椭球与投影.doc

GIS 中的坐标系定义与转换作者:戴勤奋来源:计算机世界报自“ 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) GP S 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。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 Krasso vsky 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 WG S84 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