GIS基本概念解释与区分

●地球椭球体

地球表面是一个凹凸不平的表面，对于地球测量而言，地表是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量和制图的基准面。假设一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体则为地球椭球体，其表面是一个规则的数学表面，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面，因此有了地球椭球体的概念。

●基准面

当一个旋转椭球体的形状与地球相近时，基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置。基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架。它定义了经线和纬线的原点及方向。

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。

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，一般意义上基准面与参考椭球体是同一个概念。

当更改基准面或修正基准面时，地理坐标系（数据的坐标值）将发生改变。

例：

以下是加利福尼亚州雷德兰兹的一个控制点基于北美洲基准面1983（NAD 1983 或NAD83）的度分秒(DMS) 坐标：

34 01 43.77884 -117 12 57.75961

该点在北美洲基准面1927（NAD 1927 或NAD27）中的坐标是：

34 01 43.72995 -117 12 54.61539

●椭球体与基准面

假象地球是一颗马铃薯，表面凹凸不平，而地球椭球体就好比一个“鸭蛋”，基准面就定义了怎么拿这个“鸭蛋”去逼近“马铃薯”的某一个区域的表面，X、Y、Z轴进行一定的偏移（ΔX、ΔY、ΔZ），并各自旋转一定的角度（ωX、ωY、ωZ），大小不适当的时候就缩放（K）一下“鸭蛋”，经过以上处理就可以很好的逼近地球某一区域。所以每个国家或地区均有各自的基准面。

●投影坐标系统

投影坐标是一种平面坐标，即用直角坐标（x,y）、极坐标（r, ）等表示的（球面上的点是用地理坐标表示的，即经纬度，是球面坐标）。

在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，就是地图投影方法。

投影与坐标系无特定关系，比如北京54坐标系，可以使用高斯投影投影为北京54高斯

平面直角坐标，也可以用墨卡托投影投影为另一种平面坐标。

举个例子，野外采集GPS数据，数据是用大地坐标表示的，也就是用经纬度和高程表示。而采集的数据要在地图上显示出来，就需要将经纬度转化为平面坐标，也就是通常说的x,y坐标。因为我国地形图一般采用高斯投影，所以通常转化成高斯平面坐标显示到地图上。而在经纬度向平面坐标转化的过程中，需要用到椭球参数，因此要考虑所选的坐标系。

●坐标转换（详见PPT）

平面坐标转换：四参数、校正参数

球面坐标转换（椭球转换）：七参数、三参数（七参数的简化）

不同参考椭球下的平面坐标之间不能直接转换，可以通过下图的流程转换，如北京54与西安80之间的转换。

同一个参考椭球下的平面坐标之间可以直接转换（通过四参数法等）

●坐标系表达形式

在大地测量学中，坐标系分为两大类：地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系是坐标系原点与地球质心重合的坐标系，参心坐标系是坐标系原点位于参考椭球体中心，但不与地球质心重合的坐标系。

我国使用的1954北京坐标系，1980西安坐标系都属于参心坐标系。GPS中使用的世界大地坐标系WGS－84属于地心坐标系，我国最近开始启用的中国大地坐标系2000（即

CGCS2000），也属于地心坐标系。

以上两大类坐标系都有下列几种表达形式：

1.空间大地坐标系，即大地经纬度（B，L，H）形式

2.空间直角坐标系，即三维空间坐标（X，Y，Z）形式

3.投影平面直角坐标系。即二维平面坐标（x，y，h）形式