大型桥梁形变监测技术设计.doc

1、北京54坐标（或西安80）与WGS84的坐标转换（转） 我在写毕业论文的时候，碰到了把遥感影像图数字化成shp文件后，放到GPS没有坐标投影，和GPS点位的地方根本就不一致，后来用arcview中解决了这个问题。其实就是坐标转换的问题了，这些天发现网上也很多人在提问这个问题。所以就把这个小问题贴图解决下这个问题，这个方法可以把西安80转换成WGS84，也可以用北京54转换成WGS84，当然把WGS84转换成另外两个坐标系也是可以的，大家看图。打开arcview，先打开extensions，西安80坐标系，可是这里没有，那么我就选择custom进行自定义，下面的单位选择米。然后开始自定义投影内容，因为西安80使用的是pulkovo地理投影，东西偏差为500000，然后在base projection中选择高斯克里格基准，定义中央经线为120。点击下一步。然后出现个对话框，确定下即可。 然后开始转换坐标系，刚才目的是定义没有投影的文件，现在是要把刚刚定义的平面坐标转换成GPS中使用的WGS84坐标。然后点击下一步就完成了。2、南京地方坐标系如何转为北京坐标系 一般地方都会有自己的坐标系，不知你北京是指北京54还是北京80，不过一般地方的成果都用北京54的。 想转化，需要知道南京92的所采用的椭球参数以及投影面。不知道也没有关系，有一个简单的方法，就是所谓的7参数法（Bursa法）。找三个既知道南京坐标系下的坐标，又知道北京坐标系下的坐标，用公式求的两个坐标系转换的7参数（三个平移，三个旋转，和一个尺度）。具体公式大地测量学的书上很多。3、WGS84坐标与北京54坐标转换（转）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。 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，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Xt、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 9/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(/download)可下载到包含北京54、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：(3,24,-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(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)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, 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； 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(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，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。4、54坐标看得出来么？这个是看不出来的。举个例子，野外采集gps数据，数据是用大地坐标表示的，也就是用经纬度和高程表示。而采集的数据要在地图上显示出来，就需要将经纬度转化为平面坐标，也就是通常说的x,y坐标。因为我国地形图一般采用高斯投影，所以通常转化成高斯平面坐标显示到地图上。而在经纬度向平面坐标转化的过程中，需要用到椭球参数，因此要考虑所选的坐标系，我国常用的坐标系有北京54，西安80，WGS-84坐标系，不同的坐标系对应的椭球体是不一样的，这里你可能会不明白根椭球体有啥关系，是这样的，我们所说的地理数据都是为了描述大地水准面上的某一个点，而大地水准面是不规则的，我们用一个规定的椭球面去拟合这个水准面，用椭球面上的点来近似表示地球上的点。每个国家地理情况不同，采用的椭球体也不尽相同。北京54坐标系采用的是克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体，而西安80采用的是IAG 75地球椭球体。 “相差很小”的说法也是不对的，理论上不同的两个地点的改正量是不一样的，有时大有时小，但是绘图的时候确实是选取一个公共的改正量的，地形图由北京54坐标系转换到西安80坐标系应在高斯平面上进行，新旧椭球参数不同，参心所在位置也不同，在高斯平面上其纵横坐标轴不重合，因此地形图上各点在两坐标系统下x，y均有一差值。将北京54坐标地形图转换到西安80坐标地形图，就是对每幅旧地图上求出测图控制点的新旧坐标系统之高斯平面坐标的差值，即改正量，通过这些改正量，在旧图上建立新系统的公里网线确定新的图廓点，使之成为一幅新图。通过对我国110万地形图内数千个一二等大地点的计算统计证明，每幅图只要计算一个控制点的高斯平面坐标改正量作为整幅图的公共改正量。而我国的大部分GIS工程均采用大于110万比例尺建库，因此每幅均可用选一点计算高斯平面的改正量作为该图幅公共改正量进行新的地形图转换。 给你个54北京坐标80西安坐标计算及换带程序： /attachments/month_0603/s200632103028.zip 手工计算： /show.aspx?id=415&cid=124坐标转换问题的详细了解对于测量很重要，那么请和我一起来讨论这个问题。 首先，我们要弄清楚几种坐标表示方法。大致有三种坐标表示方法：经纬度和高程，空间直角坐标，平面坐标和高程。 我们通常说的WGS-84坐标是经纬度和高程这一种，北京54坐标是平面坐标和高程着一种。 现在，再搞清楚转换的严密性问题，在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。 