MapX中的坐标系定义与转换

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1、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。1. 椭球体、基准面及地图投影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(Pr ojectio n)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

2、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Mapinfo中代号年代长半轴短半轴1/扁率Krassovsky 3 1940 6378245 6356863 298.3IAG 75 31 1975 6378

3、140 6356755 298.25722101WGS 84 28 1984 6378137.000 6356752.314 298.257223563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，也就是北京5

4、4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

5、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bX AY AZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数x、 羽、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, Shift

6、Z 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 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-S

7、han 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 Mapinf

8、o 中国的 URL(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

9、、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 Ma

10、pX 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(No

11、nEarth)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；ScaleFacto r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

12、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(ScaleFacto r)，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(StandardPa

13、rallelTwo)，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(Sta ndar dPa rallelO ne)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

14、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， 215000

15、00， 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 Affi neTransform 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