【精品】深入理解=地理坐标系=大地坐标系56677
大地坐标系介绍
一．地球坐标系地面和空间点位的确定总是要参照于某一给定的坐标系。
坐标系是人为设计和确定的，根据不同的使用目的，所采用的坐标系亦各不相同。
大地测量中采用的坐标系主要有两大类型，即天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系用于确定天体在天球上的位置。
其天球空间直角坐标系原点位于地球质心O；Z轴指向天球北极； X轴指向春分点;Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手直角坐标系。
地球坐标系就是固定在地球上并和地球一起自转和公转的坐标系。
我们日常采用的坐标系统，虽则表现形式各有不同，但均是与地球体相固联，从这个意义上说，都可以认为是属于地球坐标系。
但通常地球坐标系专指全球或国家统一定义并确定的坐标系。
从几何意义上说，定义坐标系的关键就在于坐标原点、坐标轴指向及边长尺度的选取。
对于地球坐标系而言，显然须使它的一个坐标轴(Z轴)重合或平行于地球的自转轴。
因为采用常规的测角、量边、天文观测技术只能测定和解求点位的大地经纬度，而对于国家控制网的计算是以参考椭球面作为基准面的。
所以根据所选取的坐标原点位置的不同，即参考椭球不同，地球坐标系可分为地心坐标系和参心坐标系，前者的坐标原点与地球质心相重合；后者的坐标原点则偏离于地心，而重合于某个国家、地区所采用的参考椭球的中心。
现代大地测量常用坐标系主要有此划分与定义。
地球坐标系的建立与地球椭球的选取有着十分紧密的联系。
对于一设定的参考椭球从理论上说，只要空间直角坐标系的原点O与椭球中心相重合，Z轴与椭球短轴相重合，ZOX坐标面与起始大地于午面重合。
空间点位的三维直角坐标与椭球面上的大地纬度b、大地经度L、大地高H(点位沿椭球面法线方向到椭球面的距离)存在着严格的对应关系，它们是两种等价的坐标表述方式。
即地球坐标系由几何形式可分为空间直角坐标系和大地坐标系.1) 空间直角坐标系空间直角坐标系坐标原点0与参考椭球中心相重合，Z轴指向参考椭球北极，X轴指向首子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面并与X轴、Z轴构成右手坐标系，任意一点的位置可用(X、Y、Z)坐标系来表示。
各种坐标的定义word版
各种坐标的定义2008-07-14 15:15一：空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上切按右手系于X轴呈90度夹角，某点中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。
空间直角坐标系可用如下图所示：二：大地坐标系：大地坐标系是采用大地纬度、经度和大地高程来描述空间位置的。
纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高师空间的点沿着参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。
附：经度和纬度的详细概念，呵呵。
经度和纬度都是一种角度。
经度是个面面角，是两个经线平面的夹角。
因所有经线都是一样长，为了度量经度选取一个起点面，经1884年国际会议协商，决定以通过英国伦敦近郊、泰晤士河南岸的格林尼治皇家天文台（旧址）的一台主要子午仪十字丝的那条经线为起始经线，称为本初子午线。
本初子午线平面是起点面，终点面是本地经线平面。
某一点的经度，就是该点所在的经线平面与本初子午线平面间的夹角。
在赤道上度量，自本初子午线平面作为起点面，分别往东往西度量，往东量值称为东经度，往西量值称为西经度。
由此可见，一地的经度是该地对于本初子午线的方向和角距离。
本初子午线是0°经度，东经度的最大值为180°，西经度的最大值为180°，东、西经180°经线是同一根经线，因此不分东经或西经，而统称180°经线。
纬度是个线面角。
起点面是赤道平面，线是本地的地面法线。
所谓法线，即垂直于参考扁球体表面的线。
某地的纬度就是该地的法线与赤道平面之间的夹角。
纬度在本地经线上三：平面坐标系（这里主要将gis中高斯－克吕格尔平面直角坐标系，不是数学里面的平面坐标系）高斯－克吕格尔平面直角坐标系Gauss-Krüger plane rectangular coordinates system根据高斯-克吕格尔投影所建立的平面坐标系,或简称高斯平面坐标系。
大地坐标系
大地坐标系
geodetic coordinate system
大地坐标系[1]是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。大地坐标系亦称为地理坐标系。大地坐标系为右手系。
