地理坐标系

GIS 中的坐标系定义是 GIS系统的基础，正确定义 GIS系统的坐标系非常重要。
1.  椭球体、基准面及地图投影
GIS 中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定，因此欲正确定义 GIS系统坐标系，首先必须弄清地球 椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及 地图投影 (Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。 本文来自织梦
基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京 54坐标系、西安 80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。我国参照前苏联从 1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京 54坐标系， 1978年采用国际大地测量协会推荐的 1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系 --西安 80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京 54坐标系作为参照，北京 54与西安 80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。  WGS1984基准面采用 WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前 GPS测量数据多以 WGS1984为基准。 织梦内容管理系统
上述 3个椭球体参数如下：
椭球体  Mapinfo中代号  年代  长半轴  短半轴  1/扁率  
Krassovsky 3  1940 6378245        6356863         298.3
IAG 75         31 1975 6378140        6356755         298.25722101
WGS 84       28 1984 6378137.000 6356752.314  298.257223563
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面，如前苏联的 Pulkovo 1942、非洲索马里的 Afgooye基准面都采用了 Krassovsky椭球体，但它们的基准面显然是不同的。

地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换，如果有人说：该点北京 54坐标值为 X=4231898,Y=21655933，实际上指的是北京 54基准面下的投影坐标，也就是北京 54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。
2. GIS 中基准面的定义与转换
虽然现有 GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用，但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高，可利用前苏联的 Pulkovo 1942基准面 (Mapinfo中代号为 1001)代替北京 54坐标系；假如精度要求较高，如土地利用、海域使用、城市基建等 GIS系统，则需要自定义基准面。
GIS 系统中的基准面通过当地基准面向 WGS1984的转换 7 参数来定义，转换通过相似变换 方法实现，假设 Xg、 Yg、 Zg表示 WGS84地心坐标系的三坐标轴， Xt、 Yt、 Zt表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的 7参数分别为：三个平移参数 ΔX、 ΔY、 ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数 εx、 εy、 εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时，分别绕 Xt、 Yt、 Zt的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。
MapX 中基准面定义方法如下：
Datum.Set(Ellipsoid, ShiftX, ShiftY, ShiftZ, RotateX, RotateY, RotateZ, ScaleAdjust, PrimeMeridian) 
其中参数：  Ellipsoid为基准面采用的椭球体；
ShiftX, ShiftY, ShiftZ 为平移参数；
RotateX, RotateY, RotateZ 为旋转参数；
ScaleAdjust 为比例校正因子，以百万分之一计；
PrimeMeridian 为本初子午线经度，在我国取 0，表示经度从格林威治起算。

美国国家测绘局 (National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多数国家的当地基准面至 WGS1984基准面的转换 3参数 (平移参数 )，可从   1\clip_image001.gif"> http://164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下载，其中包括有香港 Hong Kong 1963基准面、台湾  Hu-Tzu-Shan 基准面的转换 3参数，但是没有中国大陆的参数。

实际 工作 中一般都根据工作区内已知的北京 54坐标控制点计算转换参数，如果工作区内有足够多的已知北京 54与 WGS84坐标控制点，可直接计算坐标转换的 7参数或 3参数；当工作区内有 3个已知北京 54与 WGS84坐标控制点时，可用下式计算 WGS84到北京 54坐标的转换参数 (A、 B、 C、 D、 E、 F)： x54 = AX84 + BY84 + C， y54 = DX84 + EY84 + F，多余一点用作检验；在只有一个已知控制点的情况下 (往往如此 )，用已知点的北京 54与 WGS84坐标之差作为平移参数，当工作区范围不大时精度也足够了。
从 Mapinfo中国的 URL( 1\clip_image001.gif"> http://www.mapinfo.com.cn/download)可下载到包含北京 54、西安 80坐标系定义的 Mapinfow.prj文件，其中定义的北京 54基准面参数为： (3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)，西安 80基准面参数为： (31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)，文件中没有注明其参数的来源，我发现它们与 Mapinfo参考手册附录 G"定义自定义基准面 "中的一个例子所列参数相同，因此其可靠性值得怀疑，尤其从西安 80与北京 54采用相同的 7参数来看，至少西安 80的基准面定义肯定是不对的。因此，当系统精度要求较高时，一定要对所采用的参数进行检测、验证，确保坐标系定义的正确性。 内容来自dedecms
3. GIS 中地图投影的定义
我国的基本比例尺地形图 (1:5千， 1:1万， 1:2.5万， 1:5万， 1:10万， 1:25万， 1:50万， 1:100万 )中，大于等于 50万的均采用高斯 -克吕格投影 (Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影 (Transverse Mercator)；小于 50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影 (Lambert Conformal Conic)；海上小于 50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影 (Mercator)，我国的 GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。  
在 MapX中坐标系定义由基准面、投影两部分参数组成，方法如下：
CoordSys.Set(Type, [Datum], [Units], [OriginLongitude], [OriginLatitude], 
[StandardParallelOne], [StandardParallelTwo], [Azimuth], [ScaleFactor], 
[FalseEasting], [FalseNorthing], [Range], [Bounds], [AffineTransform]) 
其中参数： Type表示投影类型， Type为 1时地图坐标以经纬度表示，它是必选参数，它后面的参数都为可选参数；
Datum 为大地基准面对象，如果采用非地球坐标 (NonEarth)无需定义该参数；
Units 为坐标单位，如 Units为 7表示以米为单位； copyright dedecms
OriginLongitude 、 OriginLatitude分别为原点经度和纬度；
StandardParallelOne 、 StandardParallelTwo为第一、第二标准纬线；
Azimuth 为方位角，斜轴投影需要定义该参数；
ScaleFactor 为比例系数；
FalseEasting, FalseNorthing 为东伪偏移、北伪偏移值；
Range 为地图可见纬度范围；
Bounds 为地图坐标范围，是一矩形对象，非地球坐标 (NonEarth)必须定义该参数；  

