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1、第2章 坐标系统 陈晓 越 18922102230 davidcxy 内容 地理坐标系统 地图投影 投影坐标系统 3 The top map shows the road networks in Idaho and Montana based on different coordinate systems. The bottom map shows the road networks based on the same coordinate system. 图层在空间相匹配 2.1 地理坐标系统 2.1 地理坐标系统 是指用经纬度表示地 面点位的球面坐标 系。(大地坐标系) 在大地测量学中，对
2、 于地理坐标系统中的 经纬度有三种描述： 即天文经纬度、大地 经纬度和地心经纬 度。 2.1地理坐标系统 子午线经度相同的线； 纬线纬度相同的线； 本初子午线0经线； 赤道0纬线。 天文经纬度 天文经度在地球上的定义 ，即本初子午面与过观测 点的子午面所夹的二面角 ； 天文纬度在地球上的定义 ，即为过 某点的铅垂线与 赤道平面之间的夹角。 天文经纬 度是通过地面天 文测量的方法得到的，其 以大地水准面和铅垂线为 依据，精确的天文测量成 果可作为大地测量中定向 控制及校核数据之用。 大地经纬度 大地经度是指过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子 午面之间的二面角； 大地纬度是指过参考椭球面上某
3、一点的法线与赤道面的夹 角。 大地经纬 度是以地球椭球面和法线为 依据，在大地测量中 得到广泛采用。地图学中常采用大地经纬 度。 地心经纬度 地心，即地球椭球体的中心。 地心经度等同于大地经度，地心纬度是指参考椭 球体面上的任意一点和椭球体中心连线与赤道面 之间的夹角。 地理研究和小比例尺地图制图对精度要求不高， 故常把椭球体当作正球体看待，地理坐标采用地 球球面坐标，经纬度均用地心经纬度。 2.1.1 地球的近似表示 地球空间模型描述 第一类：地球的自然表面，地球是一个近似梨 形的椭球体 第二类：相对抽象的面，即大地水准面 第三类：模型：地球椭球体模型 地球椭球体模型 地球椭球的基本元素 长
4、半轴= a；短半轴= b；扁率 = (a - b) / a； 第一偏心率 第二偏心率 已知其中两个元素（包含 a 或 b）, 就可以推算其他三个元素。 2.1.2 大地基准 椭球体名称年代 长半径（m ） 短半径（m） 扁率使用的主要国家 白塞尔 （德,Bessel） 18416 377 3976 356 0791：299.15 波兰，罗马 尼亚，捷克，斯洛伐克，瑞士，瑞 典，智利，葡萄牙，日本 克拉克 （英，Clarke） 18666 378 2066 356 5341：295.0埃及，加拿大，美国，墨西哥，法国 克拉克 （英，Clarke） 18806 378 2496 356 5151：
5、293.47越南，罗马 尼亚，法国，南非 海福特 （美国，Hayford） 19106 378 3886 356 9121：297.0 意大利，比利时，葡萄牙，保加利亚，罗马 尼 亚，丹麦，土耳其，芬兰，阿根廷，埃及，中 国（1952年前） 克拉索夫斯基 （前苏， ） 19406 378 2456 356 8631：298.3 前苏联 （1946年起），保加利亚，波兰，罗 马尼亚，匈牙利，捷克，斯洛伐克，原得意志 民主共和国，中国 1975年国际椭 球19756 378 1406 356 7551：298.2571975年国际第三个推荐值 1980年国际椭 球19806 378 1371：29
6、8.2571979年国际第四个推荐值 2.1.2 大地基准 大地基准是地球的一个数学模型。大地基准面是利 用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近。 每个国家通过本地测量逐渐建成，因此每个国家或地区均 有各自的大地基准面。用于计算一个地点的地理坐标的基 础。基准面由椭球体派生而来。 相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的 经纬度坐标是有差异的。 2.1.2 大地基准 地心基准面 使用地球的质心作 为原点。 区域基准面 是在特定区域内与 地球表面极为吻合 的旋转椭球体。 美国的三大基准 1.NAD27(1927年北美大地基准，它是基于 Clarke1866椭球体，中心位于堪萨斯州的 Meades
7、 Ranch.) 2.NAD1983(1983年北美大地基准，它是基于 WGS84或GRS80椭球体，并从椭球体中心进行 量算。) 3.WGS84（全球大地测量系统），是由美国国家 地理空间情报局(NGA)制定的。 我国的两个大地基准 北京54坐标系 西安80坐标系 1954年北京坐标系 属参心大地坐标系； 采用克拉索夫斯基椭球参数（a=6878245m，扁率 = 1： 298.3）； 多点定位； x = y = z； 大地原点是原苏联 的普尔科沃； 大地点高程是以1956年青岛验 潮站求出的黄海平均海水面 为基准；高程异常是以原苏联 1955年大地水准面重新平差 结果为水准起算值，按我国天文
8、水准路线推算出来的； 1954年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成 果是局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。 1954年北京坐标系 椭球参数有较大误差 克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相 比，长半轴约大109m。 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西 向东明显的系统性的倾斜 在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使 得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，同时 也对测量元素的归算提出了严格的要求。 1954年北京坐标系 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统 一。 我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900-1909年正常重力 公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球