椭球面上一点的位置，通常用大地经度和大地纬度来[3]表示，某点的大地经纬度称为该点的大地坐标。如图示，NS为椭球旋转轴，S称南极，N称北极。包括旋转轴NS的平面称为子午面，子午面与椭球面的交线称为子午线，也称为经线。垂直于旋转轴NS的平面与椭球面的交线称为纬线
地图
。圆心为பைடு நூலகம்球中心O的平行圈称为赤道。
建立大地坐标系，规定以椭球的赤道为基圈，以起始子午线（经过英国格林威治天文台的子午线）为主圈。对于图中椭球面上任一点而言，其大地坐标为：
大地经度L－－－过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林威治子午线起算，向东为正，向西为负。
坐标系的认识与运用
坐标系的认识与运用一、引言在数学和物理学中，坐标系是一种重要的概念，它用于描述和定位空间中的点或物体。
了解和掌握坐标系的基本知识对于解决各种问题是至关重要的。
本文将介绍坐标系的认识与运用。
二、二维坐标系二维坐标系是最基本且常见的坐标系形式。
它由两条互相垂直的数轴组成，分别称为x轴和y轴。
x轴和y轴的交点被称为原点，通常表示为O。
在二维坐标系中，每个点可以用一个有序数对(x, y)来表示，其中x表示点在x轴上的位置，y表示点在y轴上的位置。
三、三维坐标系三维坐标系是在二维坐标系的基础上引入了第三个轴，通常称为z 轴。
在三维坐标系中，每个点可以用一个有序数对(x, y, z)来表示，其中x、y和z分别表示点在x轴、y轴和z轴上的位置。
四、直角坐标系直角坐标系是指坐标轴两两垂直的坐标系。
二维直角坐标系由x轴和y轴组成，而三维直角坐标系则由x轴、y轴和z轴组成。
直角坐标系在几何学、物理学和工程学等领域中广泛应用，可以用于描述和解决各种空间问题。
五、极坐标系极坐标系是一种用极径和极角来表示点的坐标系。
在极坐标系中，每个点用一个有序数对(r, θ)来表示，其中r表示点到原点的距离，θ表示点与x轴之间的夹角。
极坐标系常用于描述圆形、旋转和周期性变化等问题。
六、坐标系的应用坐标系在各种领域中都有广泛的应用。
在数学中，坐标系可以用于解决代数和几何问题，如求解方程、计算距离和求解图形的面积等。
在物理学中，坐标系可以用于描述物体的位置、运动和力的作用方向等。
在工程学中，坐标系可以用于设计和建模，如绘制平面图和三维模型等。
七、小结通过本文的讲解，我们了解了坐标系的基本概念和应用。
无论是二维坐标系还是三维坐标系，无论是直角坐标系还是极坐标系，掌握坐标系的知识和技巧对于解决各种问题都具有重要意义。
希望读者通过学习和实践，能够更好地认识和运用坐标系，提高自己的数学和物理素养。
GIS 坐标系统详解
GIS 坐标系统详解坐标系统是GIS图形显示、数据组织分析的基础，建立完善的坐标投影系统对于GIS应用来说是非常重要的。
GIS的坐标系统大致有三种：Plannar Coordinate System（平面坐标系统）、Geographic Coordinate System(地理坐标系统）、Projection Coordinate System(投影坐标系统)。
这三者并不是完全独立的，而且各自都有各自的应用特点。
如平面坐标系统常常在小范围内不需要投影或坐标变换的情况下使用，在Arcgis中，默认打开数据不知道坐标系统信息的情况下都当作Custom CS处理，也就是平面坐标系统。
而地理坐标系统和投影坐标系统又是相互联系的，地理坐标系统是投影坐标系统的基础之一，二者的区别联系在下文详述，下面先搞清楚几个基本的概念1、椭球面(Ellipsoid)地图坐标系由大地基准面和地图投影确定，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，因此每个国家或地区均有各自的大地基准面，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IAG 75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GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标系统，WGS84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的坐标系。
因此相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。
采用的3个椭球体参数如下（源自“全球定位系统测量规范 GB/T18314-2001”）：椭球体长半轴短半轴Krassovsky63782456356863.0188IAG 7563781406356755.2882WGS 8463781376356752.3142理解：椭球面是用来逼近地球的，应该是一个立的椭圆旋转而成的。
GIS中地理坐标系和投影坐标系的理解
GIS中坐标系统的理解理解坐标系统关键要明确两个概念：Geographic coordinate system和Projected coordinate system。
