GIS中及坐标系定义及转换.doc

GIS 中基准面的定义与转换虽然现有 GIS 平台中都预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 WGS—84 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 WGS—84 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， RotateY， RotateZ 为旋转参数；ScaleAdjust 为比例校正因子，以百万分之一计；PrimeMeridian 为本初子午线经度，在我国取 0，表示经度从格林威治起算。

实际工作中一般都根据工作区内已知的北京 54 坐标控制点计算转换参数，如果工作区内有足够多的已知北京 54 与 WGS—84 坐标控制点，可直接计算坐标转换的 7参数或 3 参数；当工作区内有 3 个已知北京 54 与 WGS—84 坐标控制点时，可用下式计算 WGS—84 到北京 54 系坐标的转换参数（A、B、C、D、E、 F）：x54 = AX84 + BY84 + C，y54 = DX84 + EY84 + F，多余一点用作检验；在只有一个已知控制点的情况下（往往如此） ，用已知点的北京 54 坐标与 WGS—84 坐标之差作为平移参数，当工作区范围不大时精度也足够了当系统精度要求较高时，一定要对所采用的参数进行检测、验证，确保坐标系定义的正确性2 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-克吕格投影（Gauss-Kruger） ，又叫横轴墨卡托投影（ Transverse Mercator） ；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-克吕格投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下：高斯- 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） ，东纬偏移（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-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- 克吕格投影坐标高斯- 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-克吕格投影中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） 那么当精度要求较高，实测数据为 WGS—84 坐标数据时，欲转换到北京 54 基准面的高斯- 克吕格投影坐标，如何定义坐标系参数呢？你可选择 WGS— 84（Mapinfo中代号 104）作为基准面，当只有一个已知控制点时（见第 2 部分） ，根据平移参数调整东伪偏移、北纬偏移值实现 WGS—84 到北京 54 坐标系统的转换，如： （8，104，7， 123，0，1 ， 21500200，-200 ） ，也可利用 AffineTransform 坐标系变换对象，此时的转换系数（A、B 、C、D、E、F）中 A、B、D、E 为 0，只有 X、Y方向的平移值 C、F；当有 3 个已知控制点时，可利用得到的转换系数（A、B、C、D、E 、F ）定义 AffineTransform 坐标系变换对象，实现坐标系的转换，如：（8，104，7 ，123，0，1，21500000 ，0，map.AffineTransform） ，其中AffineTransform 定义为 AffineTransform.set（7，A、B、C、D、E、F） （7 表示单位米） ；当然有足够多已知控制点时，直接求定 7 参数自定义基准面就行了。

3 地理坐标系与投影坐标系的区别1、地理坐标系（Geographic coordinate system） ，是以经纬度为地图的存储单位Geographic coordinate system 是球面坐标系统我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求我们找到这样的一个椭球体这样的椭球体具有特点：可以量化计算的，具有长半轴，短半轴，偏心率以下几行便是 Krasovsky_1940 椭球及其相应参数Spheroid： Krasovsky_1940Semimajor Axis： 6378245.000000000000000000Semiminor Axis： 6356863.018773047300000000Inverse Flattening（扁率）： 298.300000000000010000然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位在坐标系统描述中，可以看到有这么一行：Datum： D_Beijing_1954 表示，大地基准面是 D_Beijing_1954有了 Spheroid 和 Datum 两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。

完整参数：Alias：Abbreviation：Remarks ：Angular Unit： Degree （0.017453292519943299 ）Prime Meridian（起始经度）： Greenwich （0.000000000000000000）　　Datum（大地基准面）： D_Beijing_1954Spheroid（参考椭球体）： Krasovsky_1940Semimajor Axis： 6378245.000000000000000000Semiminor Axis： 6356863.018773047300000000Inverse Flattening： 298.3000000000000100002、接下来便是 Projection coordinate system（投影坐标系统） ，首先看看投影坐标系统中的一些参数Projection： Gauss_KrugerParameters：False_Easting： 500000.000000False_Northing： 0.000000Central_Meridian： 117.000000Scale_Factor： 1.000000Latitude_Of_Origin： 0.000000Linear Unit： Meter （1.000000）Geographic Coordinate System：Name： GCS_Beijing_1954Alias：Abbreviation：Remarks ：Angular Unit： Degree （0.017453292519943299 ）Prime Meridian： Greenwich （0.000000000000000000）Datum： D_Beijing_1954Spheroid： Krasovsky_1940Semimajor Axis： 6378245.000000000000000000Semiminor Axis： 6356863.018773047300000000Inverse Flattening： 298.300000000000010000从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有 Geographic Coordinate System。

投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影好了，投影的条件就出来了：a、球面坐标b、转化过程（也就是算法）也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法去投影！即每一个投影坐标系统都必须要求有 Geographic Coordinate System 参数3、我们现在看到的很多教材上的对坐标系统的称呼很多，都可以归结为上述两种投影其中包括我们常见的“非地球投影坐标系统” 大地坐标（Geodetic Coordinate）：大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标地面点 P 的位置用大地经度 L、大地纬度 B 和大地高 H 表示当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离方里网：是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。

在 1： 1 万——1：20 万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线（图式中称“分度带” ） ，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网1：25 万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线我国的 1：50 万——1：100 万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直。