地图投影基准面.pdf

20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 地图投影和基准面地图投影和基准面 Please turn off pagers and mobile phones Thank you 顾学明 ESRI中国 北京 有限公司 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 内容内容 椭球体和基准面椭球体和基准面 基准面变换基准面变换 投影概念投影概念 选择投影选择投影 常用坐标系统常用坐标系统 Projections at ESRI 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 WWW资源资源 知识库文章知识库文章 17420包含这些链接包含这些链接 http www colorado edu geography gcraft contents html 坐标系统入门坐标系统入门 http www ferris edu htmls academics course offerings burtchr geodesy html 有关投影的网站链接有关投影的网站链接 http www epsg org 投影和基准面数据库投影和基准面数据库 Guidance Note 7 同样地址同样地址 地图投影和基准面文档地图投影和基准面文档 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 WWW资源资源 http www mapref org 欧洲坐标系统欧洲坐标系统 http crs ifag org 欧洲坐标系统欧洲坐标系统 http www gsi go jp PCGIAP 亚太坐标系统亚太坐标系统 基准面基准面 投影的简明解释投影的简明解释 http earth info nga mil GandG pubs html 水平和纵向基准面 大地面水平和纵向基准面 大地面 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 ESRI投影投影 ArcInfo workstation Arc ArcPlot ArcEdit Grid PC Arc Info ArcCAD ArcView GIS 投影引擎投影引擎 ArcGIS ArcSDE MapObjects ArcView投影工具投影工具 ArcIMS 3 1 4和和9 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 投影和基准面投影和基准面 地球是三维的地球是三维的 地图地图 屏幕屏幕 是二维的是二维的 地理坐标系统是在三维地理坐标系统是在三维 基准面基准面 上的定位方法上的定位方法 地图投影从三维转成二维地图投影从三维转成二维 三维转成二维会产生变形三维转成二维会产生变形 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 地球的形状地球的形状 圆旋转形成圆旋转形成圆球圆球 Sphere 椭圆旋转形成椭圆旋转形成椭球椭球 Spheroid 定义定义 模仿 拟合模仿 拟合 地球的形状地球的形状 SphereSpheroid 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 地球的形状地球的形状 把地球当作圆球把地球当作圆球 计算简单计算简单 小比例地图小比例地图 小于小于1 5 000 000 把地球当作椭球把地球当作椭球 保证大比例地图的精度保证大比例地图的精度 1 1 000 000 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 40 117 北京北京 北京北京 Parallels of Latitude Meridians of Longitude Graticular Network 地理坐标系地理坐标系 三维球面 椭球面的位置三维球面 椭球面的位置 经纬度是角度经纬度是角度 单位是度或弧度单位是度或弧度 不是投影不是投影 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面基准面 定位地球上的点的参照系统定位地球上的点的参照系统 定义经纬线的起点和方向定义经纬线的起点和方向 通过相对地心的位置定义通过相对地心的位置定义 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面的建立基准面的建立 选择椭球选择椭球 地球上选一个点地球上选一个点 原点原点 原点相对于认定的地心定义原点相对于认定的地心定义 理论的地心并不存在理论的地心并不存在 通过重力测量通过重力测量 磁场磁场 天文测量确定天文测量确定 所有其他点都以相对于所有其他点都以相对于 原点原点 位置定义位置定义 基准面的中心可能和地球中心不在一起基准面的中心可能和地球中心不在一起 磁北 重力 地心 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 抯Earth Surface Earth centered datum WGS84 Local datum NAD27 Local datum coordinate system Earth centered datum coordinate system 本地基准面和全球基准面本地基准面和全球基准面 本地基准面用于局部本地基准面用于局部 更大比例尺更大比例尺 1 20 000 更好地拟合地球表面更好地拟合地球表面 精度更好精度更好 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 不同基准面的关系不同基准面的关系不同基准面的关系不同基准面的关系 椭球椭球 球体定位要素球体定位要素 球心球心 自由度自由度3 指北方向指北方向 自由度自由度2 起始经度起始经度 自由度自由度1 共共6个自由度个自由度 椭球体长短轴不会影响经纬度值椭球体长短轴不会影响经纬度值 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 不同基准面间的关系不同基准面间的关系 相对关系用相对关系用6个自由度定义个自由度定义 DX DY DZ RX RY RZ dX dY X dZ Y Z 0 0 0 145 39 6 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 不同基准面间的关系不同基准面间的关系 中国 北京1954 西安80 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面例子基准面例子 美国美国 NAD27 Clarke 1866 spheroid Meades Ranch KS 1880 s NAD83 GRS80 spheroid Earth centered datum GPS compatible HPGN HARN GPS readjustment of NAD83 in the US Also known as NAD91 or NAD93 27 states 2 territories 42 states in PE NAD83 CSRS98 GPS 纠正纠正 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面例子基准面例子 国际国际 世界世界 WGS84 GPS WGS72 区域性区域性 ED50 欧洲基准面欧洲基准面1950 Arc 1950 非洲非洲 国家国家 GDA 1994 澳大利亚澳大利亚 东京东京 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面转换基准面转换 基于格网的基于格网的 NADCON HARN 美国美国 NT v1 NT v2 加拿大加拿大 澳大利亚澳大利亚 新西兰新西兰 基于等式的基于等式的 Molodensky Bursa Wolf Coordinate Frame Three Parameter Seven Parameter Molodensky Badekas 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 经纬度经纬度 度量不均匀度量不均匀 非线性非线性 纬线在两极收敛纬线在两极收敛 1经度 赤道经度 赤道0 111 km 纬度纬度60 55 8 km 纬度纬度90 0 km 