Gis中的坐标转化.doc

Gis中的坐标转化自“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 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。 （作者联系方式： ）打开高考作文思路的六把金钥匙不少同学拿到作文题,常常大脑中一片空白,什么也想不起来.这是没有打开作文思路 所致. 其实, 只要我们讲究方法, 审题立意关也就自然容易攻克, 写作材料也就会纷至沓来, 如此,又怎么会写不好作文呢? 这里,我送给大家迅速打开作文思路的六把金钥匙.为说明这些方法的适用性,我结合 过去的高考题作一解说. 一,置换法 1.如果所给的作文题目, 话题或材料是借喻性质的, 那么这时就可使用本体去置换喻体. 如山东高考作文题: 请以春来草自青为话题,写一篇不少于 800 字的文章. 要求:自拟题目.自定立意.除诗歌外,文体不限.文体特征鲜明. 命题人给了我们比喻的喻体,本体呢,思考可知道春的本体可以是信心,可以是毅 力,可以是机遇,也可以是改革,是友谊,是爱心,是互助,是合作,是诚信,等等. 草 自青的本体可以是欣欣向荣的局面,可以是辉煌的成功,也可以是双赢的结果,等等.我 们展开联想,用一个又一个的本体去置换喻体,写什么的问题也就立马解决了. 2.如果所给的作文题目或话题中的相关词语具有多义性,那么这时可用具有单一语义的 词语置换具有多义的词语.例如重庆高考作文题: 现代汉语词典对自然的释义有:自然界.自由发展;不经人力干预.不 勉强;不局促;不呆板. 请以在自然中生活为题目,写一篇文章. 要求:立意自定;除诗歌外,文体不限;不少于 800 字;不要套作,不得抄袭. 以在自然中生活为题目, 自然怎么理解?这是立意的关键.命题人想我们之所 想,给了我们三个义项进行诠释.我们只要用其中的一个义项去置换自然 ,那么也就容 易迅速立意,打开思路.如果自然是指自然界,那么在自然中生活 ,也就是在自然 界中生活,这样我们可以谈环保等.如果自然是指自由发展,不经人力干预,那么在 自然中生活 ,也就是在自由发展中生活,这样我们可以谈教育中的张扬,发展个性等.如 果自然是指不勉强,不局促,不呆板,那么该如何理解呢?我们可以通过造句的方式来 看一看:态度很自然;他是初次演出,但演得挺自然.这么说来, 在自然中生活 ,也就是 大大方方, 也就是凡事能够深入进去融入其中. 明白了这些, 我们谈什么, 也就一目了然了. 3.如果所给的作文题中含有代词,那么这时可用代词所代的事物去置换作文题中的代 词.例如上海高考作文题: 平常大家关注更多的也许是我们 ,如果把视线转向他们 ,你会看到什么,又会想 到什么?请以他们为题,写一篇文章. 要求:(1)不少于 800 字.(2)不要写成诗歌.(3)不得透露个人相关信息. 世界就是由我们与他们组成的,心中如果只有我们 ,自然世界是不完整的. 遗憾的是, 现在只关注自己的人太多了, 无论何时何地, 都是以自我为中心, 哪里还有他人? 这样的世界,又怎么会是一个和谐的世界.我们把视线转向他们 ,会看到什么?会看到 贫穷,会看到富贵,会看到不公,会看到进步,会看到文明,等等.会想到什么?会想到共 同富裕,会想到平等,会想到感恩,会想到正义等. 他们是谁?可以是农民工,可以是 干部子弟,可以是下岗工人,可以是一掷千金的大款,可以是沿街乞讨的老人,等等.这么 一置换,自然也就打开了思路. 二,补充法 所谓补充法, 是指通过给标题或话题补出相关的句子成分来打开思路的方法. 例如安徽 高考作文题: 请以带着感动出发为题,写一篇不少于 800 字的文章. 要求:立意自定.文体自选.不得抄袭,不得套作.不得透露个人相关信息. 书写规范,正确使用标点符号. 打开思路,写好带着感动出发 ,需要思考三个问题.一是谁带着感动出发.也就是 补出标题的主语,可以是你(你们),可以是我(我们),可以是他(他们).二是什么样的感动, 或者说是为什么感动.联系实际,汶川大地震中,老师舍生救学生,我们为之感动;救援人 员不怕疲劳,日夜奋战,我们为之感动;群众排队捐款,献血,我们为之感动.