1. 首先理解Geographic coordinate systemGeographic coordinate system为地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。
很明显，Geographic coordinate system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，要将数据信息以科学的方法存放到椭球上，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: Krasovsky_1940Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000Inverse Flattening: 298.300000000000010000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_1954.）有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用.下面是地理坐标系统的完整参数：Alias:Abbreviation:Remarks:Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)Datum: D_Beijing_1954Spheroid: Krasovsky_1940Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000Inverse Flattening: 298.3000000000000100002. 接下来是Projection coordinate systemProjection coordinate system即投影坐标系统，首先看看投影坐标系统中的一些参数.Projection: Gauss_KrugerParameters:False_Easting: 500000.000000False_Northing: 0.000000Central_Meridian: 117.000000Scale_Factor: 1.000000Latitude_Of_Origin: 0.000000Linear Unit: Meter (1.000000)Geographic Coordinate System:Name: GCS_Beijing_1954Alias:Abbreviation:Remarks:Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)Datum: D_Beijing_1954Spheroid: Krasovsky_1940Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000Inverse Flattening: 298.300000000000010000从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有Geographic Coordinate System。
地理坐标系及我国大地坐标系和高程系
地理坐标系及我国大地坐标系和高程系地理坐标系及我国大地坐标系和高程系地理坐标系是指用经纬度表示地面点位的球面坐标系。
在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种描述：即天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度。
大地控制的主要任务是确定地面点在地球椭球体上的位置。
这种位置包括两个方面：一是点在地球椭球面上的平面位置，即经度和纬度；二是确定点到大地水准面的高度，即高程。
为此，必须首先了解确定点位的坐标系。
1.地理坐标系对地球椭球体而言，其围绕旋转的轴叫地轴。
地轴的北端称为地球的北极，南端称为南极；过地心与地轴垂直的平面与椭球面的交线是一个圆，这就是地球的赤道；过英国格林威治天文台旧址和地轴的平面与椭球面的交线称为本初子午线。
以地球的北极、南极、赤道和本初子午线等作为基本要素，即可构成地球椭球面的地理坐标系统（图2-3）。
其以本初子午线为基准，向东，向西各分了1800，之东为东经，之西为西经；以赤道为基准，向南、向北各分了900，之北为北纬，之南为南纬。
地理坐标系是指用经纬度表示地面点位的球面坐标系。
在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种描述：即天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度。
