地理坐标系

要想实现空间位置的精确定位，并可以实现空间距离、 要想实现空间位置的精确定位，并可以实现空间距离、 面积的计算以及空间数据在平面上轻松显示只有通过地图投 从三维转换到二维， 影，从三维转换到二维，从地理坐标系统转换到平面的笛卡 尔坐标系统。 尔坐标系统。地图投影就是将位置数据从一个球体转变到一 个可展开面的过程。 个可展开面的过程。一个可展开面能被表示在一个完全水平 的面上。球体是不能展开的， 的面上。球体是不能展开的，因为它永远不能变为一个完全 水平的面，即使一个球面被分成许多很小的部分， 水平的面，即使一个球面被分成许多很小的部分，但没一块 仍然保留着原始的弯曲。 仍然保留着原始的弯曲。因此在制图中就需要一个系统地将 位置数据从球体转变成一个可展开面的过程—地图投影 地图投影。 位置数据从球体转变成一个可展开面的过程 地图投影。 地图投影： 地图投影：在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的 数学方法，称为地图投影。 数学方法，称为地图投影。 地图投影的实质是将地球椭球面上的经纬网按照一定的数 学法则转移到平面上。 学法则转移到平面上。
5、GIS地图投影中椭球体的选择 、 地图投影中椭球体的选择 PC Arc/Info中提供的地球椭球体主要有： Clarke1866 Clarke1880 Bessel（贝塞尔） Int1967 Int1909 WGS72 Everest WGS66 GRS80 NAD83 Airy Modeverest Modairy Walbeck Seasia Australian Krasovsky Hough Mercury 1960 Mercury 1968 Fischer1960 Fischer1968 Modifiedfischer1960 Sphere Helmert1906 SouthAmerican1969 WGS84 我国常用的椭球体参数选择： 我国常用的椭球体参数选择：Krasovsky GRS80
后面所有提到的 地图投影都是基于椭 球体的。 球体的。
2、地球椭球体的概念 、
地球表面是一个起伏不平， 地球表面是一个起伏不平，十分不规则的表 这样的面是没有办法用数学公式表达的， 面，这样的面是没有办法用数学公式表达的，所 以在测量和制图时， 以在测量和制图时，必须使用一个规则的曲面来 代替地球的自然表面，这个面就是大地水准面。 代替地球的自然表面，这个面就是大地水准面。 大地水准面：海洋静止时，它的自由水面必 大地水准面：海洋静止时， 定与该面上各点的重力方向成正交， 定与该面上各点的重力方向成正交，这个面叫水 准面。 准面。那么一个精致的平均海水面船过大陆和岛 屿形成一个闭合的曲面，就是大地水准面。 屿形成一个闭合的曲面，就是大地水准面。 整体上看， 整体上看，大地水准面是一个很接近于绕地 球自转轴（短轴）旋转的椭球体。所以在测量和 球自转轴（短轴）旋转的椭球体。 制图中就用旋转椭球体来代替大地球体， 制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋 转球体通常称地球椭球体。 转球体通常称地球椭球体。
一点特殊的说明： 北京坐标系和 北京坐标系和80西安坐标系区别 一点特殊的说明：54北京坐标系和 西安坐标系区别 我国1954年在北京设立了大地坐标原点，由此计算 年在北京设立了大地坐标原点， 我国 年在北京设立了大地坐标原点 出来的各大地控制点的坐标，称为1954年北京坐标系。 年北京坐标系。 出来的各大地控制点的坐标，称为 年北京坐标系 我国1986年宣布在陕西省西安市设立了新的大地坐标原 我国 年宣布在陕西省西安市设立了新的大地坐标原 并采用1975年国际大地测量协会推荐的大地参考椭 点，并采用 年国际大地测量协会推荐的大地参考椭 球体，由此计算出来的各大地控制点坐标，称为1980年 球体，由此计算出来的各大地控制点坐标，称为 年 大地坐标系。 大地坐标系。
