GIS的空间地理坐标系统课件

1、GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统 GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础统一的空间参考系统来实现。统一的空间参考系统来实现。33%33%67%67%主要是顾及投影变形、作为历史沿续、主要是顾及投影变形、作为历史沿续、为了使用方便和便于资料保密等；为了使用方便和便于资料保密等；地方系统地方系统国家坐标系统国家坐标系统GIS的空间地理坐标系统222abae222bbaeGIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统我国我国1954

2、年完成了北京天文原点的测定工作，建立了年完成了北京天文原点的测定工作，建立了1954年北京年北京坐标系。坐标系。1954年北京坐标系是原苏联年北京坐标系是原苏联1942年普尔科沃坐标系在我年普尔科沃坐标系在我国的延伸，但略有不同，其要点是：国的延伸，但略有不同，其要点是：v属参心大地坐标系；属参心大地坐标系；v采用克拉索夫斯基椭球参数（采用克拉索夫斯基椭球参数（a=a=6878245m，扁率扁率 = 1：298.3）；v多点定位；多点定位；vx = y = z；v大地原点是原苏联的普尔科沃；大地原点是原苏联的普尔科沃；v大地点高程是以大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基年

3、青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；高程异常是以原苏联准；高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准年大地水准面重新平差结果为水准起算值，按我国天文水准路线推算出来的；起算值，按我国天文水准路线推算出来的；v1954年北京坐标系建立后，年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成果是多年来用它提供的大地点成果是局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统 大地坐标确定后，空间一点的大地大地坐标确定后，空间一点的大地坐标用坐标用大地经度大

4、地经度L L、大地纬度大地纬度B B和大地和大地高度高度H H表示表示。如右图所示，地面上的如右图所示，地面上的点点P P地地的大地子午面的大地子午面NPSNPS与起始大地子与起始大地子午面所构成的二面角午面所构成的二面角L L，叫点叫点P P地地的大的大地经度，由起始子午面起算，向东为地经度，由起始子午面起算，向东为正，向西为负。点正，向西为负。点P P地地对于椭球的法线对于椭球的法线P P地地K Kp p与赤道面的夹角与赤道面的夹角B B，叫做点叫做点P P地地的的大地纬度，由赤道面起算，向北为正大地纬度，由赤道面起算，向北为正，向南为负。点，向南为负。点P P地地沿法线到椭球面的沿法线到

5、椭球面的距离距离H H叫做大地高，从椭球面起算，叫做大地高，从椭球面起算，向外为正，向内为负。向外为正，向内为负。GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统 自自1952年起，我国将其作为国家大地测年起，我国将其作为国家大地测量和地形图的基本投影，亦称为主投影。量和地形图的基本投影，亦称为主投影。 GIS的空间地理坐标系统漫游窗口漫游方向主带中央经线邻带中央经线带 边 经线GIS的空间地理坐标系统（a）测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系（b）数学平面直角坐标系数学平面直角坐标系 GIS的空间地理坐标系统国家坐标系和独立坐标系的变换国家坐标

6、系和独立坐标系的变换GIS的空间地理坐标系统 按高斯投影统一分带（按高斯投影统一分带（6 0带，带，3 0带）建立的带）建立的直角坐标系，称为直角坐标系，称为国家平面直角坐标系国家平面直角坐标系。 在建立数字城市时，往往需要将独立坐标系在建立数字城市时，往往需要将独立坐标系转换成国家平面直角坐标系。在进行转换时，先转换成国家平面直角坐标系。在进行转换时，先将独立坐标系的原点或独立坐标系的某一固定点将独立坐标系的原点或独立坐标系的某一固定点与国家大地点连测，并按计算出的方位角进行改与国家大地点连测，并按计算出的方位角进行改正，求出该点的国家统一坐标，然后对所有数据正，求出该点的国家统一坐标，然后

