地理信息系统GIS坐标概述.pdfVIP

自 Mapinfo 上的GIS 系统开发一文在计算机世界网上刊登后，有好几位网友向我询 问坐标系定义与转换方面的问题，问题可归结为 (1) 地图在Mapinfo 上显示得很好, 但在MapX 中却显示不出来或显示得不对；(2) GPS 定位得到的WGS84 坐标怎么往 北京54 坐标地图上转。这些问题也是曾经困惑我的问题，在此我谈谈我个人的一些认 识及经验，供各位参考，也希望相关方面的专业人士能给予纠正及补充。 1. 椭球体、基准面及地图投影 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。 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。 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。 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 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，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，具体算法可参考科学出版社1999 年出版的《城市地理信息系统标 准化指南》第76 至86 页。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, Rota