（1）天文经纬度天文经度在地球上的定义，即本初子午面与过观测点的子午面所夹的二面角；天文纬度在地球上的定义，即为过某点的铅垂线与赤道平面之间的夹角。
天文经纬度是通过地面天文测量的方法得到的，其以大地水准面和铅垂线为依据，精确的天文测量成果可作为大地测量中定向控制及校核数据之用。
（2）大地经纬度地面上任意一点的位置，也可以用大地经度L、大地纬度B表示。
大地经度是指过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角，大地纬度是指过参考椭球面上某一点的法线与赤道面的夹角（图2-3）。
大地经纬度是以地球椭球面和法线为依据，在大地测量中得到广泛采用。
（3）地心经纬度地心，即地球椭球体的质量中心。
地心经度等同于大地经度，地心纬度是指参考椭球体面上的任意一点和椭球体中心连线与赤道面之间的夹角。
地心大地坐标系的定义
GNSS坐标家貌A稔换 一.地心坐标系统
•国际极移服务（IPMS ）和国际时间局（BIH ）等机构分别 不同的方法得到地极原点。与CIO相应的地球赤道面称为
平赤道而我协议赤道而。
19KW.0
K秒）
一、地心坐标系统
平地球坐标系和瞬时（真）地球坐标系
•:•瞬时（真）地球坐标系
Z轴与瞬时地球自转轴重合或平行的地球坐标系
• 2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球 的质量中心；
• 2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000. 0的地球 参考极的方向（该历元的指向由国际时间局（BIH）给定 的历元为1984. 0的初始指向推算）
GNSS坐标争貌攻矜拱 一、地心坐标系统
采用2000国家大地坐标系的必要性
天球球面坐标系的定义: 地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经 度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量 基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述
为（T , a, 8）。
天球空间直角坐标系 与天球球面坐标系的 关系可用图2.1表示:
X'
GNSS坐标•貌A稔换 二.天球坐标系
实际地球的形状近似一个赤道隆起的椭球体，因此在日 月引力和其 他天体对隆起部分的作用下，地球在绕太阳运
行时，自转轴的方向不再保持不变而使春分点在黄道上产 生缓慢的西移一一岁差、章动
I
18.6年
二分点由西向东缓慢漂移（也称为“旋进”）。这 一现象在我国被称 之为岁差。
天极
.秋分点
A月球轨道面位置的变化弓I起瞬时北天极绕瞬时平天极产生旋转 , 大致成椭圆轨迹，周期约为18.6年。这种现象称为章动。
0
-确-确定定椭椭球球中短心轴的的位指置向（（椭椭球球定定位向））O O -建立大地原点。
坐标系的一些理解
关于坐标系（大地坐标、平面坐标、投影、北京54、西安80、WGS84）的一些理解先从简单说起，假设地球是正圆的，地球表面上的一点可以用经纬度来表示，这时的经纬度是唯一的。
那什么情况下是不唯一的呢，就是地球不是正圆的时候。
实际也是如此，地球本来就不是圆的，而是一个椭圆。
关于这个椭圆并不是唯一的，比如克拉索夫斯基椭球，1975国际椭球等等。
椭球的不同主要由两个参数来体现，一个是长半轴、一个是扁率。
之所以会有不同的椭球体出现，是因为地球太大了，地球不是一个正椭球体，一个椭球体不可能都满足地球每个角落的精度要求，在一些边缘地带误差会很大，在赤道附近有适合赤道使用的椭球体，在极圈附近有适合极圈的椭球地，一切都是为了符合当地的精度需要。
如果你有足够的需求也可以自定义一个椭球体。
基于以上原因，这时经纬度就不是唯一的了，这个应该很好理解，当你使用克拉索夫斯基椭球体时是一对经纬度，当使用另外一个椭球体时又是另外一对经纬度。
用经纬度表示的是地理坐标系，也称大地坐标系。
有时候用地理坐标系不够方便，人们比较习惯于使用平面坐标系，平面坐标系用xy表示。
把球体表面的坐标转成平面坐标需要一定的手段，这个手段称为投影。
投影方法也不是唯一的，还是为了一个目的，务求使当地的坐标最准确。
所以目前就存在了好多投影方法，比如高斯投影、墨卡托投影等。
谁有本事而且有那方面的需求也可以自创一套投影方法。
接下来是关于WGS84 北京54 西安80的概念首先有WGS84 北京54 西安80大地坐标系，是用经纬度表示的，也有WGS84 北京54 西安80平面坐标系，使用xy表示的。
WGS84的椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值北京54采用的是克拉索夫斯基椭球西安80采用的是1975国际椭球所以地球表面上一点的这三者大地坐标是不一样的，即经纬度是不一样的。
