工作坐标系论文（精选7篇）
工作坐标系论文 篇1
1. 引言
随着社会进步和科学技术的不断发展, 人们对机械产品的质量和生产效率都提出了越来越高的要求, 而自动化生产的逐步普及是实现上述要求的有效途径。近年来以来, 人们实现机械加工自动化的主要手段有组合机床、自动机床、专用自动生产线等等。这些设备的使用不仅大大的提高了机械加工自动化的程度, 同时, 也提高了劳动生产率, 促进了制造业的发展。与此同时, 它也存在着一些不足之处, 如它的投入资金比较大、准备周期长、柔性差。随着市场竞争的日趋激烈, 产品更新换代周期在不断地缩短, 小批量产品的生产所占的比重越来越大, 越战总加工量的80%以上。因此, 迫切需要研制一种精度高, 柔性好的加工设备来满足上述要求, 这是机床数控技术产生和发展的内在动力[1]。另一方面, 电子技术和计算机技术的飞速反战则为NC机床的发展提供了坚实的技术基础。NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的, 它极其有效地满足了上述要求, 为小批量复杂的零件生产提供了自动化加工手段。本设计的三坐标工作台控制系统的发展能够应用于数控机床上[2]。
2. 结构组成和原理分析
本设计主要研究的是三坐标工作台各个工作轴上的运动控制情况。在三坐标工作台中, X为横向运动, Y为纵向运动, Z主要是上下运动, Y导轨固定在X导轨的移动平台上, 各个导轨上的驱动装置都装在各个导轨的一端, 控制三轴的运动, X、Y导轨主要是由步进电机控制, Z导轨方向主要是由无刷直流电机控制。
图1为导轨主视图, 电机通过联轴器3与滚珠丝杆1相连, 滑台2在滚珠丝杆1上左右运动, 滑块6在导轨5上左右滑行, 导轨主要是对滑台起导向作用, 整个结构的作用就是滚珠丝杆旋转一周滑台向前或向后移动一个导程的距离。当此导轨为X导轨或Y导轨时电机4为步进电机, 当导轨为Z导轨时电机为无刷电机。
1.滚珠丝杆2.滑台3.联轴器4.电机5.导轨6.滑块
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构, 它的用途是将电脉冲转化为角位移, 即当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度, 通过控制脉冲个数可以控制位移量, 从而达到准确定位的目的;同时通过控制脉冲频率来控制电机转动得速度和加速度, 从而达到调速的目的。
一种步进电机结构示意图 (图2) 。这种电机定子上有八个凹齿, 每个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接方式, 是对称齿上的两个线圈进行反相连接。a) 、b和c) 图是四相步进电机结构示意图, 此电机定子上有八个凹齿, 每个齿上有一个线圈。它们是通过对称齿上的两个线圈进行反相进行连接。
工作过程是当有一相绕组被激励时, 磁通从正相齿, 经过软铁芯的转子, 并以最短的路径流向负相齿, 而其他六个凸齿并无磁通。为了使磁通路径最短, 在磁场力的作用下, 转子被强迫移动, 使最近的一对齿被激励的一相对准。
三相反应式步进电动机的工作原理[3], 在连续不断地按A—B—C—D—A的顺序分别给各相绕组通电时, 电动机内磁场的轴线沿ABCD方向不断转动, 且每改变通电状态一次时, 转过的角度为45度。
它的工作过程是:当有一相绕组被激励时, 磁通从正相齿, 经过软铁芯的转子, 并以最短的路径流向负相齿, 而其他六个凸齿并无磁通。为了使磁通路径最短, 在磁场力的作用下, 转子被强迫移动, 使最近的一对齿被激励的一相对准[4]。
无刷直流电机主要由电机本体、功率驱动电路和位置传感器三部分组成, 其控制设计电机技术、电力电子技术、检测与传感器技术和控制理论技术[5]。因此, 新电子技术、新器件、新材料及新控制方法的出现都将进一步推动无刷直流电机的发展和应用。无刷直流电机是由电子开关线路、永磁电机及位置传感器组成, 原理框图如图3所示:
3. 导轨的参数确定
3.1. 载荷计算
本设计中的X-Y-Z三维工作台, 采用三导轨、三滑块的支承形式。考虑最不利的情况, 即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担, 则单滑块所受的最大垂直方向载荷为:
其中, 移动部件重量G=735N, 外加载荷F=Fz=450N, 代入上式, 得最大工作载荷Fmax=695N。
根据工作载荷Fmax=695N, 初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG20型, 其额定动载荷Ga=11.5kN, 额定静载荷G0a=14.5kN。
3.2. 距离额定寿命L的计算
上述选取的KL系列JSA—LG20型导轨副的滚道硬度为60HRC, 工作温度不超过100摄氏度, 每根导轨上配有一个滑块, 精度为4级, 工作速度较低, 载荷不大, 查表分别取, 硬度系数fH=1.0、温度系数fT=1.00、接触系数fc=0.81、精度系数fR=0.9、载荷系数fW=1.5, 得距离寿命:
远大于期望值50km, 故距离额定寿命满足要求。
4. 步进电机的选用
4.1. 步进电机的步距角
取系统脉冲当量δp=0.015mm/step, 初选步进电机步距角θb=1.2。
4.2. 步进电机启动力矩的计算
设步进电机等效负载力矩为T, 负载力为P, 根据能量守恒原理, 电机所做的功与负载力做功有如下关系
式中:φ———电机转角;s———移动部件的相应位移;η———机械传动效率。
若φ=θb, 则s=δp, 且P=PS+μG, 所以
式中:PS———移动部件负载 (N) ;G———移动部件重量 (N) ;Pz———与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力 (N) ;μ———导轨摩擦系数;θb———步进电机步距角, (rad) ;T——电机轴负载力矩 (N/cm)
本例中, 取μ=0.03 (淬火钢滚珠导轨的摩擦系数) , η=0.948, PS为丝杠牵引力, PS=PH=289.4N。考虑到重力影响, Y向电机负载较大, 因此取G=Gy=2940N, 所以
若不考虑启动时运动部件惯性的影响, 则启动力矩
取安全系数为0.3, 则
对于工作方式为三相六拍的三相步进电机
⑶、步进电机的最高工作频率
查现代机械设计手册卷5表25-2-18选用两个130BYG350EH-0602型步进电机。
5. 结论
本课题设计的简易三坐标工作台控制系统主要应用于教学模的简易三坐标控制系统研究。它是由滚珠丝杆导轨组成的悬臂式三坐标结构, X导轨和Y导轨采用步进电机控制, Z导轨采用无刷电机控制, 各个控制电路最后于按钮相连, 可实现在X方向和Y方向上工作台可以按钮按一下工作台在X或Y方向移动一定距离。
摘要：三坐标工作台是设备实行加工的核心部件, 本文设计了一套简易三坐标控制系统, 该系统采用步进电机与无刷直流电机作为执行元件, 通过外部脉冲信号控制系统的行程和加工速度。该三坐标工作台主要应用于平板工件的加工, 具有响应速度快, 精度高, 操作简便等特点, 适合学校实验室的使用。
关键词：三坐标,控制系统,步进电机,无刷直流电机
参考文献
[1]李雪梅.数控机床[M].北京:电子工业出版社, 2010:1-3.
[2]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社, 1999:507-523.
[3]徐鹏云, 孙维连, 王会强.大型三坐标划线机电机控制系统设计[J].微特电机, 2008, 36 (10) .
[4]姬清华.基于步进电机控制系统复杂动力学研究[J].制造业自动化, 2012 (8) :130-131.
