基于坐标的地理空间参照(发布)
国家测绘地理信息局制定的地理信息国家标准(截止到2017年6月)
序 号 标准名称 标准编号 概要说明
本标准规定了地理信息系统软件产品的测试要求、功能测试、 性能测试、产品化测试，以及对地理信息系统软件测试评价结 果的判定。 本标准适用于地理信息系统软件的开发机构、 第三方测试机构、 用户及相关人员进行地理信息软件的系统测试、验收测试和评 价测试。 本标准规定了数字城市地理信息公共平台运行服务质量的基本 要求、评价体系、评定和服务质量报告的编写要求。 本标准适用于数字城市地理信息公共平台运行服务质量的评 价。 本指导性技术文件定义了以总体均值和总量估计为目标的空间 抽样与统计推断的基本概念，规定了空间抽样与统计推断的基 本模型、实施过程、抽样参数、样本量计算方法、统计算法和 统计推断报告内容等。 本指导性技术文件适用于具有空间分布的对象的抽样与统计推 断。 本标准规定了基础地理信息数据库的数据内容、系统设计、建 库、系统集成、测试、验收、安全保障与运行维护的总体要求。 本标准适用于基础地理信息数据库的建设，其它各类地理信息 相关数据库的建设也可参照执行。 本标准规定了 1:10000 基础地理信息地形要素数据的内容、构 成及要求，包括数学基础、精度和现势性要求、数据分层和组 织、选取原则和指标、要素和属性内容、元数据等。 本标准适用于 1:10000 基础地理信息地形要素数据的生产、建 库、更新和分发服务。 本部分通过定义用于描述影像和格网数据所必备的框架，扩展 了现有的地理信息元数据标准。提供了有关获取数据测量仪器 的特性、仪器测量过程的几何性质、数字化原始数据的生产过 程等信息。描述了从原始数据派生地理信息过程中所需要的元 数据， 包括生产过程中测量系统的特性、 处理方法和计算过程。 本部分作为 GB/T 30170-2013 的扩展部分，规定了用参数值或 函数描述空间参照的概念模式。它采用 GB/T 30170-2013 的模 式，将一个以坐标表示的位置与一个参数值结合起来，形成一 个空间－参数坐标参照系（CRS），该空间－参数坐标参照系可 以扩展到包含时间。 本标准规定了国家基本比例尺地图 1：500 1：1 000 1：2 000 正射影像地图的分类、技术要求、内容及表达、质量检验和标 记等，适用于 1：500 1：1 000 1：2 000 正射影像地图的生产、 质量控制、分发和使用。 本标准规定了国家基本比例尺地图 1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形图的分类、技术要求、内容及表达、质量检验等，适用于 1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形图的生产、质量控制、分发和 使用。
国家地理信息标准体系(第一版)
国家地理信息标准体系（第一版）二O O八年十二月前言随着经济全球化、全球信息化的发展，具有时空特征的地理信息已成为国家经济和社会发展的重要基础性战略性资源；作为整合其它各类自然资源、社会经济和人文信息的基础平台，地理信息越来越广泛地应用于国民经济、社会发展、国家安全和公众生活的各个方面。
全国地理信息标准化技术委员会是在地理信息领域内从事全国性标准化工作的技术组织，负责地理信息领域的标准化技术归口工作。
2006年国家测绘局和国家标准化管理委员会印发了《国家地理信息标准化“十一五”规划》，2007年全国地理信息标准化技术委员会印发了《国家地理信息标准化体系框架》，在这两个文件的基础上，编制“国家地理信息标准体系”。
- 1 -一、意义和作用编制“国家地理信息标准体系”是为适应在信息化和网络化环境下地理信息技术和产业发展的需要，促进地理信息资源的建设、协调、交流与集成；优化地理数据资源的开发与利用；规范地理信息服务和市场秩序；保护知识产权和国家地理信息安全；提高地理信息对经济社会发展的保障能力和服务水平；推进地理信息共享共建和产业发展的一项基础性工作。
编制和发布“国家地理信息标准体系”有利于标准化工作的科学性、计划性和有序性。
地理信息标准化是地理信息共享和系统集成的前提，也是地理信息产业化和社会化的必由之路。
“国家地理信息标准体系”为标准化主管部门制定方针政策提供参考；为地理信息产业法律、法规提供技术支撑；为地理信息市场准入、契约合同维护、合格评定、产品检验和质量体系认证等诸多方面提供依据；为跨部门的地理信息标准制、修订和协调提供指导。
- 2 -二、目标地理信息科学与技术是一门多学科交叉、融合的科学技术领域，“国家地理信息标准体系”面向表示四维时空信息，涉及的学科和行业多，采用的技术新、应用面广。
本标准体系定义地理信息数据模型和结构；理清标准间的层次及相互关系；解决共性标准和个性标准的隶属和包容的关系；规范地理信息数据的获取、处理、存储、分析、访问和表达；描述实现以数字或电子形式在不同用户、不同系统和不同空间位置之间的数据交流的方法、过程和服务；避免标准间的矛盾和交叉、遗漏和重复；推动在分布式计算环境中地理信息系统间的互操作；有利于克服地理信息标准编制的盲目性、随机性。
用坐标表示地理位置
用坐标表示地理位置摘要地理位置是一个重要的信息，在很多场景下需要用坐标来表示地理位置。
本文介绍了坐标的基本概念、常用的坐标系统以及如何使用坐标表示地理位置。
1. 坐标的基本概念在地理学和地图学中，坐标是用来表示地理空间位置的一种数学工具。
坐标可以将地球表面的点与一个虚拟的坐标系统中的点一一对应起来。
坐标的基本概念包括：1.1 经度和纬度经度和纬度是常用的表示地理位置的坐标。