7、对所有数据进行平移和旋转，以便把按独立坐标系所采集的进行平移和旋转，以便把按独立坐标系所采集的数据转换到国家平面直角坐标系中。在城市和工数据转换到国家平面直角坐标系中。在城市和工程测量中，也可采用程测量中，也可采用1.5 0带或任意带的高斯平面带或任意带的高斯平面坐标系，以提高投影的精度。坐标系，以提高投影的精度。 GIS的空间地理坐标系统 地理格网地理格网(P43)(P43) 按一定的数学规则对地球表面进行划分形成地按一定的数学规则对地球表面进行划分形成地理格网，可以用于表示呈面状分布、以格网作为统理格网，可以用于表示呈面状分布、以格网作为统计单元的地理信息。通过对地理格网划分及编码规计单元

8、的地理信息。通过对地理格网划分及编码规则的深入分析研究，规定我国地理信息系统采用三则的深入分析研究，规定我国地理信息系统采用三种地理格网系统：种地理格网系统： 4 0 6 0格网系统格网系统直角坐标格网系统直角坐标格网系统自行设计自行设计 GIS的空间地理坐标系统 4 0 6 0格网系统 以纬度以纬度4 0和经度和经度6 0进行划分而构成的多级地理进行划分而构成的多级地理格网系统，主要适用于表示陆地与近海地区全国或格网系统，主要适用于表示陆地与近海地区全国或省（区）范围内各种地理信息等。它的分级如下：省（区）范围内各种地理信息等。它的分级如下：格网等格网等级级1234567899格网单格网单元

9、边长元边长30157.531. 50.750.30.155比例尺比例尺1:100万1:50万1:25万1:10万1:5万1:2.5万1:1万1:5千1:20万GIS的空间地理坐标系统 将地球表面按数学法则投影到平面上，再将地球表面按数学法则投影到平面上，再按一定的纵横坐标间距和统一的坐标原点对其按一定的纵横坐标间距和统一的坐标原点对其进行划分而构成的多级地理格网系统。主要适进行划分而构成的多级地理格网系统。主要适用于表示陆地和近海地区为工作规划、设计、用于表示陆地和近海地区为工作规划、设计、施工等应用需要的地理信息。它的分级如下：施工等应用需要的地理信息。它的分级如下： 直角坐标格网系统直角坐

10、标格网系统*直角坐标格网的比例尺与格网等级不是唯一对应的，一种比例尺对应两种格网等级，用户可根据需要选择一种。 格网等格网等级级12345678999格网边长(m)100050025010050251052.5200100比例尺比例尺1:100万1:50万1:25万1:10万1:5万1:2.5万1:1万1:5千1:20万GIS的空间地理坐标系统 在地理信息系统中，还需要用到在地理信息系统中，还需要用到1:2000:2000、1:10001:1000和和1:5001:500的地形图，在国家标准中未规定它的地形图，在国家标准中未规定它们的格网等级和格网单元边长，可根据实际需要自们的格网等级和格网单

11、元边长，可根据实际需要自行设计（一般为行设计（一般为2.52.5m m、2m2m、1m1m或或0.50.5m m的格网）的格网）。自行设计的格网系统自行设计的格网系统GIS的空间地理坐标系统 上述三种地理格网均按地球象限、经纬度或直角坐标上述三种地理格网均按地球象限、经纬度或直角坐标进行划分，具有严格的数学基础，因此它们之间可以相互进行划分，具有严格的数学基础，因此它们之间可以相互转换。三种格网的分级各呈一定的层次关系，构成完整的转换。三种格网的分级各呈一定的层次关系，构成完整的系列，便于组成地区的、国家的或全球的格网体系系列，便于组成地区的、国家的或全球的格网体系。 在建立数字城市时，通常采

12、用直角坐标格网系统。它在建立数字城市时，通常采用直角坐标格网系统。它具有实地格网大小相等，便于将大比例尺解析测图仪生产具有实地格网大小相等，便于将大比例尺解析测图仪生产作业的数据作为信息系统的数据源和便于同卫星图像、作业的数据作为信息系统的数据源和便于同卫星图像、DTMDTM数据重叠匹配等优点。但采用高斯投影时，在分带边数据重叠匹配等优点。但采用高斯投影时，在分带边缘会产生许多不完整的网格，难以将分带计算产生的网格缘会产生许多不完整的网格，难以将分带计算产生的网格拚接在一个坐标系中。因此，若一个城市区域跨带时需先拚接在一个坐标系中。因此，若一个城市区域跨带时需先进行换带计算，使整个城市纳入一个

