大地坐标系、地理坐标系、投影坐标系

大地坐标系 是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用 大地经度、大地纬度和大地高度 表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。 一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。大地坐标系是一种伪地理坐标系。大地坐标系为右手系 。

建立大地坐标系，规定以椭球的赤道为基圈，以起始子午线（经过英国格林威治天文台的子午线）为主圈。对于图中椭球面上任一点而言，其大地坐标为：

大地经度L－－－过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林威治子午线起算，向东为正，向西为负。

大地纬度B－－－在P点的子午面上，P点的法线PK与赤道面的夹角。由赤道起算，向北为正，向南为负。

在大地坐标系中， 两点间的方位是用大地方位角来表示 。例如P点至R点的大地方位角A，就是 P点的子午面与过P点法线及R点所作平面间的夹角 ，由子午面顺时针方向量起。

地理坐标系 （Geographic Coordinate System），是使用三维球面来定义地球表面位置，以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。一个地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和参考椭球体三部分。在球面系统中，水平线是等纬度线或纬线。垂直线是等经度线或经线。地理坐标系依据其所选用的本初子午线、参考椭球的不同而略有区别。

地理坐标系可以确定地球上任何一点的位置。首先将地球抽象成一个规则的逼近原始自然地球表面的椭球体，称为参考椭球体，然后在参考椭球体上定义一系列的经线和纬线构成经纬网，从而达到通过经纬度来描述地表点位的目的。需要说明的是经纬地理坐标系不是平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其直接量测面积长度。

投影坐标系 （Projection coordinatesystem）平面坐标系统地图单位通常为米 ，也称非地球投影坐标系统（notearth），或者是 平面坐标 。

投影坐标系使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是

从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。

投影坐标系由 以下参数确定

 地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安80、WGS84）

 投影方法（比如高斯－克吕格、Lambert投影、Mercator投影）

高斯平面坐标系，指的是以中央子午线与赤道的交点作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴X，规定X轴向北为正，以赤道的投影为横坐标轴Y，Y轴向东为正，形成的坐标系。象限按顺时针I，II，III，IV排列。

小面积测图时可不考虑地球曲率的影响，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，并用直角坐标系表示投影点的位置，可以不进行复杂的投影计算。但当测区范围较大，就不能将地球表面当做平面看待，把地球椭球面上的图形展绘到平面上，只有采用某种地图投影的方法来解决。地图投影有等角投影、等面积投影和任意投影等。等角投影又称正形投影，经过投影后,原椭球面上的微分图形与平面上的图形保持相似。

高斯(Gauss)投影是横切椭圆柱等角投影，最早由德国数学家高斯提出，后经德国大地测量学家克吕格完善、补充并推导出计算公式，故也称为高斯-克吕格投影。高斯投影是一种数学投影，而不是透视投影。高斯投影的条件为:

1.投影后没有角度变形；

2.中央子午线的投影是一条直线，并且是投影点的对称轴；

3.中央子午线的投影没有长度变形。

WGS84:World Geodetic System 1984，是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统。通过遍布世界的卫星观测站观测到的坐标建立，其初次WGS84的精度为1-2m，在1994年1月2号，通过10个观测站在GPS测量方法上改正，得到了WGS84（G730），G表示由GPS测量得到，730表示为GPS时间第730个周。1996年，National Imagery and Mapping Agency (NIMA) 为美国国防部 (U.S.Departemt of Defense, DoD)做了一个新的坐标系统。这样实现了新的WGS版本：WGS（G873）。其因为加入了USNO站和北京站的改正，其东部方向加入了31-39cm 的改正。所有的其他坐标都有在1分米之内的修正。第三次精化：WGS84（G1150），于2002年1月20日启用。

WGS-84坐标系 的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，z轴指向（国际时间局）BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。

地图投影是利用一定数学法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法。由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，故其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。

地图投影 ,Map Projection.把地球表面的任意点，利用一定数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。书面概念化定义：地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。

由于球面上任何一点的位置是用地理坐标（λ，φ）表示的，而平面上的点的位置是用直角坐标（χ，у）或极坐标表示的，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，就是地图投影方法。地图投影变形是球面转化成平面的必然结果，没有变形的投影是不存在的。对某一地图投影来讲，不存在这种变形，就必然存在另一种或两种变形。但制图时可做到：在有些投影图上没有角度或面积变形;在有些投影图上沿某一方向无长度变形。

总结：大地坐标系与地理坐标系概念相同，均是经度、纬度和高度表示的；