那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。在本软件中提供了计算三参数、七参数的功能。在一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换，举个例子，在深圳既有北京54坐标又有深圳坐标，在这两种坐标之间转换就用到四参数，计算四参数需要两个已知点。本软件提供计算四参数的功能。5、GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程一、概述GPS及其应用GPS即全球定位系统(Global Positioning System)是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过二十多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门使用GPS也近十年了，它最初主要用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS以测量精度高; 操作简便，仪器体积小，便于携带; 全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖。二、GPS测量常用的坐标系统1WGS-84坐标系WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。采用椭球参数为： a = 6378137m f = 1/298.25722356321954年北京坐标系 1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心坐标系统。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a = 6378245m f = 1/298.3。我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。3地方坐标系（任意独立坐标系）在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。三、坐标系统的转换在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方（任意）独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将WGS-84坐标转换到BJ-54坐标系或地方（任意）独立坐标系。目前一般采用布尔莎公式（七参数法）完成WGS-84坐标系到北京54坐标系的转换，得到北京54坐标数据。XBJ54=XWGS84+ KXWGS84+x+YWGS84Z/YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+Y-XWGS84Z/+X/ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+Z+XWGS84Y/X/四、坐标系的变换同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，一种形式实际上就是一种坐标系。如空间直角坐标系（X，Y，Z）、大地坐标系（B，L）、平面直角坐标（x,y）等。通过坐标统的转换我们得到了BJ54坐标系统下的空间直角坐标，我们还须在BJ54坐标系统下再进行各种坐标系的转换，直至得到工程所需的坐标。1将空间直角坐标系转换成大地坐标系，得到大地坐标(B,L)：L=arctan(Y/X)B=arctan (Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐标（B，L）2将大地坐标系转换成高斯坐标系，得到高斯坐标（x,y）按高斯投影的方法求得高斯坐标，x=F1(B,L),y=F2(B,L)3将高斯坐标系转换成任意独立坐标系，得到独立坐标（x,y）在小范围内测量，我们可以将地面当作平面，用简单的旋转、平移便可将高斯坐标换成工程中所采用坐标系的坐标(x,y)，x=xcos+ysiny=ycos-xsin五、小结由于GPS测量的种种优点，GPS 定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段，市面上出现了许多转换软件和不同型号的GPS数据处理配套软件（包含了怎样将GPS测量中所得到的WGS-84转换成工程中所须坐标的功能），万变不离其宗，只要我们明白了WGS-84转换到独立坐标系的转换过程，便可很容易的使用该软件了，甚至可以自己编写程序，将WGS-84坐标转换成独立坐标系坐标。本文主要是介绍坐标系统、坐标系的转换过程，文中提及的符号及具体转换方法请参阅相关文献。参考文献1 徐绍铨等GPS测量原理及应用(3S丛书)武汉测绘科技大学出版社19982 朱华统等GPS坐标系统的变换北京测绘出版社19943 武汉测绘学院等控制测量学（下）测绘出版社19884 杨德麟等大比例尺数字测图的原理方法与应用清华大学出版社199880坐标系和54坐标系的转换 2007-11-24 21:05分类：学术研究 字号： 大大 中中 小小 80坐标系起动后，由于椭球参数、定位和定向的变化，必然引起地形图的图廓线、方里线位置以及地形图内地形、地物相关位置的改变。为此，在建立城市地理信息系统时，若同时使用根据两种坐标系测制的地形图的情况下，一定要涉及到54坐标系向80坐标系转换问题。 1. 转换的原理和方法 大地坐标系变更后，国家基本系列地形图的变更和处理，必须在高斯平面内进行。由于新旧椭球参数不同，参心所在位置也不同，反映在高斯平面上，在同一个投影带里，它们的纵横坐标轴不重合，因此，地面上某一点经过不同椭球面而投影到高斯平面上，它距两系统坐标轴之距离是不等的，在X轴和Y轴上必定都有一个差值。