深入理解地理坐标系大地坐标系

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除深入理解=地理坐标系=大地坐标系地理坐标：为球面坐标。参考平面地是椭球面。坐标单位:经纬度大地坐标:为平面坐标。参考平面地是水平面坐标单位：米、千米等.地理坐标转换到大地坐标的过程可理解为投影。(投影：将不规则的地球曲面转换为平面)在ArcGIS中预定义了两套坐标系：地理坐标系(Geographiccoordinatesystem)投影坐标系(Projectedcoordinatesystem),1>首先理解地理坐标系(Geographiccoordinatesystem),Geographiccoordinatesystem直译为

2、地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。很明显，Geographiccoordinatesystem是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求2 / 15资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除我们找到这样的一个椭球体,这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有长半轴，短半轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。Spheroid:Krasovsky940SemimajorAxis：6378245。0000000SemiminorAxi

3、s:6356863c000000InverseFlattening（扁率）：298。3010000然而有了这个椭球体以后还不够,还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描述中，可以看到有这么一行：Datum：D_Beijing_1954表示，大地基准面是D_Beijing_1954o有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。完整参数：Alias：Abbreviation：Remarks:AngularUnit：Degree（0。9943299）PrimeMeridian（起始经度）：Greenwich（0。0000000）Datum（大地基准面）：D_Beij

4、ing_1954Spheroid（参考椭球体）：Krasovsky_1940SemimajorAxis：6378245。0000000SemiminorAxis：6356863。000000InverseFlattening:298o30100002、接下来便是Projectioncoordinatesystem（投影坐标系统），首先看看投影坐标系统中的一些参数。Projection:Gauss_KrugerParameters：3 / 15资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除Faise_Easting:500000o000000False_Northing:0o00000

5、0Central_Meridian:117o000000Scale_Factor：1.000000Latitude_0f_0rigin：0.000000LinearUnit:Meter(1o000000)GeographicCoordinateSystem:Name:GCS_Beijing_1954Alias:Abbreviation：Remarks：AngularUnit:Degree(0.9943299)PrimeMeridian:Greenwich(0.0000000)Datum:D_Beijing_1954Spheroid：Krasovsky_1940SemimajorAxis:637

6、8245<>0000000SemiminorAxis:6356863o000000InverseFlattening：298.3010000从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有GeographicCoordinateSystemo投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？这时候，乂要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。好了，投影的条件就出来了：a、球面坐标b、转化过程（也就是算法）也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法去投影！4 / 15资料内

7、容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除即每一个投影坐标系统都必须要求有GeographicCoordinateSystem参数。关于北京54和西安80是我们使用鼓多的坐标系先简单介绍高斯一克吕格投影的基本知识，了解就直接跳过，我国大中比例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按6度和3度分带投影，1:2.5万一1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1：1万比例尺的地形图采用经差3度分带。具体分带法是:6度分带从本初子午线开始,按经差6度为一个投影带自西向东划分,全球共分60个投影带，带号分别为1-60;3度投影带是从东经1度30秒经线开始，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球

8、共分120个投影带。为了便于地形图的测量作业，在高斯一克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点,x值在北半球为正，南半球为负,y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值均为正值，为了避免y值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移500km,中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个点位横坐标y值的仃千米位数前加上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示为YA=20745921。8ma在CoordinateSystemsProjectedCoordinateSystem

9、sGaussKrugerBeijingl954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：Beijingl9543DegreeGKCM75E.prjBeijingl9543DegreeGKZone25oprjBeijingl954GKZonel3oprjBeijingl954GKZonel3Noprj对它们的说明分别如下：三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前不加带号三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前加带号六度分带法的北京54坐标系，分带号为13,横坐标前加带号六度分带法的北京54坐标系，分带号为13,横坐标前不加带号5 / 15资料内容

10、仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除在CoordinateSystemsProjectedCoordinateSystemsGaussKrugerXianl980目录中，文件命名方式又有所变化：Xianl9803DegreeGKCM75EoprjXianl9803DegreeGKZone25oprjXianl980GKCM75EoprjXianl980GKZonel3.prj西安80坐标文件的命名方式、含义和北京54前两个坐标相同，但没有出现“带号+N”这种形式，为什么没有采用统一的命名方式？让人看了有些费解。大地坐标(GeodeticCoordinate):大地测量中以参考椭球面