目前比较流行的是高斯- 克吕格投影和墨卡托投影，当然也可以用别的投影，看实际需要了。
各种坐标的定义精品
各种坐标的定义2008-07-14 15:15一：空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上切按右手系于X轴呈90度夹角，某点中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。
空间直角坐标系可用如下图所示：二：大地坐标系：大地坐标系是采用大地纬度、经度和大地高程来描述空间位置的。
纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角；大地高师空间的点沿着参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。
附：经度和纬度的详细概念，呵呵。
经度和纬度都是一种角度。
经度是个面面角，是两个经线平面的夹角。
因所有经线都是一样长，为了度量经度选取一个起点面，经1884年国际会议协商，决定以通过英国伦敦近郊、泰晤士河南岸的格林尼治皇家天文台（旧址）的一台主要子午仪十字丝的那条经线为起始经线，称为本初子午线。
本初子午线平面是起点面，终点面是本地经线平面。
某一点的经度，就是该点所在的经线平面与本初子午线平面间的夹角。
在赤道上度量，自本初子午线平面作为起点面，分别往东往西度量，往东量值称为东经度，往西量值称为西经度。
由此可见，一地的经度是该地对于本初子午线的方向和角距离。
本初子午线是0°经度，东经度的最大值为180°，西经度的最大值为180°，东、西经180°经线是同一根经线，因此不分东经或西经，而统称180°经线。
纬度是个线面角。
起点面是赤道平面，线是本地的地面法线。
所谓法线，即垂直于参考扁球体表面的线。
某地的纬度就是该地的法线与赤道平面之间的夹角。
纬度在本地经线上三：平面坐标系（这里主要将gis中高斯－克吕格尔平面直角坐标系，不是数学里面的平面坐标系）高斯－克吕格尔平面直角坐标系Gauss-Krüger plane rectangular coordinates system根据高斯-克吕格尔投影所建立的平面坐标系,或简称高斯平面坐标系。
地理坐标系、大地坐标系与地图投影与重投影详解
地理坐标系、大地坐标系与地图投影与重投影详解地理坐标系、大地坐标系与地图投影与重投影详解一、基本概念首先简单介绍一下地理坐标系、大地坐标系以及地图投影的概念：•地理坐标系：为球面坐标。
参考平面地是椭球面，坐标单位：经纬度；•投影坐标系：为平面坐标。
参考平面地是水平面，坐标单位：米、千米等；•地理坐标转换到投影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）从以上三个概念相应到可以涉及到三个问题：•地理坐标系的定义，即参考椭球面的标准，地球是一个不规则的球形，因此若用经纬度去定义地球上的位置，一定会对地球做了相应的抽象。
•投影坐标系的定义，在小范围内可以认为大地是平面的，而整体上来说地球是球形的，因此大地坐标对于不同的地区肯定是不一样的。
一个坐标系肯定会涉及到坐标原点、坐标轴的位置，这也是大地坐标系需要考虑的问题。
•从地理坐标到投影坐标是将不规则的球面展开为平面的过程，因此也是一个将曲面拉平的过程。
从生活经验中可以看出这是一个无法精确处理的问题（例如，在剥桔子的时候，如果不破坏橘子皮是无法从原来的“曲面”展开为平面的），这边涉及到了投影方法的问题针对上面三个问题，本文将一一介绍。
二、对不规则的抽象——地球空间模型地球的自然表面是崎岖不平的，在地理课本上我们会看到对地球形状的描述：地球是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。
不难看出在地球的自然状态下其表面并不是连续不断的，高山、悬崖的存在，使得地球表面存在无数的凸起和凹陷，因此，对地球表面的第一层抽象，大地水准面即得到了一个连续、闭合的地球表面。
大地水准面的定义是：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面，这就是大地水准面。
它是重力等位面。
在大地水准面的基础上可以建立地球椭球模型。
大地水准面虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体，这个椭球体称为地球椭球体。
地心大地坐标系的定义
GNSS坐标系统及转换
二、参考椭球面和参心坐标系
参考椭球面
地球表面 陆地
海洋 大地水准面 参考椭球
GNSS坐标系统及转换
二、参考椭球面和参心坐标系
1、椭球定位和定向概念 • 椭球的类型:
参考椭球: 具有确定参数(长半径 a和扁率α)，
经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最 佳拟合的地球椭球.
