GIS坐标系扫盲1-坐标系的简单名词解释

GIS坐标系的简单名词解释地图的每一个要素的输入、存储、查询、分析和显示，这些均需要一个很重要的信息：坐标。

坐标则是基于某个坐标系统，因此就出现几个问题1.坐标系统是什么？2.怎么定义的？3.一个完整的坐标系统都包括哪些参数？1.引言首先什么是坐标系统？狭义来讲，坐标系统最核心的东西就是坐标值，描述了要素所在的位置，也就是一组数值。

然而坐标系统怎么定义？由于每一个要素所在的地理环境差异，举个例子，米国和咱国所用的坐标系统肯定是不同的，实质上就是所用的椭球体和基准面不同。

美国所用的是在WGS84椭球体建立起来的WGS84坐标系；中国常用的是在克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体基础上建立起来的北京54坐标系或者是1975地球椭球体（IAG75）建立起来的西安80坐标系。

为了准确的描述要素所在的位置，需要选择一个适合于该地区的坐标系统。

当然还要结合你的目和精确程度。

2.术语解释神马是大地基准面，神马是大地水准面，这两个面是什么关系。

然后又是什么椭球体，地图投影。

乱糟糟的，没有头绪。

其实这几组概念都不是独立的，试着从它们的联系来了解它们的概念。

但是关于大地水准面和大地基准面什么关系，还是搞不明白。

地球的数学表面—大地椭球体：众所周知，我们的地球表面凸凹不平，很难用数学公式来表达，在实际的测量和制图中不能作为一个基准面。

但是，基本上它还是圆形的，因此就可以用一个扁率极小的椭圆，绕实际的地球短轴(即南北极的连线，极半径)所形成的规则椭球体来近似拟合，并且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现，这就是地球椭球体。

椭球图图1 大地椭球体 (PS:现在补下高中知识，这大学上的！！！)地球椭球体有长半径和短半径之分，长半径(a)即赤道半径，短半径(b)即极半径。

f=（a-b ）/a 为椭球体的扁率，表示椭球体的扁平程度。

由此可见，地球椭球体的形状和大小取决于a 、b 、f 。

因此，a 、b 、f 被称为地球椭球体的三要素。

列举下国外常用的地球椭球体：同样，由于各地的实际情况，以及人们对地球形状和大小的测量水平不同，对地球的测地精度也就节节攀升，所以至今出现了很多种椭球体，如表1为国外常用的地图椭球体：表1 国外常用的地球椭球体椭球名称 年代 长半径（m ）短半径（m ） 扁率 附注 埃弗斯特(Everest) 1830 63772766356075 06:00.8 英国 白塞尔(Bessel)1841 6377397 6356079 05:59.1 德国 克拉克(ClarkeⅠ)1866 6378206 6356584 05:55.0 英国 克拉克(ClarkeⅡ)1880 6378249 6356515 05:53.5 英国 海福特(Hayford) 1909 6378388 6356912 05:57.0 1942年国际第一个推荐值克拉索夫斯基(Krassovsky)1948 6378245 6356863 05:58.3 前苏联 1967年大地坐标系1967 6378160 6356755 05:58.2 1971年国际第一个推荐值 1975年大地坐标系1975 6378140 6356755 05:58.3 1975年国际第一个推荐值 1980年大地坐标系 1979 6378137 6356755 05:58.3 1979年国际第一个推荐值WGS84 1984 637813705:58.3 美国表中，红色为我国所用过的椭球体，其中1952年以前采用海福特椭球体；1953年起采用克拉索夫斯基椭球体；1980年国家大地坐标系采用的地球椭球体（1975年大地坐标系）；2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系，具体参数为：a = 6378137，b=6356752.31414 , 扁率为1:298.257222101地球的物理表面—大地水准面：要解释大地水准面，首先解释下水准面。

