[TOC]

文章参考:https://xiaotaoguo.com/p/mapping_coordinate_systems/

文章参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/59743409

文章参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/99772254

概述

无人驾驶定位中常用到八大坐标系:

ECI地心惯性坐标系

第一个叫做eci地心惯性坐标系,这个坐标系

img

(如图,红色o-xyz坐标系所示,低新惯性坐标系(i系)的原点位于地球原点,z轴沿地轴指向北极,x轴和y轴位于赤道平面内,与z轴满足右手法则,并且x轴和y轴分别指向两个恒星)

世界坐标系

实际情况中,无人汽车可能会多次经过同一区域进行定位和建图。导航坐标系的原点每次都不一致,显然不符合需求。因此需要有全局测量获得汽车在地球上的绝对位置,从而引出世界坐标系的概念。世界坐标系通常囊括整个地球范围,且原点固定在地球某处(地心),按其形式有地心坐标系和迪卡尔坐标系。由于地球本身是一个(椭)球体,因此从地心坐标系转换到迪卡尔坐标系需要遵循某种投影方式,中间会涉及到失真和变形的问题。

utm坐标系

文章参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/255036625

(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0.9996。UTM投影是为了全球战争需要创建的,美国于1948年完成这种通用投影系统的计算。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0.9996是为了保证离中央经线左右约180km处有两条不失真的标准经线。)

在前面的大地坐标系去做定位不是很好用,因为你不是用像我们平时用的地图,这种水平地图。这个utm地图是根据经纬度做的划分,通过经度吧地球分成60个区域,每6度一个区域,北京在第50的区域,南北也做了划分,相当于把地球分成了很多很多块。

投影带分布

经度分区:编号1-60,其中58个区的东西跨度为

纬度分区:编号C-X(不含I,O,共20个区),每个区的南北跨度为

A,B,Y,Z覆盖南极和北极区

N为第一个北纬带,N之后的字母均为北纬带,N之前的字母均为南纬带

地图

一般情况下只是在一个带里面,比如说6度1个带60个区域,每个区域里面其实都是一起用的,没有在做经纬度的划分,但是在高纬度,因为地球上一个球,到最高纬度的时候,变换(误差)特别大,所以它有个限定,到了北纬(高纬度),用的换算公式不一样,utm坐标系,他就是我们平时定位输出的坐标系,我们用这个坐标系做输出,它的坐标xy,再加上刚才所说的投影带的代号,就是0到59或者1到60,一般情况下1到60,加一个代号,就知道xy坐标,就可以换算成大地坐标系xyz,也换算成经纬度。

UTM投影为椭圆柱横正轴割地球椭球体,椭圆柱的中心线位于椭球体赤道面上,且通过椭球体质点。从而将椭球体上的点投影到椭圆柱上。两条割线圆在UTM投影图上长度无变,即2条标准经线圆。两条割线圆之正中间为中央经线圆,中央经线投影后的长度为其投影前的0.9996倍,比例因子k=投影后的长度/投影前的实际长度。则标准割线和中央经线的经度差为1.6206°,即1°37′14.244″。