[发明专利]基于抵偿高程面或平均高程面的3°分带坐标转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及测绘科学与技术领域，具体地说是一种基于抵偿高程面或平均高程面的3°分带坐标转换系统。

背景技术

CGCS2000为我国现行的“2000国家大地坐标系”，属三维地心坐标系，但在工程建设和城市建设等领域，高程依然采用正常高系统，坐标仍需进行高斯-克吕格正形投影、在投影平面上完成控制测量、地形图测绘和施工放样工作。

国家和行业规范对平面坐标系统都有规定：要求地面观测边长的变形值不大于2.5cm/km，变形值包含来自地面观测边长的平距向标准参考椭球面的高程归化和从参考椭球面向高斯平面的投影改化，两项改正数之和应不大于2.5cm/km。根据工程项目或城市所在地理位置和平均高程，采用标准的3°分带一部分地区可以满足变形要求，但多数地区无法满足要求。当边长的变形值超过规定要求时，可以采用基于抵偿高程面的3°分带坐标系统，也可采用任意分带投影到测区地理位置中央、投影面为测区或城市平均高程面的坐标系统。

采用任意分带投影到测区地理位置中央、投影面为测区或城市平均高程面的坐标系统，实质上投影带的中央经线一般不等于3°分带CGCS2000的中央子午线，需要基于CGCS2000进行高斯投影坐标换带计算，使任意分带的中央子午线为测区地理位置中央，这样边长的投影变形值接近于0；投影面为测区或城市平均高程面，实质上也是基于CGCS2000地心椭球进行了整体膨胀或整体压缩，获得了一个新的相同球心的相似椭球，这个椭球面就是测区或城市平均高程面，椭球面的高程就是测区或城市的平均高程，不同于抵偿面的高程。因为测区或城市平均高程面无限接近于当地地面，所以观测边长从地球表面向测区或城市平均高程面的高程归化改正数基本也为0，这样边长变形的总改正数也趋近于0，使得建立的任意分带投影到测区地理位置中央、投影面为测区或城市平均高程面的坐标系统能够满足工程或城市测量的需求。

观测边长的两端是地面控制点，地面控制点的坐标一般是测绘成果资料档案部门或设计单位提供的，是基于CGCS2000地心椭球面投影到高斯平面上的3°或6°分带平面坐标。地面控制点的大地坐标和平面坐标相对于地球表面是不动的，但大地测量计算是在椭球面上进行的，从CGCS2000地心椭球面变换到基于CGCS2000地心椭球形成的抵偿高程面或测区、城市平均高程面，地面控制点的大地坐标是会发生变化的，引起控制点的高斯投影平面坐标也会发生变化。

将标准的CGCS2000地心椭球定义为基准椭球，本专利申请需要解决的问题就是研究推导从CGCS2000地心椭球面变换到基于该椭球形成的抵偿高程面或测区、城市平均高程面，其地面控制点大地坐标的变化规律，实现从地心椭球面到抵偿高程面或测区、城市平均高程面大地坐标与平面坐标的高精度坐标转换。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述现有技术所存在的不足，通过对控制点在CGCS2000基准椭球和在抵偿高程面或测区、城市平均高程面的大地坐标变化规律进行研究，以基准椭球长半轴、控制点在基准椭球的大地纬度或测区平均大地纬度、基准椭球第一偏心率为基础数据，推算出正算参数及反算参数，利用正算参数和正算模型计算控制点在抵偿高程面或测区、城市平均高程面椭球面上的平面坐标，并通过反算参数和反算模型求出该控制点的新大地坐标，再利用正算参数和正算模型验证该控制点平面坐标的正确性，以确保坐标转换的精度，从而满足国家和行业对坐标系统的要求。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

1、计算并确定抵偿高程面或测区、城市平均高程面的高程h，计算或查取控制点高程异常值h₀，计算基准椭球卯酉圈曲率半径N₀的变化量dN，dN＝h+h₀；

2、以ao为基准椭球长半轴，B₀为某控制点在基准椭球的纬度或测区平均纬度，e²为基准椭球第一偏心率的平方，计算控制点在抵偿高程面或测区、城市平均高程面椭球面的大地纬度B；

根据该点大地纬度B₀计算卯酉圈曲率半径N₀

计算抵偿高程面或测区、城市平均高程面椭球面的长半轴a的改正数：

da＝dN/N₀*a₀

计算抵偿高程面或测区、城市平均高程面椭球面的长半轴a：

a＝a₀+da