 

AffineTransform为坐标系变换对象。
相应高斯 -克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下：
高斯 -克吕格：投影代号 (Type)，基准面 (Datum)，单位 (Unit)，
中央经度 (OriginLongitude)，原点纬度 (OriginLatitude)，
比例系数 (ScaleFactor)，
东伪偏移 (FalseEasting)，北纬偏移 (FalseNorthing)
兰勃特 : 投影代号 (Type)，基准面 (Datum)，单位 (Unit)，

 

中央经度 (OriginLongitude)，原点纬度 (OriginLatitude)，
标准纬度 1(StandardParallelOne)，标准纬度 2(StandardParallelTwo)，
东伪偏移 (FalseEasting)，北纬偏移 (FalseNorthing)
墨卡托 : 投影代号 (Type)，基准面 (Datum)，单位 (Unit)，
原点经度 (OriginLongitude)，原点纬度 (OriginLatitude)，
标准纬度 (StandardParallelOne)

 

在城市 GIS系统中均采用 6度或 3度分带的高斯 -克吕格投影，因为一般城建坐标采用的是 6度或 3度分带的高斯 -克吕格投影坐标。高斯 -克吕格投影以 6度或 3度分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为 X轴 (纵轴，纬度方向 )，赤道投影后为 Y轴 (横轴，经度方向 )，为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移 500公里，即东伪偏移值为 500公里，由于高斯 -克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如 (4231898,21655933)其中 21即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如 21带的东伪偏移值为 21500000米 。 dedecms.com
假如你的工作区位于 21带，即经度在 120度至 126度范围，该带的中央经度为 123度，采用 Pulkovo 1942基准面，那么定义 6度分带的高斯 -克吕格投影坐标系参数为： (8， 1001， 7， 123， 0， 1， 21500000， 0)。
那么当精度要求较高，实测数据为 WGS1984坐标数据时，欲转换到北京 54基准面的高斯 -克吕格投影坐标，如何定义坐标系参数呢？你可选择 WGS 1984(Mapinfo中代号 104)作为基准面，当只有一个已知控制点时 (见第 2部分 )，根据平移参数调整东伪偏移、北纬偏移值实现 WGS84到北京 54的转换，如 :(8， 104， 7， 123， 0， 1， 21500200， -200)，也可利用  AffineTransform坐标系变换对象 ,此时的转换系数 (A、 B、 C、 D、 E、 F)中 A、 B、 D、 E为 0，只有 X、 Y方向的平移值 C、 F ；当有 3个已知控制点时，可利用得到的转换系数 (A、 B、 C、 D、 E、 F)定义  AffineTransform坐标系变换对象，实现坐标系的转换，如： (8， 104， 7， 123， 0， 1， 21500000， 0， map.AffineTransform)，其中 AffineTransform定义为 AffineTransform.set(7， A、 B、 C、 D、 E、 F)(7表示单位米 )；当然有足够多已知控制点时，直接求定 7参数自定义基准面就行了。

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