GIS开发中的坐标种类1天文台

By admin in 天文台 on 2019年1月25日

 

     
如何规定地球上的一点的精确地点?那是地理坐标系统要回应的问题。由于地球是一个圆球,把地球上的某些转移到二维的平面地图上,着重用户挑选的阴影坐标体系。

地球表面是曲面,而地图是二维的平面,分多少个步骤来形成投影:

1)
确定地球椭球体(Spheroid/Ellipsoid),要求长半轴、短半轴、曲率多个参数。(模拟地球的形状

2)
若要逼近某一定地点,则需求海内外基准(Geodetic
Datum)。(椭球体的原点the position of the origin、方向 the
orientation、缩放比例 the
scale等)我国现在使用斯特拉斯堡1980坐标系基准点,同时也有国家1985高程基准。

3)
如何投影,那就关系高斯-克吕格投影等众多阴影方式的存在,等角等积等距离,方位圆柱圆锥等分类。

 

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坐标系(coordinate
system、CS)
:由八个、七个甚至越多少个坐标轴,单位标度等构成,使得可选用数学法则计算距离、角度或其他几何元素。如坐标轴相互垂直的笛卡尔(Cartesian)坐标系;坐标轴不必相互垂直的仿射(affine)坐标系;用经纬度、高程来确定点地方的椭球面(ellipsoidal)坐标系等。

坐标参照系(coordinate reference
system、CRS)
:通过基准面(datum)与忠实世界或者说地球相关联的坐标系即坐标参照系。基准面是椭球体用来逼近某所在用的,由此各种国家都有各自的基准面。大家常用的基准面有:BEIJING1954,XIAN1980,WGS1984等。尽管两岸有所差距,但出于人懒,在GIS中提及坐标系一般也指坐标参照系。坐标参照系有无数重中之重子类和帮衬类,例如地理坐标系、投影坐标系、地心坐标系、时间坐标系等。

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地心坐标系(geocentric
cs、GEOCCS)
:以地球中央为原点,直接用X、Y、Z来拓展岗位的叙说,无需模拟地球球面,常用在GPS中。

地理坐标系(geographic
cs、GEOGCS)
:带Datum的椭球面坐标系,单位经度、纬度,高程用作第三维。参数:椭球体、基准面。

阴影坐标系(projected
cs、PROJCS)
:平面坐标系,单位米、英尺等,它用X(Easting)、Y(诺思ing)来叙述地球上某个点的地方。它对应于某个地理坐标系,在UML中表示属于1对多的关联,1个地理坐标系经过不一致的黑影方式可发出八个黑影坐标系。参数:地理坐标系、投影情势。

坐标操作(coordinate
operation):从一个坐标参照系到另一个一定的坐标改变(change)。包罗坐标转换(coordinate
conversion)
坐标变换(coordinate
transformation)
,坐标转换三个坐标参照系是按照同一个Datum的,而坐标变换前后的基准面不均等。由于历史由来(?),名字和实在意义混淆着用了,在展开坐标操作的时候须要留意。

上述坐标操作的牵线来源于OGC文件,实际上更易于明白的是此外一种分类方法:地理变换和投影变换。地理变换是在地理坐标系之间的进展数量转换的艺术,基准可能两样,有三参数和七参数法。当系统所运用的多少来源于分歧的地图投影,则必要将一种影子的多寡转换成另一种影子,这就必要展开投影变换

