GIS坐标系扫盲1-坐标系的简单名词解释

GIS坐标系的简单名词解释

地图的每一个要素的输入、存储、查询、分析和显示，这些均需要一个很重要的信息：坐标。坐标则是基于某个坐标系统，因此就出现几个问题1.坐标系统是什么？2.怎么定义的？3.一个完整的坐标系统都包括哪些参数？

1.引言

首先什么是坐标系统？狭义来讲，坐标系统最核心的东西就是坐标值，描述了要素所在的位置，也就是一组数值。

然而坐标系统怎么定义？由于每一个要素所在的地理环境差异，举个例子，米国和咱国所用的坐标系统肯定是不同的，实质上就是所用的椭球体和基准面不同。美国所用的是在WGS84椭球体建立起来的WGS84坐标系；中国常用的是在克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体基础上建立起来的北京54坐标系或者是1975地球椭球体（IAG75）建立起来的西安80坐标系。

为了准确的描述要素所在的位置，需要选择一个适合于该地区的坐标系统。当然还要结合你的目和精确程度。

2.术语解释

神马是大地基准面，神马是大地水准面，这两个面是什么关系。然后又是什么椭球体，地图投影。乱糟糟的，没有头绪。其实这几组概念都不是独立的，试着从它们的联系来了解它们的概念。但是关于大地水准面和大地基准面什么关系，还是搞不明白。

地球的数学表面—大地椭球体：众所周知，我们的地球表面凸凹不平，很难用数学公式来表达，在实际的测量和制图中不能作为一个基准面。但是，基本上它还是圆形的，因此就可以用一个扁率极小的椭圆，绕实际的地球短轴(即南北极的连线，极半径)所形成的规则椭球体来近似拟合，并且可以用数学公式来表达，所以在测量和制图中就用它来替代地球的自然表现，这就是地球椭球体。

椭球图

图1 大地椭球体 (PS:现在补下高中知识，这大学上的！！！)地球椭球体有长半径和短半径之分，长半径(a)即赤道半径，短半径(b)即极半径。f=（a-b ）/a 为椭球体的扁率，表示椭球体的扁平程度。由此可见，地球椭球体的形状和大小取决于a 、b 、f 。因此，a 、b 、f 被称为地球椭球体的三要素。列举下国外常用的地球椭球体：

同样，由于各地的实际情况，以及人们对地球形状和大小的测量水平不同，对地球的测地精度也就节节攀升，所以至今出现了很多种椭球体，如表1为国外常用的地图椭球体：

表1 国外常用的地球椭球体

椭球名称 年代 长半径（m ）短半径（m ） 扁率 附注 埃弗斯特

(Everest) 1830 6377276

6356075 06:00.8 英国 白塞尔

(Bessel)

1841 6377397 6356079 05:59.1 德国 克拉克(Clarke

Ⅰ)

1866 6378206 6356584 05:55.0 英国 克拉克(Clarke

Ⅱ)

1880 6378249 6356515 05:53.5 英国 海福特

(Hayford) 1909 6378388 6356912 05:57.0 1942年国际第一个推荐值

克拉索夫斯基

(Krassovsky)

1948 6378245 6356863 05:58.3 前苏联 1967年大地

坐标系

1967 6378160 6356755 05:58.2 1971年国际第一个推荐值 1975年大地

坐标系

1975 6378140 6356755 05:58.3 1975年国际第一个推荐值 1980年大地

坐标系 1979 6378137 6356755 05:58.3 1979年国际第一个推荐值

WGS84 1984 6378137

05:58.3 美国

表中，红色为我国所用过的椭球体，其中1952年以前采用海福特椭球体；1953年起采用克拉索夫斯基椭球体；1980年国家大地坐标系采用的地球椭球体（1975年大地坐标系）；2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系，具体参数为：a = 6378137，b=6356752.31414 , 扁率为1:298.257222101

地球的物理表面—大地水准面：要解释大地水准面，首先解释下水准面。(以下为科普！)地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。地球表面约有71%的面积为海洋所占用，29%的面积是大陆与岛屿。陆地上最高点与海洋中最深处相差近20公里。这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算。因此在实际应用中，必须找一个规则的曲面来代替麻烦的地球曲面。

静止的水面称为水准面，水准面是受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面。即物体沿该面运动时，重力不做功。

上面的话确实有些是废话，理解起来比较费劲，主要意思是两点：

(1).地球表面曾经是个让测绘人很头疼的曲面，为了不让自己头疼，所以给这个曲面找了个替身—水准面。

(2).这个替身的特性就是：该面处处与重力方向垂直，物体沿该面运动，重力也就不做功。

(3).通过任何高度的点都会有一个水准面，因此在地球体内会有无数个水准面，

大地水准面首先作为一种水准面，具有水准面的所有物理特性。它是作为水准面特殊的一种，即为通过平均海水面的水准面。(PS：平均海水面：平均海面是指某地一定时期内每小时海面高度的算术平均值。)

同样可以用几点来概括下大地水准面：

(1).这也是测绘工作者假想的，目的是使测量出来的结果有更强的互用性。

(2).大地水准面通过的平均海水面是大地测量中的高程起算面，因此这个面很重要。因此，每个国家都有自己的平均海水面。这样，相对标准的椭球体，大地水准面也不是一个规则的曲面。

(3).大地水准面所包围的球体称为大地球体。大地球体的长半轴为6378.245公里，短半轴为6356.863公里。

大地基准面，官方繁冗难懂的定义：大地基准面（Geodetic datum），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。

结合椭球体的概念，同样可以这样来概括大地基准面：

(1).在这暂且把地球比作是土豆，而前面的椭球体，就比作是个椭圆状的土豆大小的橡皮泥。为了将橡皮泥无限的逼近这个坑坑洼洼的土豆的某一特定区域。于是乎，大地基准面就被创造出来。对这个橡皮泥的xyz进行下改变，或者是在旋转下角度，或者是大小变化一下。

(2).椭球体和基准面之间的关系是一对多的关系，即基准面是在椭球体的基础上建立的，但是椭球体不能代表基准面。

(3).由于大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家和地区都有各自的基准面。

到这，大地水准面和大地基准面有什么关系吗？不大明白。