[5]张建民.机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社, 2000.360-373
工作坐标系论文 篇2
1 不同坐标系统之间坐标转换的基本原理
1.1 四参数相似变换模型
地方独立坐标系统与国家坐标系统的转换, 实际上就转换成为了平面直角坐标系统之间的转换, 当然它是有一定的适用范围的。四参数模型只顾及小范围之内的平面坐标系统之间的转换。如独立坐标系的原点在西安80坐标系统下的坐标为, 独立坐标系统对西安80坐标系统的旋转角为, 尺度比参数为m, 则相似变换模型如下:
公共点在两个坐标系中的坐标差为:
上式即由公共点的坐标差表示的“观测值”方程, 由于“观测值”带有偶然误差, 设观测值的改正数为测值的改正数为, 则观测值的误差方程如下:
每一对公共点可以列立2个误差方程式, 方程中4个未知参数, 至少需要2个公共点, 在多于2个公共点的情况下, 可以利用最小二乘原理, 平差求解四个未知参数的最或然值。最后按下式对所有控制点批量进行坐标转换:
坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数, 计算重合点坐标残差, 根据其残差值的大小来确定, 若残差大于3倍 (或2倍) 中误差则剔除, 重新计算坐标转换参数, 直到满足精度要求为止。
1.2 多项式拟合模型
多项式拟合模型如下, 其中的 (x1, y1) 表示源坐标系, (x2, y2) 表示目标坐标系, ai (i=0, 1…, 5) 和bi (i=0, 1, …, 5) 称为多项式拟合系数, 也是待求的未知参数。采用间接平差原理, 可以求出未知参数的平差值。
2 阜新独立坐标系与西安80坐标系转换方案
2.1 阜新独立坐标系统概述
阜新城建坐标系的中央子午线121°30′, 西安80椭球, 投影至高斯平面, 起算点 (西安80坐标系) :孙家湾, 起算方位:孙家湾->八家子山。阜新城建坐标系的起算数据采用的是西安80坐标系的一点和一方位;与西安80坐标系相比存在微小的旋转和尺度变化, 另外由于平面四参数相似变换模型的四参数存在相关性, 因此也引起了微小的坐标平移;阜新市平均海拔150米左右, 地面水平长度归算至国家规定的椭球面要加改正。
2.2 外业测量方案
采用CORS系统的RTK控制测量技术, 直接采集实验点位的阜新独立坐标系统和西安80坐标。
(1) 架设三脚架整平对中; (2) 分时段测量, 上午、下午或者换一天, 每一时段测量3个测回共20组坐标, 每个测回测量6-7次坐标, 每个坐标采用5次平滑取平均值。测回间观测前, 关闭数据通讯链路, 取下流动站接收机, 等待5分钟后重新开机测量; (3) 测回内和测回之间的坐标较差不超过4cm; (4) 取各时段坐标平均值作为该点坐标值。
3 坐标转换结果及分析
3.1 基于四参数的阜新独立坐标系控制点转换
使用已有的的121°30′坐标与使用求解之后的转换参数转换原中央子午线为123°的国家坐标, 所求的转换四参数和公共点坐标差的改正数V (平差的残差) 如 (表1) 。
明显可以看出, 转换残差V的x/y分量部分超过5cm, 分析原因可能是两套坐标系统的长度变形不一致, 因此考虑将两套坐标系统的投影中央子午线设定为相同的值, 再进行转换 (表2) 。
3.2 基于多项式拟合的阜新独立坐标系控制点转换
采用一次多项式拟合模型, 共计6个未知参数, 选择四个公共点:孙家沟、扣莫、烟台营子、古香园作为计算转换参数的点。多项式拟合系数如下:X拟合三系数 (A0、A1、A2) , Y拟合三系数 (B0、B1、B2) 。公共点坐标差的不符值V如 (表3) :
4 结语
以上通过分析四参数转换模型及多项式拟合模型的基本原理, 本文结合阜新市的具体地理位置进行了阜新独立坐标系统与国家80坐标系统之间的转换研究。无论在城市建成区范围, 还是阜新市辖区范围内, 控制点坐标转换及公共点检核的精度在3.5cm范围之内, 满足生产的技术要求。中心化测区的转换参数虽然与非中心化测区的转换参数不同, 但二者转换的效果是一样的。因此, 本文充分的验证了四参数模型与多项式拟合模型在阜新独立坐标系统建立中的可行性、准确性。同时也为在此类地区的工程项目建设提供了转换依据, 提高了测量工作的效率。但要注意不存在一套可以通用的转换参数, 在具体应用时应根据作业区域的坐标系统情况进行坐标系之间的分析, 确定坐标转换模型、进行坐标转换精度估计, 并按照坐标转换的实施步骤进行。
参考文献
[1]陈俊勇.对我国建立现代大地坐标系统和高程系统的建议[J].测绘通报, 2002 (8) :1-5.
[2]茹仕高, 李倩霞.面向智慧城市的空间坐标系统维持与转换[J].测绘通报, 2015 (2) :19-22.
