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1、北京54和西安80是兩種不同的大地基準面，不同的參考橢球體，因而兩種地圖下，同一個點的坐標是不同的，無論是三度帶六度帶坐標還是經緯度坐標都是不同的。 2、數字化后的得到的坐標其實不是WGS84的經緯度坐標，因為54和80的轉換參數至今沒有公布，一般的軟件中都沒有54或80投影系的選項，往往會選擇WGS84投影。 3、WGS84、北京54、西安80之間，沒有現成的公式來完成轉換。 4、對于54或80坐標，從經緯度到平面坐標（三度帶或六度帶）的相互轉換可以借助軟件完成。 5、54和80間的轉換，必須借助現有的點和兩種坐標，推算出變換參數，再對待轉換坐標進行轉換。（均靠軟件實現） 6、在選擇參考點時，注意不能選取河流、等高線、地名、高程點，公路盡量不選。這些在兩幅地圖上變化很大，不能用作參考。而應該選擇固定物，如電站，橋梁等。 二、西安80坐標系與北京54坐標系轉換 西安80坐標系與北京54坐標系其實是一種橢球參數的轉換作為這種轉換在同一個橢球里的轉換都是嚴密的，而在不同的橢球之間的轉換是不嚴密，因此不存在一套轉換參數可以全國通用的，在每個地方會不一樣，因為它們是兩個不同的橢球基準。那么，兩個橢球間的坐標轉換，一般而言比較嚴密的是用七參數布爾莎模型，即 X 平移， Y 平移， Z 平移， X 旋轉（WX）， Y 旋轉（WY）， Z 旋轉（WZ），尺度變化（DM ）。要求得七參數就需要在一個地區需要 3 個以上的已知點。如果區域范圍不大， 最遠點間的距離不大于 30Km（ 經驗值 ） ，這可以用三參數，即 X 平移， Y 平移， Z 平移，而將 X 旋轉， Y 旋轉， Z 旋轉，尺度變化面DM視為 0 。 在MAPGIS平臺中實現步驟： 第一步：向地方測繪局（或其它地方）找本區域三個公共點坐標對（即54坐標x，y，z和80坐標x，y，z）； 第二步：將三個點的坐標對全部轉換以弧度為單位。（菜單：投影轉換/輸入單點投影轉換，計算出這三個點的弧度值并記錄下來） 第三步：求公共點求操作系數（菜單：投影轉換/坐標系轉換）。如果求出轉換系數后，記錄下來。 第四步：編輯坐標轉換系數。（菜單：投影轉換/編輯坐標轉換系數。）最后進行投影變換，“當前投影”輸入80坐標系參數，“目的投影”輸入54坐標系參數。進行轉換時系統會自動調用曾編輯過的坐標轉換系數。 三、地理坐標系與投影坐標系的區別 1、首先理解地理坐標系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直譯為地理坐標系統，是以經緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographic coordinate system是球面坐標系統。我們要將地球上的數字化信息存放到球面坐標系統上，如何進行操作呢？地球是一個不規則的橢球，如何將數據信息以科學的方法存放到橢球上？這必然要求我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短 半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應參數。 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000 然而有了這個橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準面將這個橢球定位。在坐標系統描述中，可以看到有這么一行： Datum: D_Beijing_1954 表示，大地基準面是D_Beijing_1954。 有了Spheroid和Datum兩個基本條件，地理坐標系統便可以使用。 完整參數： Alias: Abbreviation: Remarks: Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian（起始經度）: Greenwich (0.000000000000000000) Datum（大地基準面）: D_Beijing_1954 Spheroid（參考橢球體）: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 2 地理信息中各種坐標系區別和轉換總結 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening: 298.300000000000010000 2、接下來便是Projection coordinate system（投影坐標系統），首先看看投影坐標系統中的一些參數。 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 從參數中可以看出，每一個投影坐標系統都必定會有Geographic Coordinate System。 投影坐標系統，實質上便是平面坐標系統，其地圖單位通常為米。 那么為什么投影坐標系統中要存在坐標系統的參數呢？ 這時候，又要說明一下投影的意義：將球面坐標轉化為平面坐標的過程便稱為投影。 好了，投影的條件就出來了： a、球面坐標 b、轉化過程（也就是算法） 也就是說，要得到投影坐標就必須得有一個“拿來”投影的球面坐標，然后才能使用算法去投影！ 