9、不是旋转椭 球，它 与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际 工作带来了麻 烦。 定向不明确 椭球短半轴的指向既不是国际普遍采用的国际协议 原点 CIO（Conventional International Origin），也不是我国地 极原点JYD1968.0；起始大地子午面也不是国际时间 局BIH（ Bureau International de I Heure）所定义的格林尼治平均天 文台子午面，从而给坐标换 算带来一些不便和误差。 1980年国家大地坐标系 1980年我国建立了新的大地坐标系（简称80 坐标系），其要点是： 属参心大地坐标系； 采用GRS 1975新参考椭球体系（国际大地
10、测 量与地球物理学联合会 IUGG 1975 推荐） 地球长半轴= 6378140m 地心引力常数x质量 GM = 3.9860051014m3.s2 地球重力场二阶带谐 数 J21.08263103 地球自转角速度7.292115105rad/s 1980年国家大地坐标系 1980年我国建立了新的大地坐标系（简称80 坐标系），其要点是： 多点定位。 定向明确。 地球椭球的短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点 (JYD1968.0)的方向，起始大地子午面平行于我国起始天 文子午面，x y z 0； 大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永 乐镇，简称西安原点； 大地高程以1985国家高
11、程基准青岛验潮站 求出的黄海平均海水面为基准。 1980年国家大地坐标系 青岛观象山 2.2 地图投影 2.2 地图投影 经纬度坐标 - 笛卡儿平面直角坐标系 直接建立在球体上的地理坐标，用经 度和纬度表达地理对象位置 建立在平面上的直角坐标系统，用 （x，y）表达地理对象位置 投影 2.2 地图投影 地图投影有两个突出的优点： 地图投影可用二维的地图代替地球仪 地图投影可以用平面坐标代替经纬度值来进 行计算与测量，更简单更精确。 2.2.1 地图投影类型 根据投影面与球面相关位置的分类 正轴正轴 圆圆 柱柱 方方 位位 圆圆 锥锥 斜轴斜轴横轴横轴 2.2.1 地图投影类型 圆锥投影（相切）
12、 圆锥被置于地球上。圆锥和地球沿一条纬线相 交。该纬线 就是标准纬线。沿中央子午线对面 的经线切开圆锥，并将其展平为平面。 2.2.1 地图投影类型 圆锥投影（相割） 圆锥被置于地球上，但穿过曲面。圆锥和地球沿 两条纬线相交。这两条纬线就是标准纬线。沿 中央子午线对面的经线切开圆锥，并将其展平 为平面。 2.2.1 地图投影类型 圆锥等角投影（ Lambert） 最适用于中纬度的一种 投影，描绘形状较准 确。 基于两条标准纬线 的割 投影。超过标 准纬线 的纬度间距将增加。这 是唯一常用的将两极表 示为单 个点的圆锥 投 影。也可使用单条标准 纬线 和比例尺因子定 义。如果比例尺因子不 等于
13、1.0，投影实际 上 将变成割投影。 2.2.1 地图投影类型 圆锥等积投影（ Albers） 使用两条标准纬线 ，相 比使用一条标准纬线 的 投影可在某种程度上减 少变形。 经线 是相交于一个公共 点的间距相等的直线。 极点表示为弧，而不表 示为单 个点。纬线 是 间距不等的同心圆，距 离极点越近，同心圆的 间距越小。 适合于东西方向分布的 大陆板块，而不适合南 北方向分布的大陆板 块。 2.2.1 地图投影类型 圆锥等距投影 此圆锥 投影可基于一条 或两条标准纬线 。正如 其名称所示，沿经线 方 向，所有圆形纬线 的 间距相等。 2.2.1 地图投影类型 圆柱投影 圆柱被置于地球上。圆柱可
14、沿一条纬线（正常情 况）、一条经线（横轴情况）或其他线（斜轴情 况）接触地球。 2.2.1 地图投影类型 圆柱等距投影（Mercator） 经线 彼此平行且间距相等。纬线 也彼此平行，但离极点越 近，其间距越大。不能显示极点。 2.2.1 地图投影类型 圆柱等积投影 Lambert最先进行描述，但较少被使用。 适用于绘制世界地图 2.2.1 地图投影类型 方位投影 方位投影或平面投影可具有不同的透视点。球心 投影的透视点位于地球的中心。与接触点相对的 地球另一侧用来进行立体投影。正射投影的透视 点位于无限远处。 2.2.1 地图投影类型 方位投影 平面被置于地球上。平面可在极点（两极情况 ）、
15、赤道（赤道情况）或其他线（倾斜情况）处 接触地球。 2.2.1 地图投影类型 方位等积投影（ Lambert） 保留了各多边形的面积 ，同时也保留了中心的 实际 方向。 变形的常规模式为径 向。 最适合按比例对称分割 的单个地块 2.2.1 地图投影类型 方位等距投影（Lambert） 最为显 著的特征是距中心点的距离和方向都是精确的。 2.3 常用地图投影 2.3 常用地图投影 我国基本比例尺地形图（1:100万、1:50万、1:25万、1:10 万、1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5000）除1:100万以外均采 用高斯-克吕格投影为地理基础； 1:100万地形图采用兰伯特Lambe
16、rt投影，其分幅原则与国 际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投 影保持一致。 我国大部份省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用 Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影（正轴等面 积割圆锥 投影）； Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离（即大圆航 线）表现为 近于直线，这有利于GIS中的空间分析和信息量 度的正确实施。 2.3.1 横轴墨卡托投影 它是一种（等角横切椭圆柱投影）投影 横轴墨卡托投影（Gauss- Krger）的条件： 中央经线 和地球赤道投影成直线且为投影的对称轴； 等角投影； 中央经线 上没有投影变形； 2.3.1 横轴墨卡托投影 横