 
那边对在ArcGIS中时常使用的二种坐标连串——地理坐标系统和阴影坐标体系——进行认识。
地理坐标系统(Geographic coordinate
system),也可称为真正世界的坐标系,是确定地物在地球上岗位的坐标系。它是以经纬度为地图的储存单位的,而经纬度是角度。要确定地球上或多或少的坐标必须对地球举办数字模拟,须求抽象出一个与地球相似的椭球体,并且那几个椭球体拥有瞬间特征:可以拓展量化总计的,具有长半轴、短半轴、偏心率。
由于推求椭球体的年份、使用的不二法门以及测定的地域不一致,其结果往往并分歧,由此地球椭球体的参数值有广大种,如海福特(Ford)(Hayford)、克拉索夫斯基(Krasovsky)、I.U.G.G等。中国在1952年以前使用海福特(Hayford)椭球体,从1953-1980年使用克拉索夫斯基椭球体。随着人造地球卫星的发射,有了更精致的总结地球形体的原则。1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会上通过国际大地测量协会首先号决定中发表的地球椭球体,称为GRS(1975),中国自1980年底叶利用GRS(1975)新参考椭球种类。由于地球椭球长半径与短半径的差值很小,所以当创建小比例尺地形图时,往往把它看做球体看待,这么些球体的半径为6371海里。
天文台,以下几行便是GRS_1980椭球及其相应参数。
Spheroid: GRS_1980
Semimajor Axis: 6378137.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356752.314140356100000000
Inverse Flattening: 298.257222101000020000
可是有了那几个椭球体以后还不够,地理坐标系统还要求一个大地基准面将以此椭球定位,这些基准面将定点地球上点的参考系列,定义经纬线的起源合方向。基准面的创制必要选用一个椭球,然后在地球上采取一个点作为“原点”,椭球上存有其他的点都相对于这些原点举行岗位定义。
海内外基准面除了大地标准面WGS84,WGS72外,区其余地点还足以拔取自己的本土基准面,如中国平常使用的京城1954,罗利80,欧洲规范面ED50等,这么些基准面之间是可以相互转化的。
在坐标体系描述中,平时可以看来如此一行:
Datum: D_Beijing_1954
那代表大地基准面是D_Beijing_1954,即首都1954基准面。有了Spheroid(椭球体)和Datum(基准面)七个焦点条件,地理坐标系统便可以行使。
下面是一个地理坐标系的完整参数:
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
地理坐标系统是最常用的坐标系对象,它之所以经纬度来讲述地面地点。
经度日常用字母λ表示。国际规定通过United Kingdom格林尼治天文台的子午线为本初子午线,作为计量经度的起源,该线的经度为0度,向北0-180度叫东经,向东0-180度叫西经。纬度平日以字母φ表示。纬度从赤道起算,在赤道上纬度为0度,纬线离赤道愈远,纬度愈大,至终点纬度为90度。赤道以北叫北纬、以南叫南纬。
当地上任一点的岗位,平常用经度和纬度来支配。经线和纬线是地球表面上两组正交(相交为90度)的曲线,那两组正交的曲线构成的坐标,称为地理坐标系。地表面某两点经度值之差称为经差,某两点纬度值之差称为纬差。例如新加坡在地球上的职位可由北纬39°56’和东经116°24’来确定。
经纬度在心胸上是不均匀的,比如经度在赤道上1度是111km,而在北纬60度是55.8km,在南北极点处则是0km。

影子坐标连串(Projection coordinate
system)是将三维地理坐标系统上的经纬网投影到二维平面地图上运用的坐标种类,那是格外需要的。因而地理新闻种类必然要考虑到地图投影,地图投影的应用保险了空间新闻在地域上的关联和完整性,在各项地理新闻种类的确立进度中,选用适宜的地图投影系统是率先要考虑的问题。
由于地球椭球体表面是曲面,而地图日常是要绘制在平面图纸上,因而制图时首先要把曲面展为平面,可是球面是个不可展的曲面,即把它间接展为平面时,不容许不发出破裂或褶皱。为了防止那种情形的暴发,地图学家采取了各样新鲜的情势来拓展这些球面,这么些艺术都是在确保某一特色不变的景况下就义其余的习性,如等角投影、等积投影和正形投影等。
在大比例地图的接纳中,中国相似选择高斯-克吕格,在欧美那种投影方法称为投影横轴墨卡托投影。
下边是一个高斯-克吕格投影坐标种类中的一些参数:
Projection: Gauss_Kruger
Parameters:
False_Easting: 500000.000000
False_Northing: 0.000000
Central_Meridian: 117.000000
Scale_Factor: 1.000000
Latitude_Of_Origin: 0.000000
Linear Unit: Meter (1.000000)
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
从参数中可以寓目,每一个投影坐标连串都必定会有地理坐标系统。投影坐标序列,实质上就是平面坐标系统,其地图单位惯常为米。投影坐标系使用x,y坐标来讲述地面上的地点,它用地球椭圆球体spheroid来效仿地球,它应用projection表示投影计算办法,使用unit表示单位,用geocoordsys表示投影坐标系来源。
也就是说,要博取投影坐标就无法不得有一个用来投影的球面坐标,然后才能使用投影算法去举行投影,即每一个黑影坐标连串都无法不需求有地理坐标系统参数。


