基准转换的严密性

基准转换需要9个参数,分别是3个平移,3个旋转,1个缩放的七参数,以及源椭球与目标椭球之间的大小差异参数,即长半轴之差da和扁率倒数之差df。最后两个参数说白了就是告诉了目标椭球的大小参数,用来确定目标椭球。

转换的严密性问题是说在同一个椭球中的转换都是严密的,不存在精度损失,都是严格的计算公式,比如大地坐标系到大地空间直角坐标系。而在不同的椭球之间的转换是不严密的,也就是说在不同椭球体之间进行参数转换,不存在任何一套转换参数是全国通用的,在每个地方都会不一样,因为他们是两个不同的椭球基准,它们之间的差异只能测算得到,必然会有误差。

虽然从原理上讲,大地坐标转空间直角坐标系,然后7参实现空间直角坐标系互转,最后再转回大地坐标系,好像很严密嘛,但实际上,空间直角坐标系之间的转换参数是未知的,只能通过测量的已知点来计算,而这个已知点的选取及精度会直接影响最终得到的转换参数,各个地区在计算这些转换参数时是有差异的,因此,各地的七参数并不固定,是测算出来的,而不是推导得到的。

那么你会说既然椭球基准都确定了,难道不同椭球基准的坐标系差异还得不出来吗?

首先,空间坐标系虽然定义了,但是它们之间的差异并不是简单的几何关系,实际坐标系差异还是得通过空间测量来得到,比如坐标轴指向差异,都得进行测量来确定,并不是简单定义一下就完事的,所以,会有一套转换参数,但并不能保证各地方都能准确转换,误差是不同的。

归根结底,就是不同参考椭球有各自的定义,而它们之间的差异是无法公式推算的,只能通过测量的方式来得到,因此,本身就是有误差的,需要地方根据需要进行测算才能尽可能减小误差。

坐标系的定义是理论的,坐标系实际建立实施都是测定的,包括在地球实体上,哪里是子午面,哪里是大地原点,测定之后再测定控制点,建立坐标系,所以,不同基准坐标系之间转换这个误差是不可避免的,两套基准间的差异是无法理论推导出来的。

这就是有趣的地方,如果能够严密转换,那么归根结底只有一个坐标系而已,其他坐标系都是在它的基础上定义的,但不同的基准本身是相互独立的,所以,无法严密转换,只能测算得到彼此间的差异,而且这种测算各个地区也不相同,只能说,区域测算的差异更符合区域的测量需要而已。

因此,像WGS84转CGCS2000,看似坐标系都定义好了,应该能够直接得到转换参数吧,但实际并不能得到,可以全球范围测算得到一套转换参数,但并不是各个地方通用的,所以,我们经常会要求地方测算的7参数,从而得到更符合地方的基准转换参数。

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