工作坐标系论文 篇3
在我国, 多数的地方独立坐标系建立于上世纪50、60年代, 普遍采用传统三角导线测量的方法布测控制网。原有坐标系统随着不断扩大的城市区域已经不能满足需要, 并且国民经济建设、国防建设、社会发展以及科研等随着社会的进步对国家的大地坐标系提出了新的要求, 迫切的需要位于原点地球质量中心的坐标系统作为国家大地坐标系。采用此系统有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和更行, 能够有效提高地面点的三维定位精度以及地图测绘效率。
经国务院批准, 我国于2008年7月1日启用CGCS2000, 但是从现行坐标系统向CGCS2000过渡和转换的时间计划用8-10年。因此, 十分有必要对坐标系转换理论和方法进行深入研究。
1 坐标系统
CGCS2000作为地心坐标系, 其原点包括海洋和大气的整个地球质量中心。CGCS2000将Z轴由原点指向历元2000.0的方向作为地球参考及方向, 在推算改历元的时候以国际时间局给定1984.0历元作为初始指向, 定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转, X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面 (历元2000.0) 的交点, Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。此坐标采用地球椭球的主要参数为:长半轴a=6378137m, 扁率f=1/298.257222101, 地心引力常数GM=3.986004418×10ms, 自转角速度ω=7.292115×10rad/s。
2 坐标转换方法
坐标转换方法在测绘实践生产中是一个频繁遇到的问题, 也是多源数据融合的一种必要手段。目前坐标转换的主要方法有以下几种。
2.1 数学模型转换方法
地方坐标系和2000国家坐标系之间是一种平移与旋转的关系, 首先通过高斯—克吕格投影, 根据地方坐标系和2000国家坐标系建立的原则, 已知某地方原点的经纬度, 在利用子午线收敛角公式就可以计算出地方坐标系相对于2000国家坐标系的旋转角α。接着就是计算平移量, 已知地方坐标系原点经纬度, 可先计算原点与中央经线的经差, 在利用高斯—克吕格投影公式计算地方坐标系相对于2000国家坐标系的平移量 (X0, Y0) 。最后就是进行坐标转换, 具体的转换公式为
2.2 坐标平移量的转换方法
这种方法只能用于小范围的坐标转换, 不能保证转换后的精度, 转换后的数据只能适用于单幅的地图, 并不适用于大规模的数据集成和建库。具体方法就是将转换前的坐标X、Y加一个改正量, 得到改正后的结果。
2.3 数值变换方法
数值变换的方法主要适用于广泛的实践应用, 主要采用多项式逼近的方法, 即利用两个坐标系或投影间的若干离散点, 用数值逼近的理论和方法来建立两投影间的变换关系式。重合点较多时可以采用多元逐步回归模型。
3 地方坐标系与2000国家坐标系转换方法与实现
CGCS 2000是我国新一代大地坐标系, 其原点位于地球质量中心。CGCS2000除了能够测定高精度大地控制点的三维坐标外, 更有利于提高测图的工作效率。
3.1 采用三维四参数模型或平面四参数模型对省级范围以下的坐标系进行转换。
对于三维坐标, 通过采用高斯投影转换坐标得到平面坐标后, 还需要经过计算转换参数。平面直角坐标转换模型:
其中, x0, y0为平移参数;α为旋转参数;m为尺度参数。x2, y2为CGCS2000的平面直角坐标;x1, y1为原坐标系下平面直角坐标, 坐标单位为米。
高斯投影计算公式:
子午线弧长X计算如下:设有子午线上两点p1和p2, p1在赤道上, p2的纬度为B, p1、p2间的子午线弧长X计算公式:
式中:
高斯投影反算公式:
式中:ηf、tf分别为按Bf值计算的相应量;底点纬度Bf迭代公式:
直到Bf+1-Bf小于某一个指定数值, 即可停止迭代。
3.2 成果的转换。
我们选取了昆明1987坐标系中的19个点作为转换的数据, 现列出其中的7个点作为最后结果的检验如表1、表2。
4 重合点的确定
根据所计算的转换参数计算的坐标点重合点残差;剔除残差大于3倍中误差的重合点;重新计算坐标转换参数, 直到满足精度要求为止;用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关, 但不得少于5个。
5 精度评估与检核
只有在满足相应精度指标的前提下才能使用上述模型转换坐标, 外部检核点应当是没有参与转换参数的计算部分。通过转换参数计算这些点的转换坐标后, 将其与已知坐标进行比较进行外部检核。在检核坐标转换精度的时候应当选定至少六个均匀分的重合点。通过将Arc GIS和Auto CAD相结合开发坐标转换工具, 可以实现包括Arc GIS personal Geo Database、Shape以及Auto CAD的DWG、DXF等多种格式数据的坐标转换。该坐标转换方法可提供给测绘与基础地理信息中心用于大批量的数据转换, 将取得良好的效果。
摘要：本文就昆明1987独立坐标系与国家2000坐标系之间的转换方法进行分析, 给出了具体的转换方法, 同时对转换后的精度进行分析研究。
关键词：国家2000坐标系,地方独立坐标系,坐标转换
参考文献
[1]国家测绘局.现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南[S].2008.