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 本初子午线本初子午线 经度原点经度原点 一般用英国格林威治一般用英国格林威治 其他如巴黎其他如巴黎 波哥大波哥大 哥伦比亚哥伦比亚 西班牙耶劳岛西班牙耶劳岛 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 ESRI支持的椭球体支持的椭球体 ArcInfo workstation支持种支持种26椭球椭球 ArcView 3支持支持12种种 投影引擎支持投影引擎支持49种种 ArcGIS MapObjects 2 AV投影工具投影工具 ArcSDE ArcIMS 9 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面转换基准面转换 基于格网基于格网 NADCON HARN US NT v1 NT v2 Canada Australia NZ 基于等式基于等式 Molodensky Bursa Wolf Coordinate Frame Three Parameter Seven Parameter Molodensky Badekas 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面转换基准面转换 基于等式基于等式 三 参数三 参数 任意任意 2基准面基准面 常见常见WGS84 地心偏移地心偏移X Y Z 与改进与改进Molodensky方法类似方法类似 Ex 87 98 121 meters 也叫地心转换也叫地心转换 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基于等式基于等式 基于等式基于等式 七参数七参数 任意任意2个基准面个基准面 常包含常包含WGS84 理论上只需理论上只需6个参数个参数 原点偏移原点偏移X Y Z和轴向旋转和轴向旋转 比例差别比例差别 也叫也叫Coordinate Frame Position Vector Bursa Wolf 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基于等式基于等式 基于等式基于等式 Molodensky 与三参数类似与三参数类似 是三参数的改进是三参数的改进 直接针对投影坐标直接针对投影坐标 自动考虑长短轴差别自动考虑长短轴差别 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 基准面转换基准面转换 大多数基准面转换 是近似算法 大多数基准面转换 是近似算法 大多数坐标没有大多数坐标没有Z 或或Z精度不够精度不够 有些局部有些局部 区域性基 准面很难找到共同 已知点 区域性基 准面很难找到共同 已知点 因为高程不一样引起坐标偏移 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 方法精度方法精度 NADCON15 cm HARN HPGN 5 cm CNT NTv1 10 cm 7参数参数1 2 m 3参数参数4 5 m 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 GPS WGS84 基准面基准面 其它基准面与其作转换不是很准确其它基准面与其作转换不是很准确 明确采用的转换方法明确采用的转换方法 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 转换参数转换参数 局部使用局部使用 平均海拔平均海拔 精度精度 转换参数不包含在基准面的定义中转换参数不包含在基准面的定义中 ESRI不提供这些参数不提供这些参数 与国家或地方测绘部门联系与国家或地方测绘部门联系 需要保密协议需要保密协议 可以自己解算可以自己解算 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 转换参数转换参数 方法方法 偏微分偏微分 最小二乘法最小二乘法 迭代法迭代法 如如 7参数参数 3点以上点以上 局部可以用局部可以用Transform 不支持不支持Z 控制点密度控制点密度 地图比例地图比例 精度检验精度检验 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 投影笛卡尔坐标系投影笛卡尔坐标系 投影坐标系投影坐标系 projcs pcs 线性单位线性单位 长度长度 角度角度 面积面积 X Y X Y X Y X Y X Data usually here Y 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 地图投影地图投影 数学计算三维地球表面二维表面 经纬度到 数学计算三维地球表面二维表面 经纬度到 XY l j x y 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 地图投影地图投影 变形变形 shape area distance direction 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 投影特性投影特性 正形投影正形投影 形状形状 等面积等面积 保持面积保持面积 等距离等距离 保持距离保持距离 方向方向 保持方向保持方向 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 投影表面投影表面 锥面锥面 柱面柱面 平面平面 可以在不变形的情况下展开成平面可以在不变形的情况下展开成平面 面和球面通过点或线接触面和球面通过点或线接触 面和球相切面和球相切 或接触或接触 在接触点是不变形的在接触点是不变形的 表面角度表面角度 东西东西 横向横向 南北南北 倾斜倾斜 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 平面投影平面投影 两极两极 圆形区域圆形区域 方向不变方向不变 最短距离是直线最短距离是直线 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 投影参数投影参数 Central meridian Longitude of origin Longitude of center Standard parallel Latitude of center Latitude of origin False easting False northing 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 选择投影选择投影 常和单位的要求有关常和单位的要求有关 专题专题 等面积圆柱等面积圆柱 表达表达 圆锥圆锥 等面积等面积 导航导航 麦卡托麦卡托 方向方向 等距离等距离 范围范围 位置位置 支持椭球支持椭球 基准面基准面 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 UTM系系 全球横向麦卡托全球横向麦卡托 60个个 6 带 带 横向麦卡托横向麦卡托 1带中央子午线带中央子午线 177 比例因子比例因子 0 9996 东偏移东偏移 500 000 m 南半球北偏移南半球北偏移 10 000 000 m 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 GK系系 高斯克吕格高斯克吕格 6 分带 分带 横向麦卡托横向麦卡托 高斯克吕格高斯克吕格 比例比例 1 0 中央经线 带号中央经线 带号 6 3 东偏移东偏移 500 000 m 或带号或带号X 1 000 000 500 000 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 识别坐标系统识别坐标系统 数据的提供者数据的提供者 数据范围数据范围 经纬度经纬度 UTM GK 带号带号 全国全国 Lambert 专题专题 基础图基础图 UTM GK 土地利用土地利用 Lambert 形状形状 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨暨ERDASERDAS中国用户大会中国用户大会 坐标系统总结坐标系统总结 分带 投影系 e g GK UTM 坐标系 投影坐标系投影坐标系 线性单位 投影 地理坐标系 角度单位 起始子午线 投影类型 投影参数 椭球体 基准面 20042004年第六届年第六届ArcGISArcGIS暨