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  • 主要完成常见坐标系的转换,包括: WGS84(国际通用坐标系)<--->GCJ02(中国火星坐标系,高德地图坐标系)<--->BD09(百度地图坐标系)
  • 几种常见坐标系的相互转换 坐标系的转换是我们在地理数据的使用过程中经常会遇到的问题,像大家经常提到的54转8080转2000WGS84转2000等等,以及ArcGIS经常提到的地理坐标系转投影坐标系、投影坐标系转地理坐标系、6...

    几种常见坐标系的相互转换

    坐标系的转换是我们在地理数据的使用过程中经常会遇到的问题,像大家经常提到的54转8080转2000WGS84转2000等等,以及ArcGIS经常提到的地理坐标系转投影坐标系、投影坐标系转地理坐标系、6°分带转3°分带、跨带转换等等,转换思路基本如下:

    一、大地坐标系与空间直角坐标系之间的转换
    同一坐标参照系下,大地坐标(B,L,H)和空间之间坐标系(X,Y,Z)之间可以通过公式直接转换。
    ①大地坐标系(B,L,H)到空间直角坐标系(X,Y,Z)的转换

    ②空间直角坐标系(X,Y,Z)到大地坐标系(B,L,H)的转换

    相同参考基准的大地坐标和空间直角坐标之间的转换需要知道该椭球的参数即可。

    二、大地坐标系与高斯平面直角坐标系之间的转换
    同一坐标参照系下,大地坐标(B,L)和高斯平面直角坐标系(x,y)可以直接转换。
    ①高斯正算:由大地坐标(B,L)向高斯平面直角坐标(x,y)的转换,公式略。
    ②高斯反算:由高斯平面直角坐标系(x,y)向大地坐标系(B,L)的转换,公式略。

    三、不同大地坐标系的三维转换(不同参考基准)
    不同参考基准的三维转换一般都是通过空间直角坐标系之间的关系计算出转换参数,所以需要先将坐标形式转换成空间直角坐标(X,Y,Z),转换方式有很多,常用的有布尔沙模型。
    该转换模型需要七个参数,分别为:3个平移参数,3个旋转参数,1个尺度变化参数,故不同大地坐标系的三维转换需要七个参数,也称7参数转换。

    四、二维平面坐标的转换
    小区域的平面坐标转换可二维坐标转换(也称四参数转换),不同参考基准的二维转换一般都是通过平面直角坐标系之间的关系计算出转换参数。
    在这里插入图片描述 四参数转换需要四个参数:分别为2个平移参数,1个旋转参数,1个尺度变化参数。

    **拓展:**我们在使用RTK开展测量工作时,经常需要设置四参数,这是由于使用RTK采集到的数据默认的都是WGS84的坐标,而我们国家经常使用的坐标系主要有:北京54、西安80、国家2000,而四参数的设置主要目的就是实现小区域内WGS84的平面坐标向其他几种平面坐标之间的转换。

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  • 常见坐标系转换.ppt

    2020-08-18 09:06:45
    常见的各种坐标系总结以及坐标转化相关基础知识
  • iOS开发中常见坐标系之间的转换,精确度高
  • 无人导航常见坐标系

    2020-07-04 16:19:36
    @ 目录 1. 大地坐标系,WGS84...在UAV(Unmanned Aerial Vehicle)中,常见坐标系有以下几种: 大地坐标系,WGS84(WorldGeodeticCoordinateSystem1984) 这是为GPS全球定位系统建立的坐标系统。WGS


    在UAV(Unmanned Aerial Vehicle)中,常见的坐标系有以下几种:

    1. 大地坐标系,WGS84(WorldGeodeticCoordinateSystem1984)

    这是为GPS全球定位系统建立的坐标系统。WGS-84坐标系的原点在地球质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极(CTP)方向,X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点,Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。其参数为经度、纬度、海拔高度。

    其基本参数如下:
              长半径:a=6378137±2(m);
              地球引力和地球质量的乘积:GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2;
              正常化二阶带谐系数:C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9;
              地球重力场二阶带球谐系数:J2=108263×10-8
              地球自转角速度:ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1
              扁率f=0.003352810664