[2]程鹏飞, 成英燕.2000国家大地坐标系实用宝典[M].北京:测绘出版社, 2008.
工作坐标系论文 篇4
关键词：椭球,椭球参数,大地坐标,空间直角坐标,VisualBasic6.0编程
目前在军事、导航、测绘工程建设等方面大地坐标和空间直角坐标的应用比较广泛。特别是GPS系统采用的WGS-84坐标系的应用已深入到社会发展的各个层面。随着2008年2000国家大地坐标系的应用, 地心坐标系在我国的应用将越来越广泛, 大地坐标和空间直角坐标的转换应用也将越来越广泛。本文通过对大地坐标和空间直角坐标之间关系的研究, 利用大地坐标和空间直角坐标之间的转换公式, 使用VisualBasic 6.0编写了适用于2000国家大地坐标系和WGS-84坐标系的大地坐标与空间直角坐标转换程序。
2000国家大地坐标系与WGS-84坐标系的地球椭球参数如表1所示。
2000国家大地坐标系及WGS-84均为地心坐标系, 其大地坐标与空间直角坐标的数学关系相同, 如图1所示。
图1中P点为测量点, P0为其在地球椭球上的投影点。由图1测量点P点大地坐标P (B, L, Hn) 与空间直角坐标P (X, Y, Z) 的几何关系通过简单矢量运算和三角函数运算即可得出大地坐标 (B, L, H) 转换到空间直角坐标 (X, Y, Z) 的公式:
其中, N为卯酉圈曲率半径;e为椭球第一偏心率。
同理, 通过上述空间关系可较易得出经度L与大地高H的反算公式:
其中, N为卯酉圈曲率半径, N=Wa, W=1-e2sin2B, a为参考椭球长半轴;e为第一偏心率。
纬度求取可参考武汉大学出版社《大地测量学基础》中相关迭代公式, 设:ti=tanB, 则迭代公式如下:
其中,
由ti=tanB可得:B=arctanti。
本次大地坐标和空间直角坐标转换程序使用VisualBasic 6.0进行编程。
其中大地坐标到空间直角坐标的转换代码如下:
其中空间直角坐标到大地坐标的转换代码如下:
程序编写完成后, 随机选取了纬度39°, 经度115°附近的8个点的2000国家大地坐标系坐标 (度.分.秒格式) 进行了大地坐标和空间直角坐标的转换, 转换结果如表2, 表3所示。
以上转换结果的对比验证了转换公式及转换程序的正确性。
参考文献
[1]孔祥元, 郭际明, 刘宗泉.大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社, 2001:36-39.