经度是指地球表面某一点与地球球心的连线和本初子午线之间的夹角，纬度是指地球表面某一点与赤道之间的夹角。
经度的范围是-180度到180度，纬度的范围是-90度到90度。
1.2 笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系是一个二维坐标系，由横轴和纵轴组成。
在笛卡尔坐标系中，地球被近似地看作一个平面，地理位置可以通过一个二维坐标点来表示。
横轴可以表示经度，纵轴可以表示纬度。
1.3 三维坐标系三维坐标系是在笛卡尔坐标系基础上增加了一个垂直轴，用来表示高度信息。
三维坐标系可以在地理位置的基础上，增加对于地理空间高度的描述。
2. 常用的坐标系统在实际应用中，常用的坐标系统包括：2.1 WGS84坐标系统WGS84坐标系统是一种地理坐标系统，被广泛用于地球表面的测量和地图制作。
它使用经度和纬度来表示地理位置，经度在-180度到180度之间，纬度在-90度到90度之间。
2.2 UTM坐标系统UTM坐标系统是一种平面坐标系统，用来表示地球表面的位置。
UTM坐标系统将地球表面划分为若干个正方形的区域，每个区域使用一个二维坐标来表示地理位置。
UTM坐标系统适用于小范围的测量和地图制作。
2.3 地理编码系统地理编码系统是一种将地理位置转换为易于识别和存储的编码的方法。
常见的地理编码系统包括国家地理编码、邮政编码等。
地理编码系统可以通过一个编码来精确表示地理位置。
3. 如何使用坐标表示地理位置在实际应用中，可以通过以下步骤使用坐标表示地理位置：1.根据需求选择合适的坐标系统，如WGS84坐标系统、UTM坐标系统等。
地理空间坐标系及坐标变换
➢ 在应用中空间基准需要解决的相关问题
地理信息的空间基准涉及参考椭球、坐标系统、水准原点、 地图投影、分带等多种因素,因此地理信息的空间基准是一个 复杂问题。 由于不同历史时期我国采用不同的空间基准,造成不同时期 地理信息数据的空间基准不一致的现象，给空间数据共享和应 用带来极大困难。空间基准的统一成为多源空间数据集成与融 合研究的重点。
空间数据坐标变化方法
投影变换
仿射投影
相似变换
橡皮拉伸
2.2 坐标变换方法
投影变换：已知变换前后两个空 间参考的投影参数，利用投影公 式的正解和反解算法，推算变化 前后两个空间参考系之间点的一 一对应函数关系。投影变换是坐 标变换中精度最高的变换方法。 允许角度与长度变形。 大多数GIS软件提供常见投影之间 的转换。
➢ 变形纠正：遥感影像本身的几何变形；扫描地形图或遥感影像 过程变形，没压紧、产生斜置或扫描参数设置不恰当等，都会 使被扫入的地形图或遥感影像产生变形；
➢ 坐标旋转平移
坐标变换原因
2.2 坐标变换方法
➢ 利用一系列控制点与转换方程，在投影坐标上配准地图、影 像的过程。
➢ 实质：空间数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换， 实质是建立两个平面点之间（或球面坐标和平面坐标）的一 一对应关系，实现由设备坐标（数字化仪坐标或栅格图像坐 标）到现实世界坐标（实际地理坐标）的转换，同时可以控 制数据采集的精度。
3）将变换方程应用于输入要素， 生成输出图层
利用转换公式，原坐标系所有点实 现变换，具有实际地理坐标。
X Y
a0 a1x a2 b0 b1x b2 y
测绘技术中的地理坐标参照系统及其标准介绍
测绘技术中的地理坐标参照系统及其标准介绍地理坐标参照系统是测绘技术中的重要组成部分，它是用来确定和描述地球表面上各个点位置的一套标准系统。
通过地理坐标参照系统，我们可以精确地表示地球上的地理位置，并且实现地图、导航、遥感等应用。
一、地理坐标参照系统的基本概念地理坐标参照系统是一种用来确定和描述地球表面上点的位置的数学模型。
在地理方向中使用的坐标系统有两种基本类型：大地坐标系统和空间直角坐标系统。
大地坐标使用经度、纬度和高程等参数来确定地球上每个点的位置，常用于地图测绘和导航系统。
空间直角坐标系统使用x、y、z坐标轴来确定空间中的点的位置，常用于遥感和地理信息系统。
二、大地坐标参照系统大地坐标参照系统主要包括地理坐标、投影坐标和高程坐标。
地理坐标是通过经纬度来表示地球上的位置，经度表示东西方向的位置，纬度表示南北方向的位置。
投影坐标是将地球的曲面投影到平面上，常用的投影方法有墨卡托投影、UTM投影等。
高程坐标是用来表示地球上某一点的高度或海拔值，常用的高程测量方法有大地水准、GNSS测量等。
三、空间直角坐标参照系统空间直角坐标参照系统是通过三个相互垂直的坐标轴来表示空间点的位置。
常用的空间直角坐标系统有地心坐标系、地心纬度经度高程系统等。
地心坐标系是以地球为基准建立的坐标系，其原点位于地球的质心，用来进行航天飞行器和地球上物体的位置计算。
地心纬度经度高程系统是以地球椭球体为基准建立的坐标系，用来进行地理信息系统和遥感领域的数据处理。
四、地理坐标参照系统的标准地理坐标参照系统的标准主要包括椭球体模型、坐标系统、投影方法和高程系统等。
椭球体模型是用来拟合地球形状的数学模型，常用的椭球体有WGS84、CGCS2000等。
坐标系统是用来确定地球上点的位置的数学表达方式，常见的坐标系统有大地坐标系统和空间直角坐标系统。
投影方法是将地球的曲面投影到平面上的方法，常用的投影方法有等距圆柱投影、兰伯特投影等。
高程系统是用来确定地球上某点的高度或海拔值的数学模型，常见的高程系统有正高系统、水准面等。
基于CGCS2000的宜昌2000坐标系建立方法
坐标作为描述地球表面物体空间位置的基础信息，被广泛应用于测绘、工程建设、水利、交通、航空、航海、石油、物探、地震监测、军事以及科学研究等领域，而坐标成果的产生离不开测绘基准。
