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1、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
2、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
3、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
4、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 X、Y、Z 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 X
5、t、Yt、Zt 的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。 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 http:/164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下载，其中包括有香港 Hong Kong 1963 基准面、台湾 Hu-Tzu-Shan 基准面的转换 3 参数，但是没有中国大陆的参数。 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 WGS84 坐标
6、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 WGS84 坐标控制点时，可用下式计算 WGS84 到北京 54 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 与 WGS84 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。 从 Mapinfo 中国的 URL(http:/ 54、西安 80 坐标系定义的 Mapinfow.prj 文件，其中定义的北京 54 基准面参数为：(3
7、,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0) ，西安80 基准面参数为：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)，文件中没有注明其参数的来源，我发现它们与Mapinfo 参考手册附录 G定义自定义基准面中的一个例子所列参数相同，因此其可靠性值得怀疑，尤其从西安 80 与北京 54 采用相同的 7 参数来看，至少西安 80 的基准面定义肯定是不对的。因此，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。 3. 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
8、: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。 在 MapX 中坐标系定义由基准面、投影两部分参数组成，方法如下： CoordSys.Set(Type, Datum,
9、Units, OriginLongitude, OriginLatitude, StandardParallelOne, StandardParallelTwo, Azimuth, ScaleFactor, FalseEasting, FalseNorthing, Range, Bounds, AffineTransform) 其中参数：Type 表示投影类型，Type 为 1 时地图坐标以经纬度表示，它是必选参数，它后面的参数都为可选参数； Datum 为大地基准面对象，如果采用非地球坐标(NonEarth)无需定义该参数； Units 为坐标单位，如 Units 为 7 表示以米为单位；
10、OriginLongitude、OriginLatitude 分别为原点经度和纬度； StandardParallelOne、StandardParallelTwo 为第一、第二标准纬线； Azimuth 为方位角，斜轴投影需要定义该参数； ScaleFactor 为比例系数； FalseEasting, FalseNorthing 为东伪偏移、北伪偏移值； Range 为地图可见纬度范围； Bounds 为地图坐标范围，是一矩形对象，非地球坐标 (NonEarth)必须定义该参数； AffineTransform 为坐标系变换对象。 相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标
11、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)， 东伪偏移(FalseEasting)，北纬偏移(FalseNorthing) 兰勃特: 投影代号(Type)，基准面(Datum) ，单位(Unit)， 中央经度(OriginLongitude)，原点纬度(OriginLatitude)， 标准纬度 1(StandardParallelOne)，标准纬度 2(StandardParallelTwo)， 东伪偏移(FalseE
12、asting)，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
13、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 ，0，1，21500
14、000 ，0)。 那么当精度要求较高，实测数据为 WGS1984 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 1984(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 WGS84 到北京 54 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
15、，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。 P9-3 地理研究 投稿须知编者注：华译网论文翻译公司提供地理研究专业论文翻译服务，为地理研究的广大读者和作者，地理研究专业博士研究生和硕士研究生，以及其他专业人士和学
16、者提供专业论文翻译服务。地理研究是中国科学院地理科学与资源研究所主办的学报级综合性地理学术期刊，主要刊登地理学及其分支学科、交叉学科的具有创新意义的高水平原创性学术论文，以及对地理学应用和发展有指导性的研究报告、专题综述、热点讨论与书评等，并欢迎对地理研究发表的文章进行评论和讨论。1、稿件基本要求：选题富有意义，立论鲜明；方法手段新颖，运用得当；文献掌握丰富，内容充实；资料数据典型，真实准确；论述合理协调，逻辑性强；文字简明流畅，写作规范。2、来稿用电子邮件（Word 格式）投寄，另外请用 A4 纸打印一份。全文篇幅（包括图、表、参考文献及中英文摘要等）一般不超过 12000 字，特别优秀的稿件篇幅可适当放宽。3、文章题名：要紧扣主题，有足够的信息，避免大而空的题名，一般不超过 20 个字，有副题名时加破折号排在文题下。要有相应英文题名。4、内容摘要：中文摘要
