地理座標系與投影座標系

1、首先理解地理座標系(Geographic coordinate system),Geographic coordinate system直譯爲地理座標系統,是以經緯度爲地圖的存儲單位的。很明顯,Geographic coordinate syst em是球面座標系統。我們要將地球上的數字化信息存放到球面座標系統上,如何進行操作呢?地球是一個不規則的橢球,如何將數據信息以科學的方法存放到橢球上?這必然要求我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點:可以量化計算的。具有長半軸,短半軸,偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應參數。
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening(扁率): 298.300000000000010000
然而有了這個橢球體以後還不夠,還需要一個大地基準面將這個橢球定位。在座標系統描述中,可以看到有這麼一行:
Datum: D_Beijing_1954   表示大地基準面是D_Beijing_1954。
有了Spheroid和Datum兩個基本條件,地理座標系統便可以使用。
完整參數:
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian(起始經度): Greenwich (0.000000000000000000)
Datum(大地基準面): D_Beijing_1954
Spheroid(參考橢球體): Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000


2、接下來便是Projection coordinate system(投影座標系統),首先看看投影座標系統中的一些參數。
Projection: Gauss_Kruger
Parameters:
False_Easting: 500000.000000
False_Northing: 0.000000
Central_Meridian: 117.000000
Scale_Factor: 1.000000
Latitude_Of_Origin: 0.000000
Linear Unit: Meter (1.000000)
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
從參數中可以看出,每一個投影座標系統都必定會有Geographic Coordinate System
投影座標系統,實質上便是平面座標系統,其地圖單位通常爲米。那麼爲什麼投影座標系統中要存在座標系統的參數呢?
這時候,又要說明一下投影的意義:將球面座標轉化爲平面座標的過程便稱爲投影。
好了,投影的條件就出來了:
a、球面座標
b、轉化過程(也就是算法)
也就是說,要得到投影座標就必須得有一個“拿來”投影的球面座標,然後才能使用算法去投影!即每一個投影座標系統都必須要求有Geographic Coordinate System參數。


3、我們現在看到的很多教材上的對座標系統的稱呼很多,都可以歸結爲上述兩種投影。其中包括我們常見的“非地球投影座標系統”。
大地座標(Geodetic Coordinate):大地測量中以參考橢球面爲基準面的座標。地面點P的位置用大地經度L、大地緯度B和大地高H表示。當點在參考橢球面上時,僅用大地經度和大地緯度表示。大地經度是通過該點的大地子午面與起始大地子午面之間的夾角,大地緯度是通過該點的法線與赤道面的夾角,大地高是地面點沿法線到參考橢球面的距離。
方里網:是由平行於投影座標軸的兩組平行線所構成的方格網。因爲是每隔整公里繪出座標縱線和座標橫線,所以稱之爲方里網,由於方里線同時又是平行於直角座標軸的座標網線,故又稱直角座標網。
在1:1萬——1:20萬比例尺的地形圖上,經緯線只以圖廓線的形式直接表現出來,並在圖角處注出相應度數。爲了在用圖時加密成網,在內外圖廓間還繪有加密經緯網的加密分劃短線(圖式中稱“分度帶”),必要時對應短線相連就可以構成加密的經緯線網。1:2 5萬地形圖上,除內圖廓上繪有經緯網的加密分劃外,圖內還有加密用的十字線。
我國的1:50萬——1:100萬地形圖,在圖面上直接繪出經緯線網,內圖廓上也有供加密經緯線網的加密分劃短線。
直角座標網的座標系以****經線投影后的直線爲X軸,以赤道投影后的直線爲Y軸,它們的交點爲座標原點。這樣,座標系中就出現了四個象限。縱座標從赤道算起向北爲正、向南爲負;橫座標從****經線算起,向東爲正、向西爲負。
雖然我們可以認爲方里網是直角座標,大地座標就是球面座標。但是我們在一副地形圖上經常見到方里網和經緯度網,我們很習慣的稱經緯度網爲大地座標,這個時候的大地座標不是球面座標,她與方里網的投影是一樣的(一般爲高斯),也是平面座標。

