坐標(biāo)系統(tǒng)與投影變換及其應(yīng)用

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1、坐標(biāo)系統(tǒng)與投影變換及在桌面產(chǎn)品中的應(yīng)用本文共可分為如下幾個部分組成：地球橢球體(Ellipsoid)大地基準(zhǔn)面（Geodeticdatum）投影坐標(biāo)系統(tǒng)（ProjectedCoordinateSystems）坐標(biāo)系統(tǒng)和投影變換在桌面產(chǎn)品中的應(yīng)用Worldfiles文件理論基礎(chǔ)知識內(nèi)容為總結(jié)和心得組稿，坐標(biāo)系統(tǒng)和投影變換在桌面產(chǎn)品中的應(yīng)用部分為原創(chuàng)部分。內(nèi)容有些多，不過相信大家如果能耐心看完，相信對理解坐標(biāo)系統(tǒng)和投影變換及如何在桌面產(chǎn)品中應(yīng)用會有所啟發(fā)。??GIS處理的是空間信息，而所有對空間信息的量算都是基于某個坐標(biāo)系統(tǒng)的，因此GIS中坐標(biāo)系統(tǒng)的定義是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正確

2、理解GIS中的坐標(biāo)系統(tǒng)就變得尤為重要。坐標(biāo)系統(tǒng)又可分為兩大類：地理坐標(biāo)系統(tǒng)、投影坐標(biāo)系統(tǒng)。本文就對坐標(biāo)系和投影及其在ArcGIS桌面產(chǎn)品中的應(yīng)用做一些簡單的論述。GIS中的坐標(biāo)系定義由基準(zhǔn)面和地圖投影兩組參數(shù)確定，而基準(zhǔn)面的定義則由特定橢球體及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)確定，因此欲正確定義GIS系統(tǒng)坐標(biāo)系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準(zhǔn)面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關(guān)系。地球橢球體(Ellipsoid)??眾所周知我們的地球表面是一個凸凹不平的表面，而對于地球測量而言，地表是一個無法用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的曲面，這樣的曲面

3、不能作為測量和制圖的基準(zhǔn)面。假想一個扁率極小的橢圓，繞大地球體短軸旋轉(zhuǎn)所形成的規(guī)則橢球體稱之為地球橢球體。地球橢球體表面是一個規(guī)則的數(shù)學(xué)表面，可以用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，所以在測量和制圖中就用它替代地球的自然表面。因此就有了地球橢球體的概念。地球橢球體有長半徑和短半徑之分，長半徑(a)即赤道半徑，短半徑(b)即極半徑。f=（a-b）/a為橢球體的扁率，表示橢球體的扁平程度。由此可見，地球橢球體的形狀和大小取決于a、b、f。因此，a、b、f被稱為地球橢球體的三要素。ArcGIS(ArcInfo)桌面軟件中提供了30種地球橢球體模型；常見的地球橢球體數(shù)據(jù)見下表：表1常見的地球橢球體數(shù)據(jù)

4、表[本帖最后由gis27于2007-11-2623:42編輯]表1常見的地球橢球體數(shù)據(jù)表.JPG(46.54KB)下載次數(shù):1322007-11-2623:42??對地球橢球體而言，其圍繞旋轉(zhuǎn)的軸叫地軸。地軸的北端稱為地球的北極，南端稱為南極；過地心與地軸垂直的平面與橢球面的交線是一個圓，這就是地球的赤道；過英國格林威治天文臺舊址和地軸的平面與橢球面的交線稱為本初子午線。以地球的北極、南極、赤道和本初子午線等作為基本要素，即可構(gòu)成地球橢球面的地理坐標(biāo)系統(tǒng)(Ageographiccoordinatesystem(GCS)usesathreedimensionalspheric

5、alsurfacetodefinelocationsontheearth.AGCSincludesanangularunitofmeasure,aprimemeridian,andadatum(basedonaspheroid).)?？梢钥闯龅乩碜鴺?biāo)系統(tǒng)是球面坐標(biāo)系統(tǒng)，以經(jīng)度/維度（通常以十進(jìn)制度或度分秒(DMS)的形式）來表示地面點(diǎn)位的位置。地理坐標(biāo)系統(tǒng)以本初子午線為基準(zhǔn)（向東，向西各分了1800）之東為東經(jīng)其值為正，之西為西經(jīng)其值為負(fù)；以赤道為基準(zhǔn)（向南、向北各分了900）之北為北緯其值為正，之南為南緯其值為負(fù)。????地表任意位置的坐標(biāo)值可由圖1表達(dá)：??[圖1地理坐

6、標(biāo)系統(tǒng).JPG(21.22KB)圖1-1地理坐標(biāo)系統(tǒng).JPG(16.45KB)獻(xiàn)愛心，迎特奧——ESRI助上海殘聯(lián)造福殘疾人事業(yè)大地基準(zhǔn)面（Geodeticdatum）大地基準(zhǔn)面（Geodeticdatum），設(shè)計(jì)用為最密合部份或全部大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)模式。它由橢球體本身及橢球體和地表上一點(diǎn)視為原點(diǎn)間之關(guān)系來定義。此關(guān)系能以6個量來定義，通常（但非必然）是大地緯度、大地經(jīng)度、原點(diǎn)高度、原點(diǎn)垂線偏差之兩分量及原點(diǎn)至某點(diǎn)的大地方位角。讓我們先拋開測繪學(xué)上這個晦澀難懂的概念，看看GIS系統(tǒng)中的基準(zhǔn)面是如何定義的，GIS中的基準(zhǔn)面通過當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)面向WGS1984的轉(zhuǎn)換7參數(shù)來定義，轉(zhuǎn)換

7、通過相似變換方法實(shí)現(xiàn)，具體算法可參考科學(xué)出版社1999年出版的《城市地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化指南》第76至86頁。假設(shè)Xg、Yg、Zg表示W(wǎng)GS84地心坐標(biāo)系的三坐標(biāo)軸，Xt、Yt、Zt表示當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的三坐標(biāo)軸，那么自定義基準(zhǔn)面的7參數(shù)分別為：三個平移參數(shù)ΔX、ΔY、ΔZ表示兩坐標(biāo)原點(diǎn)的平移值；三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)εx、εy、εz表示當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系旋轉(zhuǎn)至與地心坐標(biāo)系平行時，分別繞Xt、Yt、Zt的旋轉(zhuǎn)角；最后是比例校正因子，用于調(diào)整橢球大小。那么現(xiàn)在讓我們把地球橢球體和基準(zhǔn)面結(jié)合起來看，在此我們把地球比做是“馬鈴薯”，表面凸凹不平，