工作坐标系论文 篇5
1 参数与模型
1.1 WGS-84大地坐标系的椭球参数为:长半轴:α=6378137m±2m
地球引力常数:Cm=3986005×108m3/s2±0.6108m3/s2
地球角速度:ω=7292115×10-11rad/s±0.15×10-11rad/s
协议地球扁率:f84-1=298.257223563
鹤岗矿区坐标系的椭球参数为:
长半轴:α=6378245m
椭球扁率:f鹤-1=298.3
第一偏心率:平方e2=2f-f2=0.00693421622966
转换采用具有明显几何意义的三参数 (3个平移量) 和四参数 (布尔沙公式, 顾及3个平移量、3个欧拉角和1个尺度比) 转换模型进行。
1.2 参数转换模型:
七参数转换型
在 (1) 式、 (2) 式中, 新为鹤岗矿区坐标系, 旧为WGS-84坐标系。
2 坐标转换
在WGS-84坐标与鹤岗矿区坐标的转换过程中, 主要是先求出坐标转换参数。无论使用三参数或七参数方法, 只有求出了转换参数, 才能进行坐标转换。WGS-84坐标与鹤岗矿区坐标的转换, 可用下列步骤实现:a.收集, 整理转换区域内重合点位成果;b.分析, 选取用于计算, 坐标转换参数的重合点位;c.确定坐标转换计算方法和坐标转换模型;d.将两个坐标系的坐标都转换为直角坐标;e.按所采用的转换方法 (三参数或七参数) 求解出转换参数;f.根据所求参数进行坐标转换;g.分析重合点坐标转换残差, 根据转换残差剔除粗差点位;h.根据需要, 将满足精度需要的点位平面坐标转为大地坐标。
鹤岗市此次C级CPS网由88个点组成, 其中8个点为原国家二, 三等三角点, 根据这8点的分布情况和精度分析, 选取了桥头山、鸟山、补2、路连山、十公里、元宝山6个点为重点, 分别使用三参数和七参数转换模型的布尔沙-沃尔夫 (bursa-wolf) 模型求得转换参数。具体解算是利用6个具有两套空间坐标的重合点坐标, 按同名点空间坐标的差值组成误差方程式和法方程式, 解算得到转换参数。
经验算本网三参数转换的中误差为:
三参数:mx=±0.140 m;my=±0.190 m;mh=±0.236 m
七参数:mx=±0.080m;my=±0.070mm;mh=±0.106 m
3 关于坐标转换方法的精度分析
鹤岗市C级GPS网是在国家西安80控制网中在本地区一、二等点为已知的基础上布设的。由88个点组成, 采用南方测绘公司生产的S82型双频接收机8台 (套) 观测, 每点观测2个时段, 每个时段长4小时, 净观测时间不少于8小时。观测基线120条, 平均边长8公里, 网点进行约束平差结果:
平面坐标中误差为:
mx=±2.0mm, my=±2.3mm, mh=±3.0mm。
应该是一个精度很高的控制网。但是, 利用三参数转换的平面网点位中误差S=±0.24m。利用七参数转换的平面网点位中误差S=±0.1m, 从三参数和七参数转换误差对比看, 明显七参数的转换精度高于三参数的转换精度。
产生转换误差的主要原因有三个:
a.鹤岗矿区控制网点共70-80年代施测的, 矿区采煤引起的岩层变化波及地表变化, 并且点位变化不尽相同;b.由于当时使用仪器、测量方法落后于现在, 以及测量手段的变化, 也是造成精度不一致的原因。c.因鹤岗矿区坐标系是采用苏联克拉索夫斯基椭球参数, 有一定的定位偏差。鹤岗市C级CPS网覆盖面积91.6KM2, 并且是条带形分布, 如果将全网分成北、中、南三部分进行坐标转换, 转换误差至少缩小2倍, 转换精度可达厘米级。
4 结论
通过对WGS-84与鹤岗矿区坐标系转换算法的介绍, 以及在空间转换模型中对七参数和三参数转换结果的比较, 我们可以得出以下结论:
4.1 由于受到我国参心大地高精度不高的影响, 在完成参数计算中, 重合点越多转换精度越好, 边长越短转换精度越好。
4.2 GPS测定点通过空间转换, 可同时得到平面坐标和高程, 通常在范围较大时使用。采用空间转换模型时, 高程的精度相对平面坐标的影响很小, 且当范围较小时, 空间转换模型的七参数中, 旋转参数和尺度缩放参数与坐标平移参数具有较强的相关性, 使得七参数与三参数转换模型的效果相差较大。
4.3 鉴于工程施工中需要的是水准高而非大地高, 建议使用水准高代替矿区坐标中的大地高, 求得空间转换参数, 从而可以使GPS测定的坐标直接转换为平面坐标和水准高。但应注意的是, 空间的转换模型是几何模型, GPS点通过平移, 旋转, 缩放变换到矿区坐标系, 公共点要分布均匀。用水准高代替大地高时, 尽管转换模型对高程并不敏感, 转换出来的坐标不会受较大的影响, 但大地水准面的不规则性将体现在高程转换残差中, 在大地水准面复杂的地区转换出来的水准高精度较低。实际应用时可以通过拟合模型, 对高程转换残差进行拟合, 在转换出来的高程上加一个修正量以获得精确的水准高。
4.4 鹤岗矿区井下控制点是老系统, 属于独立坐标系, 同时, 鹤岗矿区偏离中央子午线远。长度变形大。鹤岗矿区具有自己的子午线, 一旦坐标改变, 矿区测量基础资料就得废掉, 将影响到正常的生产经营。所以启用新资料必须慎重。
参考文献
[1]熊介.椭球大地测理学.