具体到个人, 温总理第一时间在第一线指挥,我们感动;民警蒋小娟为灾民的孩子喂奶,我们感动.让人 感动的原因很多,让人感动的事例很多.三是带着感动出发的结果.带着感动出发,其结果 将产生更多的感动,从而使更多的人带着感动出发! 再如广东高考作文题: 请以不要轻易说不 为题写一篇文章. 要求:除诗歌之外,文体不限;不少于 800 字. 可以通过给标题补充状语的方法来打开思路.不要轻易说不 ,不是不能说不 ,而 是不要轻易说.很多时候我们可以策略一些,这并不是要接受,认可,轻易说不的结果, 往往使我们受到不必要的伤害.比如面对同事,同学,朋友,家人的正当请求,不假思索脱 口而出的不 ,往往伤害了他们的自尊心,拉大了与他们的距离,使双方变得越来越疏远. 不要轻易说不 ,是智慧的表现,是道德的要求.明白了这些,我们的立意,选材也就有 了取舍的空间,写出与众不同的好文章,也就成了一件容易的事. 再如浙江高考作文题: 阅读下面的文字,根据要求作文. 都市和乡村,是我们栖居的空间;都市生活和乡村生活,是我们平凡的生活.当我们从 平凡中回望时,每个人都会有不同的感触和期待. 请以触摸都市或感受乡村为题,写一篇作文,可讲述你自己或身边的故事,抒 发你的真情实感,也可阐明你的思想观点. 【注意】立意自定,角度自选.除诗歌外,文体不限.不少于 800 字.不得抄 袭. 无论是触摸都市中的触摸 ,还是感受乡村中的感受 ,都是用心去触摸, 用心去感受.即给触摸感受补充状语.也就是说,我们所写的,应该是都市或乡村 , 中能够在我们心灵的湖泊上激起波澜最起码是涟漪的人,事,物或观点.这样,我们所写才 可能充满与众不同的个性,而不是些人云亦云的内容.具有鲜明的个性,能够给人以陌生的 新意,自然会让阅卷老师喜欢! 三,扩展法 例如湖南高考作文题: 阅读下面的文字,按要求作文. 天街小雨润如酥,草色遥看近却无是唐代诗人韩愈的名句.诗句的意思是说,在滋 润如酥的初春细雨中,春草发芽,远远望去,一片淡淡的绿色,可是走近后,却只见到极为 稀疏的草芽,绿色反而感觉不到了.诗句的意境是美的,隐含的哲理也很丰富.它使我们领 悟到:置身太近,有时反而感受不到实际存在的东西;要把握某一事物,有时需要跳出这一 事物; 人对事物的看法与对美的感受同距离是有关系的其实, 生活中的许多事物和现象 都含有这两句诗的意境与哲理,关键在于你的观察和体会. 请根据自己阅读诗句所体会到的意境与哲理, 联系现实生活, 写一篇不少于 800 字的议 论文或记叙文. 【注意】立意自定,题目自拟.不要照抄或扩写材料.所写文章符合文体要求. 如何立意?命题人已经给了我们三个角度, 我们可以与现实生活相联系, 看哪一个认识 深刻,哪一个手头有材料,我们就用哪一个.除此之外,还可以谈从全局把握问题,才能看 得清,看得准;还可以谈在思想上先做一个冷静的旁观者,才能搞清事实真相,从而做一个 能够正确解决问题的参与者,等等. 再如福建高考作文题: 阅读下面的文字,按要求写一篇不少于 800 字的文章. 三个人走进商店.一个人买了一瓶果汁, 我喜欢甜的. 说: 一个人买了一杯咖啡, 说: 我就喜欢这又苦又甜的滋味. 还有一个人买了一瓶矿泉水后说: 我喜欢淡淡的矿泉水. 变换角度法 四,变换角度法 一些材料作文, 往往需要从不同角度对所给材料进行审视, 以发现能够打开我们思路的 角度.例如全国卷: 南太平洋的小岛上,有很多绿海龟孵化小龟的沙穴.一天黄昏,一只幼龟探头探脑地爬 出来.一只老鹰直冲下来要叼走它.一位好心的游客发现了,连忙跑过去赶走老鹰,护着小 龟爬进大海.可是,意想不到的事情发生了,沙穴里成群的幼龟鱼贯而出原来,先出来 的那只幼龟是个侦查兵 ,一旦遇到危险,它便缩回去,现在它安全到达大海,错误的信 息使幼龟们争先恐后地爬到毫无遮挡的海滩. 好心的游客走了, 原先那只在等待时机的老鹰 又飞了回来,其它老鹰也跟过来了. 要求:选择一个角度构思作文,自主确定立意,确定文体,确定标题;不要脱离材料内 容及含意的范围作文,不要套作,不得抄袭. 看了这则材料,谁也知道游客是好心办坏事.为什么会这样呢?是因为无知.如果知道 幼龟是侦察兵的话,自然也就不会帮倒忙了.现实生活中这样的事例也不少.文革时期 的围湖造田,毁林造田,都是典型.