空间坐标参考讲解

A
H´A
任意水准面 HA
大地水准面 铅垂线
hAB
H´B HB
坐标参考系统
我国的大地坐标系
❖ 1949年以后，我国采用了两种不同的大地坐标系， 即1954年北京坐标系和80国家大地坐标系，它们均 属参心大地坐标系。
❖ 不同的参考椭球确定不同的参心坐标系。
❖ 相同的地球椭球元素，但定位和定向不同， 也将构 成不同的参心坐标系。
已知其中两个元素 （包含a或b）, 就可以推算其他三 个元素。
GRACE 重力场
GRACE卫星获取的地球重力场
Puerto Rico Trench
Himalaya/ Tibetan Plateau
Peru Chile Trench
Southwest Indian Ridge
地球椭球体基本要素
地球的大小
坐标参考系统
80坐标系
由于1954年北京坐标系（简称54坐标系）存在许多缺点和问题， 1980年我国建立了新的大地坐标系（简称80坐标系），其要点是： ❖ 属参心大地坐标系； 采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数。数值采用 1975年国际大地测量学联合会（IUG）第16届大会上的推荐值， 其结果是： ❖ 地球长半轴= 6 378 140.000 000 000 0m 地球短半轴= 6 356 755.288 157 528 7m ❖ 大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原 点； ❖ 大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
Map Projection - the transformation of a curved earth to a flat map
地球模型
水准面
铅垂线
地球椭球体
地球表面 大地水准面
地理模型
地球椭球体
地球椭球的基本元素常用符号a，b，α，e和e' 表示 符号的名称和公式为： 长半轴=a；短半轴=b；扁率α=(a-b)/a；
地理信息系统的数据结构
第一节 地理空间及其表达 第二节 地理空间数据及其特征 第三节 空间数据结构的类型 第四节 空间数据结构的建立
邬伦，刘瑜，张晶，等.地理信息系统原理、方法和应用.北 京：科学出版社，2001 蔡孟裔，毛赞猷，田德森等. 新编地图学教程.北京：高等教育出版社
第一节 地理空间及其表达
❖ 把地面大地网归算到地球椭球面上，确定它同大地 的相关关系位置，这就是所谓椭球的定位和定向问
题。
坐标参考系统
54坐标系
我国1954年完成了北京天文原点的测定工作，建立了1954年北京 坐标系。1954年北京坐标系是原苏联1942年普尔科沃坐标系在我 国的延伸，但略有不同，其要点是： ❖属参心大地坐标系； ❖采用克拉索夫斯基椭球参数（6878245m，f = 1：298.3）； ❖大地原点是原苏联的普尔科沃； ❖大地点高程是以1954年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基 准；高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准 起算值，按我国天文水准路线推算出来的； ❖1954年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成果是 局部平差结果。
高程 地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程。如图所示，
P0P0'为大地水准面，地面点A和B到P0P0'的垂直距离HA 和HB为A、B两点的绝对高程。地面点到任一水准面的高 程，称为相对高程。如图2中，A、B两点至任一水准面 P1P1'的垂直距离HA'和HB'为A、B两点的相对高程。
地球椭球体基本要素—高程
西为负。点P地对于椭球的法线P地Kp与赤道面 的夹角B，叫做点P地的大地纬度，由赤道面起 算，向北为正，向南为负。点P地沿法线到椭 球面的距离H叫做大地高，从椭球面起算，向
外为正，向内为负。
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准，
72.2604米
第二节 地理空间数据及其特征
（3）面状分布特征 如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊
（4）体状分布特征 如高层建筑、云体、山体、矿体等。
点实体
关于地球椭球体的大小，由于采用不同的资料推算，椭 球体的元素值是不同的。现将世界各国常用的地球椭球体 的数据列表如下：
表：各种地球椭球体模型
椭球体名称
年代
白塞尔(Bessel) 1841
克拉克(Clarke) 1880
克拉克(Clarke)
1866
海福特(Hayford) 1910
克拉索夫斯基
1940
2.1 空间数据类型 2.2 空间数据的基本特征 2.3 空间数据的计算机表示
2.1空间数据类型
一、GIS空间数据的来源
地图数据 影像数据 文本数据
二、按数据结构
三、按几何特征
（1）点状分布特征 如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰
（2）线状分布特征 河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界
长半轴 （米）
637739 7
637824 9
637820 6
637838 8
637824 5
短半轴 （米）
635607 9
635651 5
635658 4
635691 2
635686 3
扁率 1：299.15 1：293.5 1：295.0 1：297 1：298.3
6378140
地球椭球体基本要素
坐标参考系统
地理坐标系 ： 纬度，经度，任一点位置的确定 平面坐标系：平面极坐标系，平面直角坐标系
大地坐标确定后，空间一点的大地坐标用
大地经度L、大地纬度B和大地wenku.baidu.com度H表示。如 图所示，地面上的点P地的大地子午面NPS与起 始大地子午面所构成的二面角L，叫点P地的大
地经度，由起始子午面起算，向东为正，向
GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理 数据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地 理基础——统一的空间参考系统来实现。
地理空间 大气电离层到莫霍面之间的生命活动最活跃的区
域，包括空间定位框架（大地测量控制，由平面控 制网和高程控制网组成）及其所联结的特征实体
内容回顾
一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因 为GIS所描述是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体 建立的地理坐标（经纬网）可以作为所有要素的参照系统。 因为地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显 示在平面的显示器或纸面上，必须进行坐标变换。