与空间直角坐标系之间的转换

空间直角坐标变换为站心坐标的计算公式如下

站心坐标变换为空间直角坐标的计算公式如下

与大地坐标系之间的转换

站心坐标系与大地坐标系之间也可以相互转换。如果用户从站心坐标系的原点运动到点

反过来，大地坐标变化量

站心直角坐标系

定义：以站心（如GPS接收天线中心）为坐标系原点O，Z轴与椭球法线重合，向上为正（天向），y与椭球短半轴重合（北向），x轴与地球椭球的长半轴重合（东向）所构成的直角坐标系，称为当地东北天坐标系（ENU）。

站心极坐标系

定义：以站心为坐标极点O，以水平面（即xoy平面）为基准面，以东向轴（即x轴）为极轴，ρ为卫星到站点的距离，az为星视方向角（azimuth angle），el为星视仰角（elevation）。

站心坐标系是以测站为原点的坐标系，即用准备好的基座来定点并进行观察和测量，一般用于施工工程。也用于需了解以观察者为中心的其他物体运动规律，如接收机可见GPS卫星的视角、方位角及距离等，需要用到站心坐标系。

站心坐标系在使用过程中经常涉及坐标系的转换，其中有些问题需要注意

1、 坐标参照系包括基准和坐标系两部分。

2、任一特定的基准和任一特定的坐标系的组合都形成特定地一个坐标参照系。

3、 坐标系包括空间直角(X,Y,Z)、大地坐标系(B,L,H)、站心直角(N,E,U)和站心极坐标系（R,A,EL）等。

4、 基准的作用就是给特定的坐标系进行特定的定位和定向。因此，一个坐标参照系必须同时包括基准和坐标系两个部分才完整。

大地坐标系

以大地基准为基础建立的坐标系称为大地坐标系，也称为椭球坐标系，用（B,L,H）来表示空间任一点的位置。其中，H是该点沿该点处法线至参考椭球面的距离即是我们通常所说的大地高。一般在工程测量当中我们很少使用大地高，而是使用正高或者正常高。

正高

是空间任一点沿该点处垂线至大地水准面的距离（与大地高的基准面不一样）。

正常高

由于高程方向上的重力值很难精确表达出来，所以引入距离方向上的重力平均值来进行确定高程值，相应的基准面就是似大地水准面，因为它与大地水准面十分接近。

大地水准面差距

指的就是空间任一点大地高与正高的差值-------H（大地高）=H（正高） N；

高程异常

指的就是空间任一点大地高与正常高的差值-------H（大地高）=H（正常高） sita

空间直角坐标系

实质上点的空间直角坐标就是该点到坐标系原点形成的向径在三个坐标轴上的投影；一般坐标系原点选在参考椭球的中心（参考椭球分为地心椭球和参心椭球），X轴指向本初子午线与赤道的交点，Z轴与地球自转轴平行并指向参考椭球的北极，最终与Y轴形成右手直角坐标系。一般用（X,Y,Z）来表示任一点的空间位置。2100433B

在测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常需要选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制基础。

【测站坐标系】station origin rectangular coordinate system

以站心为基本原点的坐标系。站心通常指测站观测点或测量仪器采样点。在日常工作中，主要有站心赤道坐标系和站心地平坐标系。 2100433B

游戏和图形开发中常用的坐标系有：世界坐标系、物体坐标系、摄像机坐标系、惯性坐标系。 世界坐标系是描述其它坐标系所需要的参考框架，只能用世界坐标系描述其他坐标系的位置，不能用更大的，外部的坐标系来描述世界坐标系。

关于世界坐标系的的典型问题都是关于初始位置和环境的，如：

1、 每个物体的位置和方向。 2、摄像机的位置和方向。 3、世界的每一点的地形是什么。 4。各物体从哪里来，到哪里去。 物体坐标系是和特定物体相关的坐标系。每个物体都有它们独立的坐标系。 在物体坐标系中可能会遇到的问题： 1、周围有需要互相作用的物体吗？（我要攻击它吗？） 2、哪个方向，在我前面吗？我左边一点？（我应该射击还是转身就跑） 摄像机坐标系是和观察者密切相关的坐标系。是一种特殊的“物体”坐标系。 典型问题： 1、3D空间中的给定点在摄像机前方吗？ 2、3D空间中的给定点在屏幕上还是超出了边界？ 3、某个物体是否在屏幕上？部分还是全部在？ 4、两个物体谁在前面？（可见性检测，深度排序） 惯性坐标系是为了简化世界坐标系到物体坐标系的转换。从物体坐标系到惯性坐标系只需旋转，从惯性坐标系到世界坐标系只需平移。 嵌套坐标系同样为了简化物体在世界坐标系中位置，如一个物体坐标系嵌套一个头部坐标系，则头部坐标系可以只与物体坐标系联系，简化操作。

坐标系转换，应用矩阵表示，一切操作如物体的旋转、平移过程等都可以用矩阵(4*4齐次空间矩阵)来表示2100433B