大地坐标系介绍

1、1、椭球体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。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。基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只能对应一个椭 球体。椭球体的几何定义:O是椭球中心，NS为旋转轴，a为长半轴，b为短半轴。子午圈：包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。纬圈：垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆，也叫平行圈。赤道：通过椭球中心的平行圈。基本几何参数：椭圆的第一偏心率椭圆的扁率椭圆的第二偏心率其中a、b称为长度元素；扁率a反映了椭球体的扁平程度

2、。偏心率e和e是子午椭圆的 焦点离开中心的距离与椭圆半径之比，它们也反映椭球体的扁平程度，偏心率愈大，椭球愈扁。套用不同的椭球体，同一个地点会测量到不同的经纬度。下面是几种常见的椭球体及参数 列表。几种常见的椭球体参数值克拉索夫斯基椭球体1975年国际椭球体WGS-84椭球体a6 378 245.000 000 000 0(m)6 378 140.000 000 000 0(m)6 378 137.000 000 0000 (m)b6 356 863.018 773 047 3(m)6 356 755.288 157 528 7(m)6 356 752.314 2 (m)c6 399 698.

3、901 782 711 0(m)6 399 596.651 988 010 5(m)6 399 593.625 8 (m)a1 / 298.31 / 298.2571/298.257 223 563e20.006 693 421 622 9660.006 694 384 999 5880.006 694 379 901 3e20.006 738 525 414 6830.006 739 501 819 4730.006 739 496 742 272、地图投影地球是一个球体，球面上的位置，是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系统”或 “地理坐标系统”。在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图

4、是印刷在平面纸张上，要将球面 上的物体画到名氏上，就必须展平，这种将球面转化为平面的过程，称为“投影”。经由投影的过程，把球面坐标换算为平面直角坐标，便于印刷与计算角度与距离。由于球 面照法百分之百展为平面而不变形，所以除了地球仪外，所有地图都有某些程度的变形，有些可保持面积不变，有些可保持方位不变，视其用途而定。目前国际间普遍采用的一种投影，是即横轴墨卡托投影(Transverse Mecator Projection), 又称为高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger Projection )，在小范围内保持形状不变，对于各种 应用较为方便。我们可以想象成将一个圆柱体横躺，套在地球外面，

5、再将地表投影到这个圆柱 上，然后将圆柱体展开成平面。圆柱与地球沿南北经线方向相切，我们将这条切线称为“中央 经线”。在中央经线上，投影面与地球完全密合，因此图形没有变形；由中央经线往束西两侧延伸， 地表图形会被逐渐放大，变形也会越来越严重。为了保持投影精度在可接受范围内，每次只能取中央经线两侧附近地区来用，因此必须切 割为许多投影带。就像将地球沿南北子午线方向，如切西瓜一般，切割为若干带状，再展成平面。 目前世界各国军用地图所采用之UTM坐标系统(Universal Transverse Mecator Projection System)，即为横轴投影的一种。是将地球沿子午线方向，每隔6度切

6、割为一带，全球共切割为 60个投影带。地图投影几何分类主要包括:结合变形性质和几何投影，投影分类包括: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50万的均采用高斯一克吕格投影(Gauss-Kruger)；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。相应高斯-克吕

7、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：高斯一克吕格：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(StandardParalle

8、lTwo)，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度分带的高斯一克吕格投影，因为一般城建坐标采用的 是6度或3度分带的高斯一克吕格投影坐标。高斯一克吕格投影以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

9、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。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)。4、大地坐标系有了椭

10、球体以及地图投影，坐标系就能确定下来了。北京54和西安80是我们使用最多的 坐标系。我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上使用的是我国的两个大地基准面 北京54基准面和西安80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一一西安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。WGS-84坐标系采用 WGS1984基准面及WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心

11、作为椭球体中心，目前GPS测量 数据多以WGS1984为基准。北京54坐标系北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定 位，它是以格拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，与苏联1942年建立的以普 尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。到20世纪80 年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准 面，平均误差为29米左右。西安80坐标系西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立 西安80坐标系时有以下先决条件：大地原点在我国中部，具

12、体地点是陕西省径阳县永乐镇；西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大 地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度 0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何 参数为：长轴：63781405 (m)；扁率：1： 298.257椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。多点定位；大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。WGS-84坐标系EIH定st的 年子午OS- LM4.0)WGS-84 (World Geodetic System，1984 年)是美国 国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心，z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点。Y轴与Z、 X轴构成右手坐标系（如图所示）。WGs-84椭球及有关常数：对应于WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常 数的推荐值。WGS-84椭球的几何常数：长半轴：6378137+ 2（m）扁率：1 / 298.257223563地球引力常数（含大气层）GM=3986005正常化二阶带谐系数C2.0= -484.1668