GIS中的坐标系定义与转换
5页1、GIS中的坐标系定义与转换摘要: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
2、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。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
3、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, X
4、t、 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AX、AY、AZ表示两坐标原点的平移值;三个旋转参数x、 y、z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。美国国家测绘局(National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多数国 家的当地基准面至 WGS1984 基准面的转换 3 参数(平移参数) , 可从
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