测绘基准是所有地理空间信息统一的起始坐标框架，是描述地球表面自然形态、人文信息、地理空间特征的参照系统。
可以说，测绘基准是所有位置信息的源头和基础。
测绘基准体系建设的完善与否，将直接影响国民经济和国防建设中与其休戚相关的方方面面。
城市控制网坐标系最理想的是与国家网坐标系一致，但城市控制网要求将控制网边长归算到参考椭球面上高程归化和高斯正形投影的距离改化总和（长度变形）限制在一定数值内，才能满足城市大比例尺测图和市政工程施工放样的需要[1]。
1投影长度变形分析作为反映城市范围内空间点位相互关系的载体和平台，城市坐标系应满足城市平面控制网的相关特点。
如何根据这些目的和要求合适地选择投影面和投影带，减小投影长度变形，以及如何经济合理地确立城市平面控制网的坐标系，尚无统一规定。
在建立独立坐标系时应考虑测区的实际情况，本文将基于现代测量技术成果进行城市投影变形量化分析，从而科学决断独立坐标系建立方案。
1.1高程归化改正本文采用测距仪等手段进行地面量距。
观测边长S 0归算至参考椭球面，其长度会缩短D S ，因此设观测边的平均大地高为H m ，地球平均曲率半径为R ，则椭球面上的边长为：S 1=S 0（1-H m R +H 2mR2）（1）则由此引起的高程归化改正的近似关系为：D S 1S 0=-H m R（2）基于CGCS2000的宜昌2000坐标系建立方法（1.宜昌市土地勘测规划院，湖北宜昌443000）摘要：CGCS2000是目前最新的国家大地坐标系，具有高精度、地心、动态、统一等特点，为国家各项社会经济活动提供了基础性保障。
宜昌城区在长时间的发展过程中，不同部门分别于不同时期形成了基于1954北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000等多种坐标系的基础地理信息数据，不利于数据的共享使用。
国家地理信息标准体系框架标准类说明
专业类
地理信息 土地 地理信息 水利 地理信息 海洋 地理信息 农业
600 以上述 5 类标准为基础，面向专业应用的地理信息接口标准。
601 土地技术工作中涉及的地理信息标准。 602 水利技术工作中涉及的地理信息标准。 603 海洋技术工作中涉及的地理信息标准。 604 农业技术工作中涉及的地理信息标准。
为统一规范地理信息的空间定位基础，定义基于坐标的空间参照的概念模式，说明定义一维、二 维和三维坐标参照系，确定描述坐标参照系统的统一要求，同时说明从一个坐标参照系到另一坐 标参照系所需要的信息。如，大地基准、深度基准、高程基准、重力基准；地理点位置的纬度、 102 经度和高程的标准表示法；线性参照系；基于地理标识符的空间参照；建立地理格网系统和代码 等。为保证各类数据采集、存储、统计、分析和交换的空间位置的一致性，提供多源、多尺度地 理空间信息整合的科学、一致、规范的定位框架。 103 地理信息领域的术语及其简短定义。 104 定义描述地理要素的空间特征的概念模式和基于这些模式的一套空间操作。 定义描述地理信息时间特性的概念，提供用于定义时间要素属性、要素操作、要素关系和定义地 105 理信息的时间特征的元数据的基础，同时提供时间信息交换。从现实世界抽象出来的地理信息的 时间特性，强调有效时间，而不是事务处理（transaction）时间。 地理信息标准化的形式化的模式语言（UML），作为开发计算机可解译的地理信息模式语言。以 106 便严密地阐述和实现跨平台的数据交换与互操作服务。 规定测试的框架、概念和方法，定义地理信息标准一致性的准则和方法。针对标准中各种强制性 107 要求以及可选性要求，测试对象可以是数据、方法、软件产品或服务，有助于与其他相关标准一 致性的检验。
测绘中常用的地理坐标系统介绍
测绘中常用的地理坐标系统介绍地理坐标系统是测绘学中的基础概念，它具有极其重要的作用。
它通过将地球表面上的点与一个三维坐标系相对应，使得我们可以准确地定位和描述地理空间的位置。
地理坐标系统的选择对于测绘工作的精度和准确性至关重要。
本文将讨论几种常用的地理坐标系统。
1. 地心坐标系统（Geocentric Coordinate System）地心坐标系统是一种基于地球质心的坐标系统。
在这个坐标系统中，地球被抽象为一个球体，质心坐标为(0, 0, 0)。
这个坐标系统的优势在于可以较为准确地描述地球上的所有点，但是在具体应用中，由于地球形状的复杂性，往往需要进行一些转换和近似处理。
2. 大地坐标系统（Geodetic Coordinate System）大地坐标系统是将地球表面视为一个椭球体来描述地理位置的坐标系统。
它基于地球的形状和尺寸信息进行建立，可以准确地反映大地位置。
经度和纬度是大地坐标系统的两个重要参数，经度表示东西方向的偏移，纬度表示南北方向的偏移。
经度的取值范围是-180°至180°，纬度的取值范围是-90°至90°。
3. 平面坐标系统（Plane Coordinate System）平面坐标系统是一种将地球表面的区域简化为一个平面来描述地理位置的坐标系统。
这种坐标系统通常用于小范围的地图制作和工程测量中。
其中最常用的平面坐标系统是高斯-克吕格投影坐标系统，它以投影中央经线和基准纬度为参数，通过将三维坐标投影到二维平面上来表示地理位置。
4. UTM坐标系统（Universal Transverse Mercator Coordinate System）UTM坐标系统是国际上广泛使用的平面坐标系统之一。
它将地球表面分割为60个纵向带和20个横向带，并使用投影方式将地球表面投影到二维平面上。