(以下为科普！)地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。

地球表面约有71%的面积为海洋所占用，29%的面积是大陆与岛屿。

陆地上最高点与海洋中最深处相差近20公里。

这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算。

因此在实际应用中，必须找一个规则的曲面来代替麻烦的地球曲面。

静止的水面称为水准面，水准面是受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面。

即物体沿该面运动时，重力不做功。

上面的话确实有些是废话，理解起来比较费劲，主要意思是两点：(1).地球表面曾经是个让测绘人很头疼的曲面，为了不让自己头疼，所以给这个曲面找了个替身—水准面。

(2).这个替身的特性就是：该面处处与重力方向垂直，物体沿该面运动，重力也就不做功。

(3).通过任何高度的点都会有一个水准面，因此在地球体内会有无数个水准面，大地水准面首先作为一种水准面，具有水准面的所有物理特性。

它是作为水准面特殊的一种，即为通过平均海水面的水准面。

(PS：平均海水面：平均海面是指某地一定时期内每小时海面高度的算术平均值。

)同样可以用几点来概括下大地水准面：(1).这也是测绘工作者假想的，目的是使测量出来的结果有更强的互用性。

(2).大地水准面通过的平均海水面是大地测量中的高程起算面，因此这个面很重要。

因此，每个国家都有自己的平均海水面。

这样，相对标准的椭球体，大地水准面也不是一个规则的曲面。

(3).大地水准面所包围的球体称为大地球体。

大地球体的长半轴为6378.245公里，短半轴为6356.863公里。

大地基准面，官方繁冗难懂的定义：大地基准面（Geodetic datum），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。

它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。

此关系能以6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。

结合椭球体的概念，同样可以这样来概括大地基准面：(1).在这暂且把地球比作是土豆，而前面的椭球体，就比作是个椭圆状的土豆大小的橡皮泥。

为了将橡皮泥无限的逼近这个坑坑洼洼的土豆的某一特定区域。

于是乎，大地基准面就被创造出来。

对这个橡皮泥的xyz进行下改变，或者是在旋转下角度，或者是大小变化一下。

(2).椭球体和基准面之间的关系是一对多的关系，即基准面是在椭球体的基础上建立的，但是椭球体不能代表基准面。

(3).由于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，因此每个国家和地区都有各自的基准面。

到这，大地水准面和大地基准面有什么关系吗？不大明白。

3.GIS中坐标系统的分类及联系坐标系的种类可谓多种多样，笛卡尔坐标系、极坐标系，球面坐标系等等。

说多了就头疼了，所以仅仅拿GIS中的坐标系来说的话，无外乎两种坐标系：地理坐标系和投影坐标系。

首先来解决地理坐标系。

前面的椭球体就派上用场了，再简简单单的回顾下初中地理知识。

将椭球体加上大地基准面套和地球的话，椭球体围绕旋转的轴叫地轴。

北端为北极，南端为南极。

过地心与地轴垂直的平面与椭球面的的交线即赤道。

过英国格林威治天文台旧址和地轴的平面与椭球体的交线为本初子午线。

从而地球椭球体的地理坐标系的三个基本要素即为：南极，北极，本初子午线。

地球上任何一点的经纬度可用图来表示图2 地理坐标系示意然后来解决投影坐标系。

为什么还要整出个投影坐标系统，其实很好理解。

地理坐标系是建立在椭球体基础上的，然而我们拿到手里的是一个平面的地图，不是一个立体的球(O(∩_∩)O~，要是画个椭球在地图上，咱得有多好的立体感才会看懂？怪就怪几何没学好)。

所以得需要把椭球按照一定的法则展开到平面上，这就是投影坐标系。

按照比较官方的说法：由于球面上任何一点的位置是用地理坐标（λ，φ）表示的，而平面上的点的位置是用直角坐标（χ，у）或极坐标（r，）表示的，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。

这种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。

还是以实例来解释投影坐标系和地理坐标系的联系。

ArcGIS始终是GIS 软件不可动摇的霸主地位，还是以ArcGIS中的beijing-54投影坐标系作为范例。

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由上面的beijing-54坐标系参数，前面蓝色部分为投影方式，后面红色部分为给定的椭球体参数，也就是传说中的地理坐标系。

也奏事说，投影坐标系是依托于地理坐标系的，然后再加上个投影算法展开。

3.投影方法下面要关心的就是如何实现这种变换以及变换引起的不良后果！实现这种变换的方法主要是两种：几何透视法和数学解析法几何透视法是利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面（借助的几何面）上的一种投影方法。

如假设地球按比例缩小成一个透明的地球仪般的球体，在其球心或球面、球外安置一个光源，将球面上的经纬线投影到球外的一个投影平面上。

据度娘讲这个方法是一种比较原始的投影方法，有很大的局限性，难于纠正投影变形，精度较低(不是个人观点，如有巧合，实属雷同。

)。

图3 几何透视法示意数学解析法是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。

大多数的数学解析法往往是在透视投影的基础上，发展建立球面与投影面之间点与点的函数关系的，因此两种投影方法有一定联系。

图4是椭球体未展开时，图5即为运用某一法则展开后。