[2]张勤, 李家权.全球定位系统GPS测重原理及共数据处理基础.
工作坐标系论文 篇6
1 国际地球参考坐标框架
国际地球参考坐标框架ITRF (International Terrestrial Reference Frame) 是由国际地球自转服务局 (1ERS) 根据一定要求, 建立分布全球的地面观测台站, 采用甚长基线干涉测量 (VLBI) 、卫星激光测距 (SLR) 、全球定位系统 (GPS) 、激光测月 (LLR, 1994年放弃) 和卫星多普勒定轨定位 (DORIS, 1994年采纳) 等空间大地测量技术的观测数据, 由IERS中央局对其进行综合分析处理, 得到框架点 (地面观测站) 的坐标和速度以及相应的地球定位定向参数 (EOP) 。
2 近邻国家大地测量坐标系统及坐标框架的进展
2.1 新西兰于1998年开始采用新的大地坐标系统, 称为新西兰
大地测量基准2000 (NZGD2000) , 它是地心三维坐标系统, 参考历元为2000年1月1日。NZGD2000相应坐标框架的点位及其变动依靠GPS测定提供。
2.2 蒙古近年也建立了新的国家大地坐标系统和坐标框架 (MONREF97) 。
MONREF97是地心三维坐标框架, 取代了原来的蒙古国家二维平面坐标系MSK42。该大地框架的点位由GPS测定, 因此该框架的大地坐标系统和GPS的坐标系统 (WGS84) 保持一致。
2.3 日本从2000年开始采用新的大地坐标系统JGD2000, 取代了具有百年历史的东京大地基准。
JGD2000采用国际地球参考坐标系统的定义, 历元定为1997.0。大地常数取GRS80所给定的值。维持JGD2000的大地坐标框架是由1 200个GPS连续运行网站协同64000个一等、二等、三等经典大地控制网点和20000个水准点组成。
2.4 韩国于1998年开始采用三维地心大地坐标系统KGD2000以替换现行的坐标系统。
KGD2000以ITRF97为参照坐标框架, 历元采用2000.0。这是韩国大地测量工作面向21世纪的一项重大决策。KGD2000的核心部分是有足够数量和分布合理的GPS连续运行网站。
2.5 马来西亚于2001年开始采用三维地心大地坐标系统NGRF2000以替换现行的坐标系统。
马来西亚建立国家三维地心大地坐标系统时采用了两个步骤:第一个步骤是建立分布全国的数十个GPS连续运行网站, MASS各站坐标定义于ITRF97, 历元为2000.0;第二个步骤是将马来西亚已有的238个点的GPS大地网拼接到MASS。
3 我国大地测量坐标系统和坐标框架的进展
3.1 北京1954 (大地) 坐标系统。
1954年, 我国由于缺乏天文大地网观测资料, 暂时采用了克拉索夫斯基椭球, 并与前苏联1942年坐标系统进行联测, 通过计算建立了我国大地坐标系统, 称为1954北京坐标系统。因此, 北京1954 (大地) 坐标系统的大地原点在前苏联的普尔科沃, 定位定向是前苏联1942年坐标系统的定位定向。
我国的坐标框架, 即我国的天文大地网于1951年开始布设。首先从北京出发向东部沿海地区推进, 然后转向中部、东北、西南和西北方向。当连续三角锁于1959年延伸到青藏高原时, 限于自然条件, 改为布设电磁波导线。到1962年, 除西部某些经济欠发达地区因不急需二等网而暂未布设外, 其余地区的一、二等锁网已基本完成。从1963年开始, 对已完成的天文大地网成果进行整理和分析, 于1975年完成全部外业的局部补测和修测。
中国天文大地网整体平差从1972年开始, 到1982年完成。参与平差的数据有:一、二等起始边467条;Laplace方位角458个, 在乎差中保持固定;一、二等三角点和导线点39 510个, 在没有二等三角点和导线的地区, 选用了8923个三等三角点和导线点, 使总点数达到48433个。
3.2 1980西安坐标系统。
1980西安坐标系统是在1954坐标系统的基础上采用多点定位法建立起来的。参考椭球采用IUGG75年推荐的椭球, 椭球定位参数根据我国范围内高程异常平方和最小为条件求解。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYDl968.0方向, 起始大地子午面平行于我国起始天文子午面。
