高斯投影与UTM投影.docx
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高斯投影与UTM投影
高斯投影与UTM投影
大地坐标是球面坐标,而工程中使用平面坐标,球面坐标如何转换成平面坐标呢常用的有高斯-克吕格投影和UTM投影。
一、 高斯投影平面直角坐标系
这种投影是高斯(德国数学家、物理学家、天文学家)于19世纪20年代拟定,后经克吕格(德国大地测量学家)于1912年对投影公式加以补充,故称为高斯-克吕格投影,又名“等角横切椭圆柱投影”,是地球椭球面和平面间正形投影的一种。
1、 投影特点
(1) 将一定角度范围内的椭球表面投影到平面上,这个角度范围通常采用6°、3°、°;
(2) 正形投影,保证了投影角度的不变性和图形的相似性,在某点各方向长度比的同一性,这样给测量和计算带来极大的方便;
(1) 投影带的中央子午线投影没有变形,离中央子午线越远,变形越大(投影后直线变长)
1、 6°带投影及带号
从首子午线起,每隔经度差6°划一带,自西向东将整个地球划分为60个带,用数字1、2、3……依次编号。
第一个6°带的中央子午线经度为3°,任意带的中央子午线经度计算公式:
L0=6N-3。
(1)任意带的起止经度:
6(N-1)~6N
(2)任意带的中央子午线经度:
L0=6N-3
1、 坐标轴的西偏移与南偏移
(1)坐标纵轴的西偏移
以中央子午线作为坐标纵轴,则Y坐标会出现负值,不便于使用,故规定将坐标纵轴向西偏移500km。
【思考和计算】一个6°带内,Y坐标的数值范围是多少(西偏移前、西偏移后)
在一个6°带内,Y坐标最大(最小)的点在赤道上,按地球平均半径6371km计,6°对应的弧长约,故Y坐标数值范围约(-333585m~+333585m)。
X轴西偏移500km后,Y坐标数值范围约(166415m~833585m),Y坐标小数点前均为6位数。
(2)坐标横轴的南偏移
我国在北半球,X坐标不会出现负值,但南半球的国家则会存在这个问题。
怎么办,类似的思路,将坐标横轴向南偏移一个适当的距离。
【思考和计算】南半球,为了不让X坐标出现负值,坐标横轴向南偏移多少为宜
按地球平均半径6371km计,90°对应的弧长约10007km。
南半球的Y轴一般向南偏移10000km。
【算一算】
(2016年高级测量工考题)已知A点坐标:
X=,Y=.87m。
问:
(1)A点位于第几带
(2)该带中央子午线经度
(3)A点在该带中央子午线哪一侧
(4)A点距离中央子午线和赤道距离分别是多少
解:
(1)由Y=.87m可知:
A点位于38带。
(为什么)
(2)38带的中央子午线经度为:
(3)
,即西经135度。
(4)A点真正横坐标为:
=。
则:
A点位于该带中央子午线西侧,距离
A点距离赤道。
一、 UTM投影
1、 UTM简介
UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”(Universal Transverse Mercator Projection),是一种“等角横轴割圆柱投影”,椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈,投影后两条相割的经线上没有变形,而中央经线上长度比。
UTM投影是由美国军方在1947提出的,与“高斯-克吕格”投影相似,该投影角度没有变形,中央经线为直线,且为投影的对称轴,中央经线的比例因子取,离中央经线左右约180km处有两条不失真的标准经线。
UTM采用了网格的分带(或分块)。
由于UTM是由美国制定,因此起始分带并不在本初子午线,而是在180度,所有美国本土都处于0~30带内。
UTM投影采用6度分带,从东经180度(或西经180度)开始,自西向东算起,1带的中央经线为-177(+183),而0度经线为30带和31带的分界,这两带的中央经线分别是-3和+3度。
纬度采用8度分带,从80S到84N共20个纬度带(X带多4度),分别用C到X的字母来表示。
为了避免和数字混淆,I和O没有采用。
UTM的“FalseEasting”值为500km,而南半球UTM带的“FalseNorthing”为10000km。
1、 UTM与高斯投影的异同
(1)UTM是对高斯投影的改进,改进的目的是为了减少投影变形。
UTM与高斯投影变形的比较
B L
0°
°
3°
60°
0
50°
0
40°
0
30°
0
20°
0
(2)UTM投影的投影变形比高斯的要小,最大在。
但其投影变形规律比高斯要复杂一点,因为它用的是割圆柱,所以,它的m=1的地方是在割线上,实际上是一个圆,处在正负1°40′的位置,距离中央经线大约180km。
(3)UTM投影在中央经线上,投影变形系数m=,而高斯投影的中央经线投影的变形系数m=1。
(4)UTM为了减少投影变形也采用分带,它采用6°分带。
但起始的1带是(E174°-E180°),所以,UTM的6°分带的带号比高斯的大30。
(5)高斯投影与UTM投影可近似计算。
计算公式是:
XUTM=*X高斯
YUTM=*Y高斯