From http://tech.cuit.edu.cn/forum/thread-1397-1-1.html
关于首都54和马赛80是大家应用最多的坐标系
    
   先简单介绍高斯-克吕格投影的基本知识,领会就直接跳过,我国大中比例尺地形图均运用高斯-克吕格投影,其平凡是按6度和3度分带投影,1:2.5万-1:50万比例尺地形图使用经差6度分带,1:1万比例尺的山势图使用经差3度分带。具体分带法是:6度分带从本初子午线早先,按经差6度为一个影子带自西向西划分,整个世界共分60个投影带,带号分别为1-60;3度投影带是从东经1度30秒经线开头,按经差3度为一个黑影带自西向北划分,环球共分120个投影带。为了便利地形图的测量作业,在高斯-克吕格投影带内布署了平面直角坐标种类,具体方法是,规定中心经线为X轴,赤道为Y轴,中心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值在要旨经线以东为正,中心经线以西为负。由于我国幅员均在北半球,x值均为正在,为了幸免y值出现负值,规定各投影带的坐标纵轴均西移500km,宗旨经线上原横坐标值由0变为500km。为了便于带间点位的界别,可以在每个点位横坐标y值的百公里位数前拉长所在带号,如20带内A点的坐标可以象征为YA=20
745 921.8m。
    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss
Kruger\Beijing 1954目录中,我们得以看出四种分裂的命有名的模特式:
    Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
    Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
    Beijing 1954 GK Zone 13.prj
    Beijing 1954 GK Zone 13N.prj
    对它们的申明分别如下:
   
三度分带法的香岛市54坐标系,主旨经线在东75度的分带坐标,横坐标前不加带号
   
三度分带法的巴黎54坐标系,要旨经线在东75度的分带坐标,横坐标前加带号
    六度分带法的京城54坐标系,分带号为13,横坐标前加带号
    六度分带法的大分市54坐标系,分带号为13,横坐标前不加带号
    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss
Kruger\Xian 1980索引中,文件命名格局又怀有变更:
    Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
    Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
    Xian 1980 GK CM 75E.prj
    Xian 1980 GK Zone 13.prj
   
德雷斯顿80坐标文件的命有名的模特式、含义和首都54前多少个坐标相同,但没有出现“带号+N”那种样式,为何从来不选用统一的命名格局?令人看了稍稍费解。

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          大地坐标(Geodetic
Coordinate):大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的地点用全球经度L、大地纬度B和中外高H表示。当点在参考椭球面上时,仅用环球经度和海内外纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与开始大地子午面之间的夹角,大地纬度是经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偏离。
 
   方里网:是由平行于投影坐标轴的两组平行线所结合的方格网。因为是每隔整英里绘出坐标纵线和坐标横线,所以称为方里网,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——1:20万比例尺的地图上,经纬线只以图廓线的款式直接突显出来,并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成
网,在左右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”),要求时对应短线相连就可以组成加密的经纬线网。1:2
5万地形图上,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心经线投影后的直线为X轴,以赤道投最佳女主角的直线为Y轴,它们的交点为坐标原点。那样,坐标系中就涌出了多个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向北为负;横坐标从主旨经线算起,向北为正、向东为负。
      
即使我们得以认为方里网是直角坐标,大地坐标就是球面坐标。可是我们在一副地形图上时不时看看方里网和经纬度网,大家很习惯的称经纬度网为天下坐标,那么些时候的天下坐标不是球面坐标,她与方里网的影子是同等的(一般为高斯投影),也是平面坐标

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