1954北京坐标系不是按照椭球定位的理论独立建立起来的，而 是采用克拉索夫斯基椭球参数，并经过东北边境的呼玛、吉拉 林、东宁三个基线网，同原苏联的大地网联接，通过计算得到 我国北京一主干三焦点的大地经纬度和至另一点的大地方位角， 建立起我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此， 1954年北京坐标系，实际上是苏联1942年坐标系的延伸，其原 点不在北京，而在苏联普尔科沃。普尔科沃的坐标 为 <BR&NBSP; /> <BR&NBSP;> 59。46&acute; 18&acute;&acute;.55(N) <BR&NBSP; /> <BR&NBSP;> 30。 19&acute; 42&acute;&acute;.09(E) <BR&NBSP; /><BR&NBSP;> <BR&NBSP; /> <BR&NBSP;>
IUGG—国际大地测量及地球物理联合会 国际大地测量及地球物理联合会
我国在1952年以前主要采用的是海 年以前主要采用的是海 我国在 福特（ 福特（Hayford）椭球体，从1953年到 ）椭球体， 年到 1980年采用克拉索夫斯基椭球体。我国 年采用克拉索夫斯基椭球体。 年采用克拉索夫斯基椭球体 1980年以后开始采用 年以后开始采用GRS（1975）新参 年以后开始采用 （ ） 考椭球体系。 考椭球体系。目前采用克拉索夫斯基椭 球体和GRS80（1980）的比较多。 球体和 （ ）的比较多。
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3、地球椭球体的定义 、
为提高制图精度， 为提高制图精度，定义不同的椭球体是 必需的。为了更好的了解地球表面特征， 必需的。为了更好的了解地球表面特征，特 别是特殊的不规则的变化。 别是特殊的不规则的变化。地球已经被测量 过很多次。 过很多次。多次的大地测量产生了代表地球 的许多椭球体。 的许多椭球体。
地理坐标系统表面形状和尺寸大小是通过球体和椭球体 来定义的。尽管地球最好是用椭球体来表示。 来定义的。尽管地球最好是用椭球体来表示。但有时为了数学 计算的方便，地球也被看作一个球体。 计算的方便，地球也被看作一个球体。将地球假设为一个球体 的前提是对小比例尺地图是可行的（比例尺为<1:5000000）。 的前提是对小比例尺地图是可行的（比例尺为 ）。 在这种比例尺水平上， 在这种比例尺水平上，在地图上球体和椭球体之间的差别就不 容易发觉了。然而对于大比例尺地图（比例尺为1:1000000或 容易发觉了。然而对于大比例尺地图（比例尺为 或 者更大），为了保持精度，必须使用椭球体来表示地球的形状。 ），为了保持精度 者更大），为了保持精度，必须使用椭球体来表示地球的形状。 在这两种比例尺之间的地图， 在这两种比例尺之间的地图，选择球体还是椭球体取决于地图 的用途和数据的精度。 的用途和数据的精度。
经纬度的定义： 经纬度的定义：
在南北两极中间的那条纬线被称为赤道， 在南北两极中间的那条纬线被称为赤道，它定义了零纬度 定义零经度的子午线被称作本初子午线。 线。定义零经度的子午线被称作本初子午线。大部分地理坐标 系统的本初子午线都是经过英国格林尼治天文台的那条纬线， 系统的本初子午线都是经过英国格林尼治天文台的那条纬线， 其它一些国家也使用经过伯尔尼、 其它一些国家也使用经过伯尔尼、波哥大或者巴黎的子午线线 作为本初子午线。 作为本初子午线。 因此地理坐标系统的原点（ ， ） 因此地理坐标系统的原点（0，0）点，就是赤道和本初子 午线的交点。根据赤道和本初子午线把地球表面划分为东、 午线的交点。根据赤道和本初子午线把地球表面划分为东、西、 北四个地理象限。 南、北四个地理象限。 经纬线的值一般采用十进制的度或者六十进制的度、 经纬线的值一般采用十进制的度或者六十进制的度、分、 秒来衡量。纬度的值域介于正负90度之间 度之间； 秒来衡量。纬度的值域介于正负 度之间；经度的变化范围从 度到＋ 度 －180度到＋180度。 度到