1 Geographic Coordinate Systems地理座標系

      在Geographic Coordinate Systems目錄中,我們可以看到已定義的許多座標系信息,如典型的Geographic Coordinate Systems\World目錄下的WGS 1984.prj,裏面所定義的座標參數描述了地理座標系的名稱、大地基準面、橢球體、起始座標參考點、單位等:
GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree",0.017453292519943295]]

2 Projected Coordinate Systems投影座標系

      在Projected Coordinate Systems目錄中同樣存在許多已定義的投影座標系,我國大部分地圖所採用的北京54和西安80座標系的投影文件就在其中,它們均使用高斯-克呂格投影,前者使用克拉索夫斯基橢球體,後者使用國際大地測量協會推薦的IAG 75地球橢球體。如Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj定義的座標參數:
      PROJCS["Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_75E",GEOGCS["GCS_Beijing_1954",DATUM["D_Beijing_1954",SPHEROID["Krasovsky_1940",6378245.0,298.3]],PRIMEM["Greenwich",0.0],UNIT["Degree",0.0174532925199433]],PROJECTION["Gauss_Kruger"],PARAMETER["False_Easting",500000.0],PARAMETER
["False_Northing",0.0],PARAMETER["Central_Meridian",75.0],PARAMETER["Scale_Factor",1.0],PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],UNIT["Meter",1.0]]

      可以看出,參數裏除了包含地理座標系的定義外,還有投影方式的信息。北京54和西安80是我們使用最多的座標系,在ArcGIS文件中,對於這兩種座標系統的命名有一些不同,看上去很容易讓人產生迷惑。
在此先介紹下高斯-克呂格投影的基本知識:我國大中比例尺地圖均採用高斯-克呂格投影Gauss Kruger,其通常是按6度和3度分帶投影,1:2.5萬-1:50萬比例尺地形圖採用經差6度分帶,1:1萬比例尺的地形圖採用經差3度分帶。具體分帶法是:6度分帶從本初子午線開始,按經差6度爲一個投影帶自西向東劃分,全球共分60個投影帶,帶號分別爲1-60;3度投影帶是從東經1度30秒經線開始,按經差3度爲一個投影帶自西向東劃分,全球共分120個投影帶。爲了便於地形圖的測量作業,在高斯-克呂格投影帶內佈置了平面直角座標系統,具體方法是,規定****經線爲X軸,赤道爲Y軸,****經線與赤道交點爲座標原點,x值在北半球爲正,南半球爲負,y值在****經線以東爲正,****經線以西爲負。由於我國疆域均在北半球,x值均爲正值,爲了避免y值出現負值,規定各投影帶的座標縱軸均西移500km,****經線上原橫座標值由0變爲500km。爲了方便帶間點位的區分,可以在每個點位橫座標y值的百千米位數前加上所在帶號,如20帶內A點的座標可以表示爲YA=20 745 921.8m。
在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目錄中,我們可以看到四種不同的命名方式

     Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
      Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
      Beijing 1954 GK Zone 13.prj
      Beijing 1954 GK Zone 13N.prj

      對它們的說明分別如下:

      三度分帶法的北京54座標系,****經線在東75度的分帶座標,橫座標前不加帶號
      三度分帶法的北京54座標系,****經線在東75度的分帶座標,橫座標前加帶號
      六度分帶法的北京54座標系,分帶號爲13,橫座標前加帶號
      六度分帶法的北京54座標系,分帶號爲13,橫座標前不加帶號

      在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目錄中,文件命名方式又有所變化:

      Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
      Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
      Xian 1980 GK CM 75E.prj
      Xian 1980 GK Zone 13.prj

      西安80座標文件的命名方式、含義和北京54前兩個座標相同,但沒有出現“帶號+N”這種形式。

    摘自--http://blog.csdn.net/nuoshueihe/article/details/8331840

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