UTM坐标系统以投影中央经线为参考，通常用于大范围的地图制作和导航定位等应用。
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本标准由全国地理信息标准化技术委员会提出。 本标准由全国地理信息标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：国家基础地理信息中心 本标准主要起草人：刘若梅、蒋景曈、周 旭、贾云鹏
2
地理空间信息
基于坐标的空间参照
GB XXXX – 200X
1 范围 本标准规定地理空间信息系统所采用的一维、二维和三维基于坐标的空间参照系
ISO/PDTS 19127《地理信息 大地测量代码与参数（Geographic information — Geodetic codes and parameters）》
3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。
3.1
空间参照 spatial reference 现实世界位置的描述[ISO 19111]。
注：可采用标记、代码或一组坐标等形式。
3.2
坐标参照系 coordinate reference system 通过基准与现实世界相关的坐标系[ISO 19111]。
注：大地基准和高程基准均与地球相关。
3
3.3
基于坐标的空间参照 Spatial referencing by coordinates 用完全定义的坐标参照系中的一组坐标描述地球表面或接近地表的位置。
大地测量法式(草案)，中华人民共和国国家测绘总局、中国人民解放军总参谋部 测绘局，1959 年 9 月 4 日国务院批准试行
ISO 19111: 2003 地理信息 基于坐标的空间参照（Geographic Information — Spatial referencing by coordinates）
XXX XXXX
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T XXXX—200X
地理空间信息 基于坐标的空间参照
Geospatial information － Spatial referencing by coordinates
（申请国家标准立项稿）
200X-XX-XX 发布
200X-XX-XX 实施
国家质量监督检验检疫总局 发布
1
GB XXX – 200X
前言
本标准根据地理空间信息的空间特点和我国空间坐标参照系（包 括平面坐标和高程坐标参照系）的实际状况，顾及 GPS 通常采用的 WGS84 坐标系，参照国际标准《ISO 19111:2003 地理信息 基于坐标 的空间参照（Geographic Information — Spatial referencing by coordinates）》和《ISO/PDTS 19127 地理信息 大地测量代码与参数 （Geographic information — Geodetic codes and parameters）》， 规定了各种地理空间信息系统应采用的基于坐标的空间参照系，以及 不同平面参照系之间、不同高程参照系之间转换的有关技术问题。
GB XXXX – 200X
目次
前 言.....................................................................................................................................................2 1 范围.........................................................................................................................................................3 2 规范性引用文件.....................................................................................................................................3 3 术语和定义.............................................................................................................................................3 4 基于坐标的空间参照.............................................................................................................................6 4.1 概述.......................................................................................................................................................6 4.2 基于坐标的空间参照系描述...............................................................................................................7 4.3 坐标操作――坐标转换和坐标变换.................................................................................................8 4.3.1 概述...............................................................................................................................................8 4.3.2 坐标转换.......................................................................................................................................9 4.3.3 坐标变换.......................................................................................................................................9 4.3.4 描述坐标操作的要求.................................................................................................................10 4.3.5 描述连续坐标操作..................................................................................................................... 11 5 用于地理空间信息系统的基于坐标的空间参照系...........................................................................12 5.1 采用国家标准参照系.......................................................................................................................12 5.2 采用非国家标准参照系...................................................................................................................12 附录 A.......................................................................................................................................................13 A.1 1980 年西安坐标系..........................................................................................................................13 A.2 1954 年北京坐标系..........................................................................................................................13 A.3 新 1954 年北京坐标系.....................................................................................................................13 A.4 1956 黄海高程系..............................................................................................................................13 A.5 1985 国家高程系..............................................................................................................................13 附录 B.......................................................................................................................................................14 附录 C.......................................................................................................................................................15