所谓将旧图转换成新系统地形图，就是在一幅旧图上求出测图控制点的新旧坐标系统之高斯平面坐标的差值，我们称之为改正量。改正量的计算是分三步来完成的。 1） 两坐标系统的坐标转换 某一点的坐标系统转换可以通过下列步骤完成： （1） 大地坐标转换按下式计算 dB=X/MsinBcoslY/MsinBsinL+Z/McosB+1/Me/Wa+N/2W(2-esinB) e*sinBcosB dL=-1/NcosB(XsinL-YcosL) 式中，ae分别为IAG-75椭球与克拉索夫斯基椭球长半径、第一偏心率平方之差。 W=1-sinB,M=a(1-e)/W,N=a/W a,e分别为克氏椭球的长半径与第一偏心率。 L,B为这个点的大地经纬度。 X, Y,Z为两椭球参心的差值。 则这个点在1980国家大地坐标系中的大地坐标为 B80=B54+dB L80=L54+dL (2)根据B80 ，L80采用高斯投影正算公式计算X80,Y80并与X54，Y54相减得到这个点的转换改正量： DX1=X80-X54 DY1=Y80-Y54 2） 平差改正量的计算 1954年北京坐标系所提供的大地点成图没有经过整体平差，而新坐标系提供的大地点成果是经过整体平差的数据，所以新旧系统转换还要考虑平差改正量的问题。在我国中部某些地区，平差改正量在1m以下，而在东北地区的某些图幅则在10m以上。在实际计算中，我们是在全国范围内选择了几千个一、二等大地点，分别计算它们平差前后的坐标差值，并根据这些差值和它们的大地坐标，在全国分幅图上分别绘制两张平差改正量分布图（即DX、DY分布图），在分布图上可以直接内插出任何图幅内所求点的平差改正量。 3） 总改正量的计算 根据转换改正量和平差改正量按下列公式计算总改正量： DX= DX1+DX2 DY= DY1+DY2 式中，DX1，DY1 为新旧坐标系的转换改正量，DX2， DY2为控制点整体平差后的平差改正量。 根据理论推导，在同一个投影带内，特别是在同一个图幅内的所有控制点，它们转换前后的相对位置应基本不变。根据这一性质，每幅图只要计算一个控制点的高斯平面坐标改正量，其值（DX，DY）就可以作为这个图幅的改正量。 在实际转换计算中，我们不是真正计算图幅内的大地控制点，而是计算图幅内的一个特征点，即计算图幅左下角图廓点位置（经纬度已知）的改正量，作为全图幅的坐标改正量。 根据已计算好的坐标改正量，在旧地图上移动公里网线。在我境内，坐标改正量DX，DY均为负值，故只要将公里网线北移DX/Mmm、东移DY/Mmm(M为比例尺分母)，则移动后的公里网线就是新系统图幅的公里网线。然后以新建立的公里网线为准，根据新图廓坐标值展刺新图廓点（国家测绘局数据中心已编好1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5千新图廓坐标表，以供使用）连接四个图廓点，则这幅图就可以视为1980国家大地坐标系地形图。 2实际作业过程中应注意的几个问题 （1） 椭球参数的变更，新图廓线将发生变化，但在我国境内，1度经线弧长变小值不超过1.9m，1度纬线弧长变小值不超过1.8m，这对任何一种比例尺地形图来说，其变小量都小于图上0.1mm，这种变化是可以忽略的。因此，新旧图幅每条图廓边可以认为相等，形状相同，面积可以视为相等，其新旧图幅变化，也只是以四条图廓边作为一个整体在高斯平面内作上下左右移动。只要展出一个图廓点，其它三个点就很容易确定其位置。 但是图廓点的移动量与公里网线的移动量是不一样的，移动的方向有时也不同，这是由新旧图廓点的坐标值不等而引起的，其移动量由下列公式确定： dX=DX+(X旧图廓-X新图廓) dY=DY+(Y旧图廓-Y新图廓) 式中，DX、DY为公里网线移动值： dX0新图廓点相对于旧图廓点南移dXm； dX0新图廓点相对于旧图廓点西移dXm； dY0新图廓点相对于旧图廓点东移dXm； 这种计算方法展刺图廓点与上面讲的用新公里网线展刺新图廓点的点位是相同的。 （2） 由于空气的湿度变化，引起图纸收缩程度不同，而在用新公里网线和新图廓点坐标展刺图廓点的过程中，因新旧图廓点相对变化量很小，有时很容易使其相对位置发生错乱，为此，我们给出以下规律： 在Y轴方向上，新图廓点总是落在旧图廓点的东边（与公里网线移动方向一致）。 在X轴方向上，新图廓点偏离旧图廓点的方向见下表： L 78-84 84-90 90-96 96-102 102-108 108-114 114-120 B 42 38 35 33 31 28 27 表中：L表示经度范围，B表示纬度。在表列经度范围内，纬度B以南的图幅，新图廓点落在旧图廓点的北边；B以北的图幅，新图廓点落在旧图廓点的南边。表中的数字可以作为用户在展刺图廓点时的参考。 在编制的高斯平面坐标改正量用表中，只能用于6度带的地形图，而对于3度带和6度带中央子午线不重合的那些投影带的图幅的高斯平面坐标改正量是不一样的。为此，国家测绘局数据中心专门编制了一套用于3度带的软件供用户使用。 GIS中的坐标系定义与转换青岛海洋地质研究所 戴勤奋 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，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 9/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(/download)可下载到包含北京54、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：(3,24,-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(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)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