GNSS坐标系统及转换
一、地心坐标系统
定义
• 国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的 指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。
• 2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球 的质量中心；
• 2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球 参考极的方向（该历元的指向由国际时间局（BIH）给定 的历元为1984.0的初始指向推算）
GNSS坐标系统及转换
二、参考椭球面和参心坐标系
1980年国家大地坐标系 类型：：参心坐标系 建立：：进行了我国的天文大地网整体平差，采用新
的椭球元素，进行了定位和定向 大地原点：陕西省泾阳县永乐镇 椭球：1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届年会
GNSS坐标系统及转换
二、参考椭球面和参心坐标系
二、参考椭球面和参心坐标系
❖ 地心坐标系和参心坐标系的特点 – 地心坐标系适合于全球用途的应用 – 参心坐标系适合于局部用途的应用 • 有利于使局部大地水准面与参考椭球面符合更好 • 保持国家坐标系的稳定 • 有利于地心坐标的保密
GNSS坐标系统及转换
二、参考椭球面和参心坐标系
3、 我国的大地坐标系
一、地心坐标系统
2、大地空间直角坐标系（space rectangular coordinate system）
坐标系统基本概念
坐标系统基本概念什么是大地坐标系？大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。
地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。
大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。
一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。
参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
注：这句话意味着，只要确定参考椭球，就可建立大地坐标，就是说大地坐标系可以人为确定，不是只有一种标准。
什么是54北京坐标系？新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。
到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。
什么是WGS－84坐标系？WGS－84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。
什么是地图投影？地图投影是研究把地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转绘到平面上的方法及其变形问题。
地图投影的方法有几何法和解析法。
几何法是以平面、圆柱面、圆锥面为承影面，将曲面（地球椭球面）转绘到平面（地图）上的一种古老方法，这种直观的透视投影方法有很大的局限性。
解析法是确定球面上的地理坐标与平面上对应点的直角坐标之间的函数关系。
注：一些网上所谓的坐标转换即为相应坐标系下的经纬度和直角坐标的转换，而并非不同坐标系下的关系换算。
空间坐标系统标准，地球上的任何一点都有其相应的空间坐标。
空间坐标有两种，一是大地坐标（也称地理坐标），用经纬度坐标进行定位；二是投影坐标，即地球表面上的点投影到平面后的直角坐标（X、Y）。
●●大地坐标系、地理坐标系、投影坐标系
●●大地坐标系、地理坐标系、投影坐标系大地坐标系是大地测:量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。
地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。
大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。
- 个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。
参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
大地坐标系是一种伪地理坐标系。
大地坐标系为右手系。
建立大地坐标系，规定以椭球的赤道为基圈，以起始子午线(经过英国格林威治天文台的子午线)为主圈。
对于图中椭球面上任一点而言，其大地坐标为:大地经度L- - -过P点的子午面与起始子午面间的夹角。
由格林威治子午线起算，向东为正，向西为负。
大地纬度B- - - 在P点的子午面.上, P点的法线PK与赤道面的夹角。
由赤道起算，向北为正,向南为负。
在大地坐标系中，两点间的方位是用大地方位角来表示。
例如P 点至R点的大地方位角A,就是P点的子午面与过P点法线及R点所作平面间的夹角，由子午面顺时针方向量起。
地理坐标系(Geographic Coordinate System)，是使用三维球面来定义地球表面位置，以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。
-个地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和参考椭球体三部分。
在球面系统中，水平线是等纬度线或纬线。
垂直线是等经度线或经线。
地理坐标系依据其所选用的本初子午线、参考椭球的不同而略有区别。
地理坐标系可以确定地球上任何- -点的位置。
首先将地球抽象成- -个规则的逼近原始自然地球表面的椭球体，称为参考椭球体，然后在参考椭球体上定义一系列的经线和纬线构成经纬网，从而达到通过经纬度来描述地表点位的目的。
需要说明的是经纬地理坐标系不是平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其直接量测面积长度。
投影坐标系(Projection coordinatesystem)平面坐标系统地图单位通常为米，也称非地球投影坐标系统(notearth)，或者是平面坐标。
GIS 坐标系统详解精品文档7页
坐标系统是GIS图形显示、数据组织分析的基础，建立完善的坐标投影系统对于GIS应用来说是非常重要的。
GIS的坐标系统大致有三种：Plannar Coordinate System（平面坐标系统）、Geographic Coordinate System(地理坐标系统）、Projection Coordinate System(投影坐标系统)。
这三者并不是完全独立的，而且各自都有各自的应用特点。
