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GIS中的坐标系定义与转换(1)

2017-08-05 01:14 摘要：自“mapinfo上的gis系统开发”一文在计算机世界网上刊登后，有好几位读者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，供各位读者参考，也希望相关方面的专业人士能给予纠正及补充。
关键词：gis 坐标系 定义 转换 　　自“mapinfo上的gis系统开发”一文在计算机世界网上刊登后，有好几位读者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，供各位读者参考，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。 （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.com发布）
　　上述3个椭球体参数如下：
　　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，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。