[發明專利]基于抵償高程面或平均高程面的3°分帶坐標轉換系統

在審

• 申請號: 201710684512.8
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107908808A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 王德保;何必;王茜
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙)37104
• 代理人: 黃曉敏

技術領域

本發明涉及測繪科學與技術領域，具體地說是一種基于抵償高程面或平均高程面的3°分帶坐標轉換系統。

背景技術

CGCS2000為我國現行的“2000國家大地坐標系”，屬三維地心坐標系，但在工程建設和城市建設等領域，高程依然采用正常高系統，坐標仍需進行高斯-克呂格正形投影、在投影平面上完成控制測量、地形圖測繪和施工放樣工作。

國家和行業規范對平面坐標系統都有規定：要求地面觀測邊長的變形值不大于2.5cm/km，變形值包含來自地面觀測邊長的平距向標準參考橢球面的高程歸化和從參考橢球面向高斯平面的投影改化，兩項改正數之和應不大于2.5cm/km。根據工程項目或城市所在地理位置和平均高程，采用標準的3°分帶一部分地區可以滿足變形要求，但多數地區無法滿足要求。當邊長的變形值超過規定要求時，可以采用基于抵償高程面的3°分帶坐標系統，也可采用任意分帶投影到測區地理位置中央、投影面為測區或城市平均高程面的坐標系統。

采用任意分帶投影到測區地理位置中央、投影面為測區或城市平均高程面的坐標系統，實質上投影帶的中央經線一般不等于3°分帶CGCS2000的中央子午線，需要基于CGCS2000進行高斯投影坐標換帶計算，使任意分帶的中央子午線為測區地理位置中央，這樣邊長的投影變形值接近于0；投影面為測區或城市平均高程面，實質上也是基于CGCS2000地心橢球進行了整體膨脹或整體壓縮，獲得了一個新的相同球心的相似橢球，這個橢球面就是測區或城市平均高程面，橢球面的高程就是測區或城市的平均高程，不同于抵償面的高程。因為測區或城市平均高程面無限接近于當地地面，所以觀測邊長從地球表面向測區或城市平均高程面的高程歸化改正數基本也為0，這樣邊長變形的總改正數也趨近于0，使得建立的任意分帶投影到測區地理位置中央、投影面為測區或城市平均高程面的坐標系統能夠滿足工程或城市測量的需求。

觀測邊長的兩端是地面控制點，地面控制點的坐標一般是測繪成果資料檔案部門或設計單位提供的，是基于CGCS2000地心橢球面投影到高斯平面上的3°或6°分帶平面坐標。地面控制點的大地坐標和平面坐標相對于地球表面是不動的，但大地測量計算是在橢球面上進行的，從CGCS2000地心橢球面變換到基于CGCS2000地心橢球形成的抵償高程面或測區、城市平均高程面，地面控制點的大地坐標是會發生變化的，引起控制點的高斯投影平面坐標也會發生變化。

將標準的CGCS2000地心橢球定義為基準橢球，本專利申請需要解決的問題就是研究推導從CGCS2000地心橢球面變換到基于該橢球形成的抵償高程面或測區、城市平均高程面，其地面控制點大地坐標的變化規律，實現從地心橢球面到抵償高程面或測區、城市平均高程面大地坐標與平面坐標的高精度坐標轉換。

發明內容

本發明的目的旨在解決上述現有技術所存在的不足，通過對控制點在CGCS2000基準橢球和在抵償高程面或測區、城市平均高程面的大地坐標變化規律進行研究，以基準橢球長半軸、控制點在基準橢球的大地緯度或測區平均大地緯度、基準橢球第一偏心率為基礎數據，推算出正算參數及反算參數，利用正算參數和正算模型計算控制點在抵償高程面或測區、城市平均高程面橢球面上的平面坐標，并通過反算參數和反算模型求出該控制點的新大地坐標，再利用正算參數和正算模型驗證該控制點平面坐標的正確性，以確保坐標轉換的精度，從而滿足國家和行業對坐標系統的要求。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

1、計算并確定抵償高程面或測區、城市平均高程面的高程h，計算或查取控制點高程異常值h₀，計算基準橢球卯酉圈曲率半徑N₀的變化量dN，dN＝h+h₀；

2、以ao為基準橢球長半軸，B₀為某控制點在基準橢球的緯度或測區平均緯度，e²為基準橢球第一偏心率的平方，計算控制點在抵償高程面或測區、城市平均高程面橢球面的大地緯度B；

根據該點大地緯度B₀計算卯酉圈曲率半徑N₀

計算抵償高程面或測區、城市平均高程面橢球面的長半軸a的改正數：

da＝dN/N₀*a₀

計算抵償高程面或測區、城市平均高程面橢球面的長半軸a：

a＝a₀+da