3.3 新1954坐标系统。
新1954 (大地) 坐标系统是在1980坐标系统的基础上, 将IUGG75椭球还原为克拉索夫斯基参考椭球, 将坐标原点平移使其与北京1954坐标系统重合, 坐标轴保持与1980坐标系统的坐标轴平行。
3.4 我国地心三维坐标框架的进展。
国家测绘局于1990年初开始施测国家A级和B级GPS大地控制网, 分别于1996年和1997年建成并先后交付使用。国家A级和B级GPS大地控制网分别由30个点和800个点构成, 均匀地分布在中国大陆, 平均边长相应为650km和150km。GPS A级网水平方向的精度优于2×10-8, 垂直方向不低于7×10-8;GPSB级网则分别优于4×10-7和8×10-7。这标志着我国地心三维坐标框架的建设进入了一个新阶段。它不仅在精度方面比已有的二维参心坐标框架提高了两个量级, 而且其三维地心坐标框架是建立在国际公认的ITRF框架之内。
我国于2004年完成了2000国家GPS网的计算。2000国家GPS网包括了国家GPSA、B级网, 全国GPS一、二级网和中国地壳运动GPS监测网络工程中的基准网、基本网和区域网。2000国家GPS网共有28个GPS连续运行站, 2 518个GPS网点。2000国家GPS网的精度优于10-8。2000国家GPS网是定义在ITBS2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。
国家A级和B级GPS大地控制网中大部分点位, 均用水准进行了联测, 形成了我国第二代高程异常控制网。其中A级CPS点均用高于二等水准测量精度测定其正常高。B级CPS点均用高于四等水准测量精度测定其正常高。
参考文献
[1]徐绍铨等.大地测量原理及应用 (3S丛书) [M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 1998.
了解注意点学好坐标系 篇7
一、坐标轴的方向性和单位长度
在平面内画两条互相垂直的数轴构成平面直角坐标系, 水平方向的数轴称为x轴或横轴, 向右的方向是正方向;竖直方向的数轴为y轴或纵轴, 向上的方向为正方向.两轴的交点O为坐标原点. 这里的x, y轴及正方向是一种约定俗成. 在实际生活中可能是倾斜的, 只要保证两个数轴是互相垂直就行了.我们在画x, y轴的单位长度时, 习惯是等长的单位长度, 但在实际生活中根据问题的需要也可以是不一样的长度.
二、坐标为有序数对
在平面直角坐标系中, 任意一点所对应的坐标是一对有序实数对, 要理解为什么是一对有序实数对. 在确定任一点的位置时, 过这点作x轴的垂线, 再作y轴的垂线, 就得到这两个垂足所对应的数轴上的数, 将x轴上的数写在前面, y轴上的数写在后面, 中间用逗号隔开, 放在小括号内, 从而构成点的坐标.需强调的是横坐标在前, 纵坐标在后, 逗号隔开, 放在小括号内.如: (3, 2) 和 (2, 3) 是两个不同的点的坐标.
三、平面内的点与坐标是一一对应关系
看电影时你不难发现, 电影票与座位之间就构成了一一对应关系. 每一个座位对应一张电影票, 同样每一张电影票对应一个座位. 平面直角坐标系中任一个点都对应着一个有序实数对, 同样每个有序实数对对应着唯一的一个点. 故它们之间就构成一一对应关系.
四、点的坐标与距离的关系
点在平面直角坐标系的位置不一样, 它表示的坐标就不一样.第一象限, 横、纵坐标全为正;第二象限, 横坐标为负, 纵坐标为正;第三象限, 横纵坐标都为负;第四象限, 横坐标为正, 纵坐标为负;x轴上的点纵坐标为0, y轴上的点横坐标为0, 坐标原点横、纵坐标都为0, 就是说坐标是有正负性的. 点与坐标轴之间的距离是非负的, 在将点到坐标轴的距离转化为点的坐标时, 要注意点所在的位置, 以确定其坐标的符号;在由坐标求其到坐标轴的距离时要注意加绝对值.
五、如何适当地建立平面直角坐标系