拿现在来说,许多家长不懂教育规律,只抱着为孩子未 来着想的美好心愿,对孩子实行棍棒教育,严重违反了未成年人保护法 ,使孩子的身心 受到极大伤害.许多地方领导,不懂市场不懂企业,只抱着船大才能抗风浪的观点,盲目要 求企业一再扩张,结果使很多企业破产倒闭. 从成群的幼龟这个角度来说,它们没有对得到的信息进行思考,只是绝对相信,才造成 了被老鹰叼走的悲剧.这提示我们,要善于动脑思考,综合考虑各种渠道得来的信息,这样 才能得出正确结论.如果不是这样,而是听见风就是风,听见雨就是雨,又怎么不会吃亏上 当呢? 从老鹰这个角度来说,为了达到目的,即使遇到了挫折,也不放弃,而是在耐心等待时 机.如果被游客赶走就不再前来,那么自然也就不能够捕捉到幼龟了.它们不仅在游客走后 又来了,而且还耐心等待,结果抓捕幼龟的机会就来了.这对于我们人类来说,不也是一种 启示吗? 再如北京高考作文题: 课堂上, 老师说: 今天我们来做个小实验. 随后, 他拿出一个装满石块的玻璃广口瓶, 放在讲台上,问道: 瓶子满了吗?所有学生答: 满了!真的?老师从桌下拿出一小 桶沙子,慢慢倒进去,填满石块的间隙, 满子吗?学生们若有所思.老师又拿来一壶水 倒了进去,直到水面与瓶口持平. 这个实验说明了什么?老师问道.课堂活跃起来. 一个学生说: 很多事情看起来到达了极限,实际上还存在很大空间. 一个学生说: 顺序很重要.先放这桶沙子,有此石块肯定就放不进去了. 一个学生说: 对,得先放石块.有些分量重的东西就得优先安排. 一个学生说: 也不一定,先沙子和水就一定不行么? 请就以上材料,展开联想,自定角度,写一篇文章.题目自拟,文体自选(除诗歌外), 不少于 800 字. 自定角度, 其实前三个学生所说的就都是很好的立意角度. 我们如果对其中的一个有深 刻的认识,而且手头还有材料,就不妨直接用一用. 这则材料还说明思维方式很重要, 有了独辟蹊径的思维方式, 往往看似不能解决的问题 也就迎刃而解了;还说明办法总比困难多,只要我们想办法,困难总是能够解决的.这两个 立意角度也不错. 再如湖北高考作文题: 阅读下面的文字,根据要求作文. 你走过一棵树,树枝低垂,你是随手把树枝折断丢弃,还是弯身而过?一只长了癣的流 浪狗走近你,你是怜悯地避开,还是一脚踢过去?电梯门打开,你是谦抑地让人,还是霸道 地推人?一个盲人和你并肩路口,绿灯亮了,你会搀那盲者一把吗?你与别人如何擦肩而 过?你怎么从小贩手中接过找来的零钱?你如何低头系上自己松了的鞋带?你, 独处时如何 与自己相处? 请根据对这段文字的理解,展开联想,思考如何对待自然,如何对待他人,如何对待自 己.自选角度,以举手投足之间为题写一篇文章. 要求:自定立意,自定文体,不少于 800 字. 以举手投足之间为题,写什么?材料中的八个例子,都小得有些微不足道.可正是 这些微不足道,透露了我们思想深处的秘密,这就是我们的修养,道德,文明程度.这么说 来, 举手投足之间, 我们又怎么能不重视?从小处入手, 从细节入手, 一步一个脚印走下去, 我们才能成为一个有修养有道德的现代高素质的文明人.你说是不是呢? 八个例子,前两个是让我们思考如何对待自然,中间四个是让我们思考如何对待他人, 最后两个是让我们思考如何对待自己.三种类型,三个思考角度,从哪一个角度切入,展现 在我们面前的都是一片海阔凭鱼跃,天高任鸟飞的广阔天地.我们去联想,去思考,写出一 篇好文章来也就是水到渠成的事情了. 五,关键词句把握法 对材料作文来说,有时抓住了概括性极强的词语或句子,也就能够把握命题人的意图, 从而顺利确定作文立意.如全国卷: 阅读下面的文字,根据要求写一篇不少于 800 字的文章. 2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分,四川省汶川县发生里氏 8.0 级特大地震. 人民的生命高于一切! 胡锦涛,温家宝等党政军领导人迅速赶赴灾区指导抗震救灾. 十多万解放军, 武警和公安民警, 各省市的救援队, 医疗队, 工程抢修队迅速进入灾区. 港台救援队和国际救援队飞抵灾区. 志愿者从四面八方汇聚灾区. 救援物资从水陆空源源不 断运进灾区. 一位中学教师趴在讲台上用生命保护了下面的四个学生.一位失去 15