); f=cosd(w3); r1=[100;0ba;0-ab] r2=[d0-c;010;c0d] r3=[fe0;-ef0;001] X=input('pleaseinputvalueofX='); Y=input('pleaseinputvalueofY='); Z=input('pleaseinputvalueofZ='); aa=[dX;dY;dZ]; bb=(1+m)*r3*r2*r1*[X;Y;Z]; cc=aa+bb; X1=cc(1) Y1=cc(2) Z1=cc(3) 选取平移参数(dXdYdZ)=(111),旋转角度(w1w2w3)=(000),尺度参量m取1,选取原坐标中坐标点(XYZ)=(111),则该坐标在新坐标中的坐标值(X1Y2Z2)=(333); 根据结果可知,程序运行正确。 大地坐标与空间坐标系的相互转换(参数ab,跟选定的椭球有关) 大地坐标向空间坐标系的转换 设P点的大地坐标为(LBH),其对应的球心直角坐标为(XYZ),若P点在椭球面上,则H=0,根据图1所示的三角关系可列出方程: X=xcos(L) Y=xsin(L) Z=y 由图2可见,TP是过P点子午线的切线,与x轴夹角是90°+B: dy/dx=-cot(B) 将子午圈椭圆方程x^2/a^2+y^2/b^2=1和第一偏心率公式e=(a^2-b^2)^0.5/a带入上式:Dy/dx=-cot(B),可得: 将卯酉圈方程N=a/(1-e^2*sin^2(B))^0.5带入上式得: 即将大地坐标(LBH)带入,可得对应的球心坐标值(XYZ)。 e:第一偏心率 N:卯酉圈的半径 b:椭球短半径 a:椭球长半径 分析: 大地坐标是世界公用的最方便的坐标系统,以大地经度L、地纬度B、大地高H来表示空间某一点的位置。0表示椭球中心,NGS为起始大地子午面,WAE为赤道面,地面点P的法线P-Kp交椭球面于P点,NGS为P地的子午面。则地面点P的大地坐标定义为:大地纬度是B-PKp,与