13、投影带，然后再建立进行换带计算，使整个城市纳入一个投影带，然后再建立地理格网。地理格网。GIS的空间地理坐标系统GIS的空间地理坐标系统 空间点的高程是以大地水准面为基准来建立空间点的高程是以大地水准面为基准来建立的的。我国曾规定采用青岛验潮站求得的。我国曾规定采用青岛验潮站求得的1956年黄海平年黄海平均海水面，作为我国统一的高程基准。凡由该基准面均海水面，作为我国统一的高程基准。凡由该基准面起算的高程在工程和地形测量中均属于起算的高程在工程和地形测量中均属于1956年黄海高年黄海高程系。从程系。从1985年起，我国开始改用年起，我国开始改用“1985年国家高程年国家高程基准基准”，凡由该基

14、准起算的高程在工程和地形测量中，凡由该基准起算的高程在工程和地形测量中均属于均属于1985年黄海高程系统。年黄海高程系统。1985年国家高程基准与年国家高程基准与1956年国家高程基准之水准点间的转换关系为：年国家高程基准之水准点间的转换关系为：H85 = H56 0.029m式中式中H85，H56分别表示新旧高程基准水准原点的正分别表示新旧高程基准水准原点的正常高。常高。GIS的空间地理坐标系统 在建立数字城市时，若需采用不同高程基准的地在建立数字城市时，若需采用不同高程基准的地形图或工程图作为基准数据时，应将高程系统全部统形图或工程图作为基准数据时，应将高程系统全部统一到一到1985年国家

15、高程基准上。年国家高程基准上。 在缺少基本高程控制网的地区，不仅可建立独立在缺少基本高程控制网的地区，不仅可建立独立平面直角坐标系，也可建立局部高程系统。凡不按平面直角坐标系，也可建立局部高程系统。凡不按1956年黄海平均海水面或年黄海平均海水面或1985年国家高程基准作为高年国家高程基准作为高程起算数据的高程系统均称为程起算数据的高程系统均称为局部高程系统局部高程系统。 设局部高程系统的高程原点起算数据为设局部高程系统的高程原点起算数据为H局局，与，与国家高程控制网联测的高程原点高程为国家高程控制网联测的高程原点高程为H联联，高程原，高程原点的高程改正值为点的高程改正值为H，则：则： H =

16、 H局局 H联联 GIS的空间地理坐标系统 原点在地球质心；原点在地球质心； Z轴指向轴指向BIH1984.0定义的协议地球极定义的协议地球极 （CTP）方向；方向； X轴指向轴指向BIH1984.0的零子午面和的零子午面和CTP 赤道交点；赤道交点； Y轴与轴与Z轴，轴，X轴构成右手坐标系。轴构成右手坐标系。 WGS- 84WGS- 84地心坐标系统及其与国家坐标系的转换地心坐标系统及其与国家坐标系的转换 WGS-84是美国国防部研制确定的，其几何定义为：是美国国防部研制确定的，其几何定义为：GIS的空间地理坐标系统 GPS定位所得的结果都属于定位所得的结果都属于WGS-84地心坐标系统地心坐标系统。 工程上实用的大多是国家坐标系或是独立坐标系。工程上实用的大多是国家坐标系或是独立坐标系。 目前我国已在建立全国高精度的目前我国已在建立全国高精度的GPS控制网。控制网。进行地区性进行地区性GPS测量时：测量时： 已知已知( (至少至少) )一点高精度一点高精度GPS成果，以此作为全网的起算成果，以此作为全网的起算数据，以相对定位法可得到网点的高精度数据，以相对定位法可得到网点的高精度WGS-84坐标系与国坐标系与国家坐标系之间的转换参数，进而得到国家坐标系成果。家坐标系之间的转换参数，进而得到国家坐标系成果。 另一种方法是进行另一种方法是进行GPS基线向量网的