11、为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离.方里网：是111平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线,所以称之为方里网，山于方里线同时乂是平行于直角坐标轴的坐标网线，故乂称直角坐标网。在1：1万一一1:20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数.为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分

12、划短线(图式中称“分度带”)，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网.1:25万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。我国的1：50万一一1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样,坐标系中就出现了四个象限.纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。6 / 15资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面坐标.但是我们在

13、一副地形图上经常见到方里网和经纬度网，我们很习惯的称经纬度网为大地坐标，这个时候的大地坐标不是球面坐标，她与方里网的投影是一样的（一般为高斯投影），也是平面坐标6 / 15资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除工程施工过程中，常常会遇到不同坐标系统间，坐标转换的问题。目前国内常见的转换有以下几种：1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）；2,北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换；3,任意两空间坐标系的转换.其中第2类可归入第三类中。所谓坐标转换的过程就是转换参数的求解过程。常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法.以下对上述三种情况作详细描述如下：1,大地坐标（

14、BLH）对平面直角坐标（XYZ）常规的转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准（3度，6度）和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。一般的工程中3度带应用较为广泛。对于中央子午线的确定有两种方法，一是取平面直角坐标系中Y坐标的前两位*3,即可得到对应的中央子午线的经度。如x=3250212m,y=395121123m,则中央子午线的经度二39*3=117度。另一种方法是根据大地坐标经度，如果经度是在155.5185.5度之间,那么对应的中央子午线的经度二（155。5+185.5）/2:117度，其他情况可以据此3度类推。另外一些工程采用

15、自身特殊的分带标准，则对应的参数确定不在上述之列.确定参数之后，可以用软件进行转换，以下提供坐标转换的程序下我.2,北京54全国80及WGS84坐标系的相互转换这三个坐标系统是当前国内较为常用的，它们均采用不同的椭球基准。其中北京54坐标系,属三心坐标系，大地原点在苏联的普而科沃,长轴6378245m,短轴6356863,扁率1/298.3：西安80坐标系，属三心坐标系，大地原点在陕西省径阳县永乐镇,长轴6378140m,短轴6356755,扁率1/298.25722101；WGS84坐标系，长轴6378137.000叫短轴6356752。314,扁率1/298.257223563。由于采用的

16、椭球基准不一样，并且由于投影的局限性，使的全国各地并不存在一至的转换参数。对于这种转换由于量较大，有条件的话，一般都采用GPS联测已知点,应用GPS软件自动完成坐标的转换。当然若条件不许可，且有足够的重合点，也可以进行人工解算.详细方法见第三类。3,任意两空间坐标系的转换由于测量坐标系和施工坐标系采用不同的标准,要进行精确转换，必须知道至少3个重合点（即为在两坐标系中坐标均为已知的点.采用布尔莎模型进行求解。布尔莎公式：对该公式进行变换等价得到：解算这七个参数，至少要用到三个已知点（2个坐标系统的坐标都知道），采用间接平差模型进行解算：其中：V为残差矩阵；X为未知七参数；A为系数矩阵；解之：L

17、为闭合差解得七参数后，利用布尔莎公式就可以进行未知点的坐标转换了，每输入一组坐标值，就能求出它在新坐标系中的坐标。但是要想GPS观测成果用于工程或者测绘,还需要将地方直角坐标转换为大地坐标,最后还要转换为平面高斯坐标。上述方法类同于我们的间接平差，解算起来较复杂，以下提供坐标转换程序，只需输入三个已知点的坐标即可求解出坐标转换的七个参数。如果已知点的数量较多，可以进行参数间的平差运算，则精度更高。当已知点的数量只有两个时，我们可以采用简单变换法，此法较为方便易行，适于手算，只是精度受到一定的限制。详细解算方程如下：式中调x,y和x'、y'分别为新旧（或；旧新）网重合点的坐标，a、b、k为变换参数,显然要解算出a、