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山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 山东科技大学泰山科技学院资土系 本科生毕业
论文设计 题目 基于
VB语言的高斯投影坐标转换程序设计 姓名 xxx 学号 1111111111 年级 xxx级 专业 测绘工程 指导教师姓名 xxx 职称 副教授 学科 大地测量学与测量工程 山东科技大学资土系 二○○九年五月二十九日 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 1 摘要 本设计主要阐述了高斯投影分带以及高斯投影坐标正、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、
程序设计 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 2 Abstract Primarily 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 formulaThus based on the formula basis based on the
VB language design process。
The author discusses the measurement systems 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 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 language 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 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 programming 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 目录 摘要 ................................................................................................................. 1 绪论 ............................................................................................................ 1 1.1国内外研究现状 ······································································································ 1 1.2研究的目的和意义 ·································································································· 2 常用平面坐标系统 ................................................................................. 3 2.1参考椭球体 ·············································································································· 3 2.2测量常用坐标系和参考椭球定位 ·········································································· 4 3地图投影和高斯平面直角坐标系 ....................................................... 7 3.1地图投影的概述 ······································································································ 7 3.2地图投影 ·················································································································· 7 3.3高斯平面直角坐标系 ···························································································· 10 4高斯投影的坐标转换公式 ................................................................... 14 4.1正形投影的一般条件 ···························································································· 14 4.2.高斯投影坐标正算公式 ························································································ 16 4.3 高斯投影坐标反算公式 ······················································································· 22 4.4高斯投影的换带计算和邻带换算 ········································································ 24 5程序
设计 .................................................................................................. 26 5.1界面设计 ················································································································ 26 5.2
代码设计 ················································································································ 28 5.3程序操作介绍 ········································································································ 31 6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 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 1 1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。
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毕业设计
论文 2 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。
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毕业设计论文 3 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: fa-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 地球椭球几何参数 椭 球 名 称 年 代 长 半 轴 a/m 扁 率 附 注 德 兰 布 尔 1800 6 375 653 1334.0 法国 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 4 白 赛 尔 1841 6 377 397.155 1299.1528128 德国 克 拉 克 1880 6 378 249 1293.459 英国 海 福 德 1909 6 378 388 1297.0 美国 克拉索夫斯基 1940 6 378 245 1298.3 前苏联 1975大地测量参考
系统 1975 6 378 1406 378 1298.257 IUGG第16届大会推荐值 1980大地测量参考系统 1979 1225 IUGG第17届大会 6 378 137 1298.257 IUGG第17届大会推荐值 WGS-84系统 1984 6 378 137 1298.257223563 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BLH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。
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论文 5 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2-1WGS-84坐标系的原点位于地球的质心Z 轴指向协议地球极CTP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。
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论文 6 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。
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。
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论文 7 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 12xFLByFLB 3-1 式中。
L、B是椭球面上一点的地理坐标而xy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4 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 8 1、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投影到圆锥面上然后沿着一条经线将圆锥切开展成平面。
圆锥体罩住地球的方式投影后有一下特征经线都收敛与一点而不同的纬线投影后是同心圆。
圆柱投影用一个圆柱体罩住地球把地表的位置投影到圆体面上然后将圆体切开展成平面。
圆柱投影可以作为圆锥投影的一个特例即圆锥的顶点延伸到无穷远。
方位投影以一个平面作为投影面切于地球表面把地表的位置投影到平面上。
方位投影也可以作为圆锥投影的一个特例即圆锥的夹角为180度圆锥变为平面。
2、按投影面与地球椭球体的相对位置分类1 根据投影面与地球椭球体的相对位置的不同还可以将投影类型分为正轴投影、斜轴投影和横轴投影。
正轴投影投影面的轴圆锥圆柱的轴线平面的法线与地球椭球体的旋转轴重合也称正常位置投影或称极投影。
斜轴投影投影面的轴圆锥圆柱的轴线平面的法线既不与地球椭球体的旋转轴重合也不与赤道面重合也称水平投影。
横轴投影投影面的轴圆锥圆柱的轴线平面的法线与地球赤道面重合也称赤道投影。
3、按投影后的几何变形分类按照投影后的几何变形分类可分三类 等角投影正形投影地面上的任意两条直线的夹角在经过地球投影绘制到图纸上以后其夹角保持不变。
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论文 9 等面积投影地面上的一块面积在经过地球投影绘制到图纸上以后面积保持不变。
等距离投影地面上的两个点之间的距离在经过地球投影绘制到图纸上以后距离保持不变。
实际上有许多投影既不能保持等角又不能保持等面积可以称之为任意投影。
在这类投影中既有角度变形又有面积变形。
综上所述投影名称可以结合上述三种分类方法投影面形状、投影面与地球椭球体的位置、投影后的变形性质加以命名。
如正轴等角圆锥投影、正轴等角圆柱投影等等。
下图3-1为各种投影的示意图。
图3-1 投影图 山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计
论文 10 3.2.2地形图测绘对地图投影的要求 选择地图投影时应根据测绘工作任务和目标来进行。
应当采用等角投影又称为正形投影。
我们测制的地图主要是为国防和国民经济建.