地理坐标系、投影坐标系总结

引言

坐标系曾今让我很头疼，为什么有的是经纬度，有的又是用米来表示？同一图形明明使用的同一坐标系坐标系有时却不重合？北京54，西安80，国家2000，墨卡托、高斯克吕格…头都大了，今天好好梳理一下。

坐标系主要分为两类地理坐标系和投影坐标系，投影坐标系是把地理坐标系（球面坐标）转换为平面坐标，这个3D–>2D的过程叫做投影。

一、地理坐标系

1. 定义，地理坐标系也称大地坐标系，是一种固定在地球上，随着地球一起运动的非惯性坐标系，空间位置以经纬度表示
2. 种类，根据坐标原点不同可分为参心坐标系和地心坐标系，参心坐标系的原点与某一地区或国家采用的参考椭球中心重合，如北京1954，西安1980就是参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质心重合，如国家2000，全球定位系统采用地心坐标系
3. 差异，不同的地理坐标系采用的参考椭球不同
   那为什么会有这么多不同的参考椭球呢？主要是地球太大了一个椭球不能满足所有地方的精度需求，为使自己国家在参考椭球面上达到更高 的精度因此各国建立了适合自己的椭球体，不同椭球体的长半轴和扁率不同
4. 举例，地心坐标系中的国家2000坐标系采用的是GCS-2000椭球体，WGS-84坐标系采用的数WGS-84椭球体；参心坐标系中的北京54坐标系采用的是卡拉索夫斯基(Krasovsky)椭球体，西安80坐标系采用的是1975国际椭球体(IVGG1975)
5. 坐标系的另一重要要素是大地基准面，大地基准面（大地水准面）可衡量椭球体与大地的吻合程度
   
   地理坐标系示例

二、投影坐标系

1. 投影坐标系是一种平面坐标系，用(x,y)表示，单位常为千米或米
2. 要素：
   ①首先需要一个地理坐标系，即定义用哪个地理坐标系来投影
   例如UTM投影坐标系常用WGS-84来投影，但也可用GCS-2000来投影
   ②需要有投影方式及其参数
   
   投影坐标系为UTM投影的47分带，参考的地理坐标系为D_WGS_1984,
   3.**投影方法分类：**按性质可分为等角投影、等距投影、等面积投影…

三、我国常用的投影选择

1. 大中比例尺(>=1:50万)常用高斯克吕格投影，1:2.5万-1:50万常用6°分带，1:1万常用3°分带
2. 小比例尺(全中国)，用等角正轴割圆锥投影方法里的兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)，小比例尺海图用墨卡托投影(保证方位正确）

四、其它注意事项

1. 通常下载的遥感影像是WGS84的地理坐标系，矢量数据是UTM或TM投影坐标系，这时需将矢量数据转换到地理坐标系再去裁剪，如果反过来将影像数据投影，影像会变形很难看。
2. 同一参考球体下，大地坐标系与空间直角坐标系之间的转换是严密的，与平面坐标的转换是不严密的。
   大地坐标系与空间直角坐标系的差异：
   大地坐标系(B,L,H)，（经度，维度，高程），是以参考椭球面为基准建立的
   空间直角坐标系（x,y,z)，与空间几何相似
3. 不同椭球下的转换，主要模型有：
   布尔莎-沃尔夫模型（七参数转换）
   莫洛金斯基模型