尽管， 尽管，在地理坐标系中利用经纬度可以定位球面上的精 确位置，但是经纬度是不一致的衡量单位， 确位置，但是经纬度是不一致的衡量单位，它们之间无法进 行一般的计算。 行一般的计算。 只有在赤道上一个精度代表的距离才近似地等于一个 纬度所代表的距离。 纬度所代表的距离。这是因为赤道是东西向纬线中唯一一个 同经线圈一样大的大圆。那么从赤道向南北方向， 同经线圈一样大的大圆。那么从赤道向南北方向，纬线圈变 得越来越小，直到在南北两极成为一个点。 得越来越小，直到在南北两极成为一个点。这个点也是经线 交汇的点，这里一个经度所表示的距离减少为0。 交汇的点，这里一个经度所表示的距离减少为 。在克拉克 1866椭球体上，在赤道一经度等于 椭球体上， 椭球体上 在赤道一经度等于111.321Km，可是在纬度 ， 度时， 为60度时，只有 度时 只有55.802Km。既然经纬度没有一个长度标准， 。既然经纬度没有一个长度标准， 就不能精确的测量长度和面积； 就不能精确的测量长度和面积；也不可能在平面图或着电脑 屏幕上很容易显示坐标数据。 屏幕上很容易显示坐标数据。
1、球体系统空间位置的定义 、
地理坐标系统（ 地理坐标系统（GCS）使用 ） 三维球面来定义地球表面上 的空间位置。 的空间位置。GCS一般被错 一般被错 误的认为是空间事物参照的 数据集，其实GCS包括一个 数据集，其实 包括一个 测定的角度、 测定的角度、本初子午线以 及参照数据集。 及参照数据集。 地球表面上一个点用经度 和纬度值来定义。 和纬度值来定义。经纬度 是从地球中心到地球表面 上这个点的角度量算的， 上这个点的角度量算的， 其单位用度来表示。 其单位用度来表示。
在球体系统中， 在球体系统中，水平线或者东西方向线一般是具有相 同纬度的线，或者是一些平行线； 同纬度的线，或者是一些平行线；而垂直线或者南北向的 线是具有相同的经度的线，也称为子午线。 线是具有相同的经度的线，也称为子午线。这些线共同包 围着球面，形成格状网络，被称作为经纬网。 围着球面，形成格状网络，被称作为经纬网。
地理坐标系统（Geography
Coordinate System） ）
左面是在PC Arc/Info中 左面是在 中 实现由Transvers投影到 实现由 投影到 地理坐标系 投影） （Geographic投影）的 投影 AML宏命令。 宏命令。 宏命令 发现坐标转换过程 中有两个参数很重要， 中有两个参数很重要， 是必须要知道的。 是必须要知道的。 即输入和输出过程中必 须给出不同投影类型的 椭球体（旋转椭球体）。 椭球体（旋转椭球体）。
4、我国常用地球椭球体 、 名称及元素值表
国家或 名称 机构 白塞尔 德国 克拉克 英国 海福特 美国 克拉索 前苏联 夫斯基 GRS IUGG GRS IUGG 年代 1841 1880 1909 1940 1975 1980 长半径 短半径 （m） （m） 6377397 6356079 6378249 6356515 6378388 6356912 6378245 6356863 6378140 6356755 6378137 6356752 扁率 1：299.150 1：293.470 1：297.000 1：298.300 1：298.257 1：298.257
但是随着人造地球卫星的发射， 但是随着人造地球卫星的发射，有了更 精密的测算地球形体的条件。在美国， 精密的测算地球形体的条件。在美国，卫星 技术已经揭示了几种椭圆偏差， 技术已经揭示了几种椭圆偏差，例如南极比 北极更接近赤道一些。 北极更接近赤道一些。所以卫星技术决定的 椭球体正在取代老的大地测量的椭球体。 椭球体正在取代老的大地测量的椭球体。例 如北美洲新标准的椭球体也从克拉克1886变 如北美洲新标准的椭球体也从克拉克 变 为GRS1980（Geodetic Reference System of （ 1980）。 ）。
选择一个椭球体适合一个国家和一个特殊的区域， 选择一个椭球体适合一个国家和一个特殊的区域， 一种椭球体最好的适合于一个地区， 一种椭球体最好的适合于一个地区，不可能同样的适合 于另外一个地区。 于另外一个地区。 例如北美洲的椭球体数据是由克拉克在1866年确定 年确定 例如北美洲的椭球体数据是由克拉克在 这种椭球体被称作克拉克（ 的，这种椭球体被称作克拉克（Clarke）1866，它的参 ） ， 数为：长半轴为6378206.4米，短半轴为 数为：长半轴为 米 短半轴为6356583.8米。 米 扁平率和离心率很容易得到。 扁平率和离心率很容易得到。