    2. 地球中心坐标系,ECEF(Earth-Centered, Earth-Fixed)

    ECEF坐标系与地球固联,且随着地球转动。图中O即为坐标原点,位置在地球质心。X轴通过格林尼治线和赤道线的交点,正方向为原点指向交点方向。Z轴通过原点指向北极。Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。

    下图中可以直观的看出ECEF和WGS84坐标系的区别:

    图中,φ、λ表示纬度和经度,是WGS84坐标系的参数,x、y、z为ECEF坐标系的描述。从图中可以看出,目标点X标记处在不同坐标系下描述的区别。

    3. 局部切线平面

    从定义来分类,局部切线平面可分为基于垂直和水平尺寸定义的平面,其表现在纵坐标为上还是下。纵坐标为上时,称为ENU(东、北、天)坐标系,主要用于地理方面;纵坐标为下时,称为NED(北、东、地)坐标系,特别用于航空航天。

    上图为ENU坐标系,该坐标系即为控制装置所在位置的“平面坐标系”,又称为地理坐标系。

    4. 载体坐标系(Body Frame)

    载体坐标系指的是以载体的质心为原点,OX沿纵轴方向,即载体前进方向,Z轴沿载体侧轴方向,指向右翼,Y沿载体竖轴方向,是右手坐标系而成(即指向天)。总的来说,载体坐标系相对于地理坐标系的关系就是载体的姿态。在我们的实际控制当中,我们关心的显然是载体坐标系相对于地理坐标系之间的变化,所以我们通常使用的旋转矩阵是把“地理”坐标系转到“载体”坐标系的矩阵,从而实现对控制目标(载体)的姿态控制。由地理坐标系到载体坐标系的转换常用的有三种方式:四元数、欧拉角、方向余弦矩阵。

    导航的基本原则就是保证两个基本坐标系的正确转化,没有误差。只有实现了这个原则,载体才可以在自己的坐标系中完成一系列动作而被转换到地理坐标系中看起来是正确的。导航的基本原则就是保证两个基本坐标系的正确转化,没有误差。只有实现了这个原则,载体才可以在自己的坐标系中完成一系列动作而被转换到地理坐标系中看起来是正确的。

    5. 代码实现

    这是之前写的一个坐标转换的代码,经测试可以使用。

    #!/usr/bin/env python
    # -*- coding: utf-8 -*-
    
    """
    Created on 2019.01.18
    @Author:  Ethan
    """
    
    import math
    import numpy as np
    import client_socket.py as client
    PI= math.pi
    a=6378137
    b=6356752.314245
    E = (a*a - b*b)/(a*a)
    
    class Goal:
        def __init__(self,x,y):
            self.x=0
            self.y=0
    
    def deg(x):
        x=(x/180)*PI
        return x
    
    #latitude:纬度 longitude:经度 altitude:海拔高度
    #latitude0 longitude0----current_local_pos
    def Translate(latitude:float,longitude:float,
                  latitude0:float,longitude0:float):
        LAT=deg(latitude)
        LON=deg(longitude)
    
        LAT0=deg(latitude0)
        LON0=deg(longitude0)
    
        altitude0=0
        print("GPS坐标(经度、纬度、高度)为: ",latitude,longitude,altitude)
    #ECEF坐标系
        N = a /(math.sqrt(1 - E*math.sin(LAT)*math.sin(LAT)))
        X=(N+altitude)*math.cos(LAT)*math.cos(LON)
        Y=(N+altitude)*math.cos(LAT)*math.sin(LON)
        Z=N*(1-e*e)*math.sin(LAT)
    
        N0 = a /(math.sqrt(1 - E*math.sin(LAT0)*math.sin(LAT0)))
        X0=(N+altitude)*math.cos(LAT0)*math.cos(LON0)
        Y0=(N+altitude)*math.cos(LAT0)*math.sin(LON0)
        Z0=N*(1-E*E)*math.sin(LAT0)
    
        print("空间直角坐标系下X轴、Y轴、高度为",'%.3f'%X,'%.3f'%Y,'%.3f'%Z)
    