如平面坐标系统常常在小范围内不需要投影或坐标变换的情况下使用，在Arcgis中，默认打开数据不知道坐标系统信息的情况下都当作Custom CS处理，也就是平面坐标系统。
而地理坐标系统和投影坐标系统又是相互联系的，地理坐标系统是投影坐标系统的基础之一，二者的区别联系在下文详述，下面先搞清楚几个基本的概念1、椭球面(Ellipsoid)地图坐标系由大地基准面和地图投影确定，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，因此每个国家或地区均有各自的大地基准面，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IAG 75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GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标系统，WGS84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的坐标系。
因此相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。
采用的3个椭球体参数如下（源自“全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2001”）：椭球体长半轴短半轴Krassovsky63782456356863.0188IAG 7563781406356755.2882WGS 8463781376356752.3142理解：椭球面是用来逼近地球的，应该是一个立的椭圆旋转而成的。
【精品】深入理解=地理坐标系=大地坐标系56677
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:Krasovsky_1940SemimajorAxis:6378245。
0000000SemiminorAxis：6356863。
000000InverseFlattening（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_1954。
-—-—----—-—-——---—-—-—-—--—--—-—————--—————---———-——————--———--——--—-—-—-——----—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_Beijing_1954Spheroid（参考椭球体）：Krasovsky_1940SemimajorAxis：6378245.0000000SemiminorAxis:6356863。
大地坐标系统
大地坐标系统 怂来源：中国勘察测绘网 作者：发布时间：2009.04.081椭球体 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。
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。
基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只一个椭球体。
椭球体的几何定义：O 是椭球中心，NS 为旋转轴，a 为长半轴，b 为短半轴。
子午圈：包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。
纬圈：垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆，也叫平行圈赤道：通过椭球中心的平行圈。
Pulkovo 卜基帛|h|北京開服范廁基本几何参数:a-b椭圆的扁率-e = -------------椭圆的第一偏心率■-椭圆的第二偏心率其中a、b称为长度元素；扁率a反映了椭球体的扁平程度。
偏心率e和e'是子午椭圆的焦点离开中心的距离与椭圆半径之比，它们也反映椭球体的扁平程度，偏心率愈大，椭球愈扁。
套用不同的椭球体，同一个地点会测量到不同的经纬度。
下面是几种常见的椭球体及参数列表。
几种常见的椭球体参数值克拉索夫斯基椭球体1975年国际椭球体WGS-84椭球体6 378 137.000 000 000 0a 6 378 245.000 000 0000( m 6 378 140.000 000 000 0（m（m）6 356 863.018 773 047 3( m 6 356 755.288 157 528 7 ( m) 6 356 752.314 2 ( m6 399 698.901 782 711 0 (m 6 399 596.651 988 010 5 (m) 6 399 593.625 8 ( ma1/ 298.3 1 / 298.2571/298.257 223 563e20.006 693 421 622 9660.006 694 384 999 5880.006 694 379 901 3e'20.006 738 525 414 6830.006 739 501 819 4730.006 739 496 742 272、地图投影地球是一个球体，球面上的位置，是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系統”或“地理坐标系統”。
大地坐标系
大地坐标系1、椭球体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。
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。
基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只能对应一个椭球体。
椭球体的几何定义：O是椭球中心，NS为旋转轴，a为长半轴，b为短半轴。
子午圈：包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。
纬圈：垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆，也叫平行圈。
赤道：通过椭球中心的平行圈。
基本几何参数：椭圆的扁率椭圆的第一偏心率椭圆的第二偏心率其中a、b称为长度元素；扁率α反映了椭球体的扁平程度。
偏心率e和e’是子午椭圆的焦点离开中心的距离与椭圆半径之比，它们也反映椭球体的扁平程度，偏心率愈大，椭球愈扁。
套用不同的椭球体，同一个地点会测量到不同的经纬度。
下面是几种常见的椭球体及参数列表。