        #旋转矩阵
        mat=np.array([[-math.sin(LON),math.cos(LON),0],\
                     [-math.sin(LAT)*math.cos(LON),-math.sin(LAT)*math.sin(LON),math.cos(LAT)],\
                     [math.cos(LAT)*math.cos(LON),math.cos(LAT)*math.sin(LON),math.sin(LAT)]])
    
        arr=np.array([[X-X0],[Y-Y0],[Z-Z0]])  #坐标原点纠正
        res=np.dot(mat,arr)
        X=res[0]
        Y=res[1]
        print("站心坐标系下东、北"'%.3f'%X,'%.3f'%Y)
    
        return res
    
    #获取航点
    def get_waypoints(x0,y0,x1,y1,cx,cy):
        waypoints=client.way_choose(x0,y0,x1,y1)
        for i in waypoints:
            str=i.split(",")
            longitude=float(str[0])
            latitude=float(str[1])
    
            res=Translate(latitude,longitude,x0,y0)
            g=Goal()
            g.x=res[0]
            g.y=res[1]
    
            cx=list.append(g.x)
            cy=list.append(g.y)
    
    展开全文
  • 机器人分类与常见坐标系1. 机器人的分类1. 按辈分2. 对应人的不同器官3. 按其构成机构3. 按驱动方式不同4. 按用途分类2. 常见的坐标系及对应的机器人结构2.1 笛卡尔坐标系2.2 圆柱坐标系2.3 球坐标系 1. 机器人的...

    1. 机器人的分类

    1. 按辈分

    1. 示教再现型机器人 (Teach-in and playback)
      人预先给出(示教)机器人的运动轨迹,然后机器人准确地重复再现这种轨迹。无论环境怎么变都不会改变
      【人话:告诉它走这条路,遇到石头会绊到】
    2. 感觉判断型机器人 感知融合智能机器人
      装有传感器,可以在既定的轨迹上进行一定的调整
      【人话:告诉它走这条路,遇到石头会绕行】
    3. 自主感知型机器人 自主感知思维智能机器人
      具有自动性与应变性——它可以实时地采集外界不断变化的信息,并且可以自行变更其本身的运行情况。可以根据传感器信息,自己规划路径。
      【人话:告诉它目标在那,自己看着办】

    2. 对应人的不同器官

    • 操作机器人(手—— manipulator)
      比如机械臂
    • 移动机器人(腿—— locomotive robot)
    • 视觉机器人(眼—— visual robot)

    不过感觉单一的这种做不了什么事,还是要配合才行

    3. 按其构成机构

    类别英文名
    直角坐标机器人Cartesian coordinate
    圆柱坐标机器人Cylindrical coordinate
    极坐标机器人Polar coordinate
    多关节型机器人Articulated robot
    并联关节机器人Parallel linked robot
    串并联关节机器人Hybrid linked robot

    3. 按驱动方式不同

    类别英文名
    液压机器人Hydraulic robot
    气动机器人Pneumatic robot
    电动机器人Electrical robot

    4. 按用途分类

    工业机器人:搬运、制造、装配、焊接、喷漆、铸造、码垛、井下、…
    农业机器人:采摘、嫁接
    极限作业机器人:核反应堆 、空间机器人
    水下机器人:水下6000米无缆自治机器人、 参观“ 泰坦尼克号”的阿尔文号载人潜水艇 。
    军用机器人:无人飞机U-2、机器人部队、海湾战争先锋号无人机与密苏里号战舰
    排险救灾:排雷、除匪、爆炸物处理
    医用机器人:微型机器人——肠内窥镜、血管疏通、脑外科手术、微驱动系统——DNA
    娱乐机器人:迎宾小姐、智能宠物、AIBO、电影

    2. 常见的坐标系及对应的机器人结构

    这些在高等数学都有学过

    2.1 笛卡尔坐标系

    维基百科

    在这里插入图片描述
    特点:

    • 空间点P的位置由一组坐标(x,y,z)来表示。
    • 空间位置可由沿三个坐标轴的平动获得。

    例子:
    在这里插入图片描述

    2.2 圆柱坐标系

    维基百科

    在这里插入图片描述
    特点:

    • 空间点P的位置由一组坐标(ρ,φ,z’)来表示。
    • 空间位置可由沿极轴和z轴的平动和绕z轴的转动获得。

    与笛卡尔坐标系的转换:
    x = ρ c o s φ , ρ ≥ 0 x=ρcosφ, ρ≥0 x=ρcosφ,ρ0
    y = ρ s i n φ , 0 ≤ φ ≤ 2 π y=ρsinφ ,0≤φ≤2π y=ρsinφ,0φ2π
    z = z ′ , − ∞ ≤ z ′ ≤ + ∞ z=z' ,-∞≤z'≤+∞ z=z,z+

    在这里插入图片描述

    2.3 球坐标系

    维基百科

    在这里插入图片描述
    特点:

    • 空间点P的位置由一组坐标(r,θ,φ)来表示。
    • 空间位置可由沿极轴的平动和 绕z轴和 极轴z轴共同确定的平面的原点 的转动获得。

    与笛卡尔坐标系的转换:
    x = r c o s φ s i n θ x=rcosφsinθ x=rcosφsinθ
    y = r s i n φ s i n θ y=rsinφsinθ y=rsinφsinθ
    z = r c o s θ z=rcosθ z=rcosθ
    r ≥ 0 , 0 ≤ φ ≤ 2 π , 0 ≤ θ ≤ π r≥0 ,0≤φ≤2π,0≤θ≤π r0,0φ2π,0θπ
    在这里插入图片描述

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  • Unity3d中常见坐标系有: 1.世界坐标系。引擎提供的空间坐标系,可通过transform.position获取坐标 2.视口坐标系。是相对于相机的坐标系,屏幕左下角为(0,0),右上角为(1,1),z轴的方向是从屏幕指向外面的...

    Unity3d中常见的坐标系有:

    1.世界坐标系。引擎提供的空间坐标系,可通过transform.position获取坐标

    2.视口坐标系。是相对于相机的坐标系,屏幕左下角为(0,0),右上角为(1,1),z轴的方向是从屏幕指向外面的,z的数值是在世界空间中z的相反数,如果Camera在世界空间中是(0,0,0),那么在屏幕上的所有点的视口坐标的z都是0,如果Camera在世界空间中是(0,0,-10),那么在屏幕上的所有点的视口坐标的z都是10

    3.屏幕坐标系。是以显示设备的分辨率来定义的,左下角为(0,0),右上角为(Screen.widthScreen.height),z轴与视口坐标相同

    4.NGUI坐标系。通常NGUI的根节点在世界空间中的位置都是(0,0,0),但是根节点会有缩放Scale.

     

    坐标变换:

    API提供的坐标变换方法

    ScreenToViewportPoint  屏幕转视口

    ScreenToWorldPoint      屏幕转世界

    ViewportToScreenPoint  视口转屏幕

    ViewportToWorldPoint    视口转世界

    WorldToScreenPoint       世界转屏幕

    WorldToViewportPoint     世界转视口

    常用的坐标变换方式:


        Vector3 NGUI2World(Vector3 pos,float z)
        {
            pos.z = 0;
            pos = SceneObjMgr.Instance.UICamera.WorldToScreenPoint(pos);
            pos.z = z;
            return Camera.main.ScreenToWorldPoint(pos);
        }

        Vector3 World2World(Vector3 pos, float z)
        {
            pos = Camera.main.WorldToScreenPoint(worldPos);
            pos.z = z;
            return Camera.main.ScreenToWorldPoint(pos);
        }

        Vector3 Screen2NGUI(Vector3 pos)
        {
            return SceneObjMgr.Instance.UICamera.ScreenToWorldPoint(pos);
        }

      Vector3 NGUI2Screen(Vector3 pos)
        {
            pos.z = 100;
            pos = Camera.main.WorldToScreenPoint(pos);
            pos.z = 0;
            return pos;
        }

    注意一个事,凡是与世界空间相关的坐标,z轴需要在视锥体之内,因为在视锥之外是看不见的,转换无意义

    展开全文
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