几种常见的椭球体参数值克拉索夫斯基椭球体1975年国际椭球体WGS-84椭球体a6 378 245.000 000 000 0（m）6 378 140.000 000 000 0（m）6 378 137.000 000 000 0（m）b6 356 863.018 773 047 3（m）6 356 755.288 157 528 7（m）6 356 752.314 2（m）c6 399 698.901 782 711 0（m）6 399 596.651 988 010 5（m）6 399 593.625 8（m）α1／298.31／298.2571/298.257 223 563e20.006 693 421 622 9660.006 694 384 999 5880.006 694 379 901 3e’20.006 738 525 414 6830.006 739 501 819 4730.006 739 496 742 272、地图投影地球是一个球体，球面上的位置，是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系統”或“地理坐标系統”。
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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:Krasovsky_1940SemimajorAxis:6378245。
0000000SemiminorAxis：6356863。
000000InverseFlattening（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_1954。
-—-—----—-—-——---—-—-—-—--—--—-—————--—————---———-——————--———--——--—-—-—-——----—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_Beijing_1954Spheroid（参考椭球体）：Krasovsky_1940SemimajorAxis：6378245.0000000SemiminorAxis:6356863。
000000InverseFlattening：298.30100002、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_Kruger Parameters:False_Easting：500000。
000000False_Northing:0。
000000Central_Meridian:117。
000000Scale_Factor:1.000000Latitude_Of_Origin:0。
000000 LinearUnit:Meter(1.000000) GeographicCoordinateSystem：Name:GCS_Beijing_1954Alias:Abbreviation:Remarks:AngularUnit:Degree（0。
9943299) PrimeMeridian:Greenwich（0。
0000000) Datum:D_Beijing_1954Spheroid:Krasovsky_1940 SemimajorAxis：6378245。
0000000SemiminorAxis：6356863.000000InverseFlattening:298。
3010000从参数中可以看出,每一个投影坐标系统都必定会有GeographicCoordinateSystem。
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，又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！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是我们使用最多的坐标系先简单介绍高斯-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，1：2.5万－1：50万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，全球共分120个投影带。
为了便于地形图的测量作业，在高斯-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值的百千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。
8m。
在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目录中,我们可以看到四种不同的命名方式：Beijing19543DegreeGKCM75E.prjBeijing19543DegreeGKZone25.prjBeijing1954GKZone13.prjBeijing1954GKZone13N。
prj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，横坐标前不加带号在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Xian1980目录中，文件命名方式又有所变化：Xian19803DegreeGKCM75E.prjXian19803DegreeGKZone25。
prjXian1980GKCM75E。
prjXian1980GKZone13。
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:是由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,由于方里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。
在1：1万-—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——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.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（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=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。
5~185。
5度之间,那么对应的中央子午线的经度=（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载。
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6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。
由于采用的椭球基准不一样,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。