即每一個投影坐標系統都必須要求有Geographic Coordinate System參數。 3、我們現在看到的很多教材上的對坐標系統的稱呼很多，都可以歸結為上述兩種投影。其中包括我們常見的“非地球投影坐標系統”。）： 大地坐標（Geodetic Coordinate）:大地測量中以參考橢球面為基準面的坐標。地面點P的位置用大地經度L、大地緯度B和大地高H表示。當點在參考橢球面上時，僅用大地經度和大地緯度表示。大地經度是通過該點的大地子午面與起始大地子午面之間的夾角，大地緯度是通過該點的法線與赤道面的夾角，大地高是地面點沿法線到參考橢球面的距離。 方里網:是由平行于投影坐標軸的兩組平行線所構成的方格網。因為是每隔整公里繪出坐標縱線和坐標橫線，所以稱之為方里網，由于方 里線同時 又是平行于直角坐標軸的坐標網線，故又稱直角坐標網。 在1：1萬——1：20萬比例尺的地形圖上，經緯線只以圖廓線的形式直接表現出來，并在圖角處注出相應度數。為了在用圖時加密成 網，在內外圖廓間還繪有加密經緯網的加密分劃短線(圖式中稱“分度帶”)，必要時對應短線相連就可以構成加密的經緯線網。1：2 5萬地形圖上，除內圖廓上繪有經緯網的加密分劃外，圖內還有加密用的十字線。 我國的1：50萬——1：100萬地形圖，在圖面上直接繪出經緯線網，內圖廓上也有供加密經緯線網的加密分劃短線。 直角坐標網的坐標系以中央經線投影后的直線為X軸，以赤道投影后的直線為Y軸，它們的交點為坐標原點。這樣，坐標系中就出現了四 個象限。縱坐標從赤道算起向北為正、向南為負；橫坐標從中央經線算起，向東為正、向西為負。 雖然我們可以認為方里網是直角坐標，大地坐標就是球面坐標。但是我們在一副地形圖上經常見到方里網和經緯度網，我們很習慣的稱經 緯度網為大地坐標，這個時候的大地坐標不是球面坐標，她與方里網的投影是一樣的（一般為高斯），也是平面坐標 四、GIS中的坐標系定義與轉換 1. 橢球體、基準面及地圖投影 GIS中的坐標系定義是GIS系統的基礎，正確定義GIS系統的坐標系非常重要。GIS中的坐標系定義由基準面和地圖投影兩組參數確定，而基準面的定義則由特定橢球體及其對應的轉換參數確定，因此欲正確定義GIS系統坐標系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關系。 作者：giskaiser2008-4-11 12:10 回復此發言 -------------------------------------------------------------------------------- 3 地理信息中各種坐標系區別和轉換總結 基準面是利用特定橢球體對特定地區地球表面的逼近，因此每個國家或地區均有各自的基準面，我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基準面。我國參照前蘇聯從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國的北京54坐標系，1978年采用國際大地測量協會推薦的1975地球橢球體建立了我國新的大地坐標系--西安80坐標系，目前大地測量基本上仍以北京54坐標系作為參照，北京54與西安80坐標之間的轉換可查閱國家測繪局公布的對照表。 WGS1984基準面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標系，即以地心作為橢球體中心，目前GPS測量數據多以WGS1984為基準。 上述3個橢球體參數如下： 橢球體與基準面之間的關系是一對多的關系，也就是基準面是在橢球體基礎上建立的，但橢球體不能代表基準面，同樣的橢球體能定義不同的基準面，如前蘇聯的Pulkovo 1942、非洲索馬里的Afgooye基準面都采用了Krassovsky橢球體，但它們的基準面顯然是不同的。 地圖投影是將地圖從球面轉換到平面的數學變換，如果有人說：該點北京54坐標值為X=4231898,Y=21655933，實際上指的是北京54基準面下的投影坐標，也就是北京54基準面下的經緯度坐標在直角平面坐標上的投影結果。 2. GIS中基準面的定義與轉換 雖然現有GIS平臺中都預定義有上百個基準面供用戶選用，但均沒有我們國家的基準面定義。假如精度要求不高，可利用前蘇聯的Pulkovo 1942基準面(Mapinfo中代號為1001)代替北京54坐標系；假如精度要求較高，如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系統，則需要自定義基準面。 GIS系統中的基準面通過當地基準面向WGS1984的轉換7參數來定義，轉換通過相似變換方法實現，具體算法可參考科學出版社1999年出版的《城市地理信息系統標準化指南》第76至86頁。假設Xg、Yg、Zg表示WGS84地心坐標系的三坐標軸，Xt、Yt、Zt表示當地坐標系的三坐標軸，那么自定義基準面的7參數分別為：三個平移參數ΔX、ΔY、ΔZ表示兩坐標原點的平移值；三個旋轉參數εx、εy、εz表示當地坐標系旋轉至與地心坐標系平行時，分別繞Xt、Yt、Zt的旋轉角；最后是比例校正因子，用于調整橢球大小。 MapX中基準面定義方法如下： Datum.Set(Ellipsoid, ShiftX, ShiftY, ShiftZ, RotateX, RotateY, RotateZ, ScaleAdjust, PrimeMeridian) 其中參數： Ellipsoid為基準面采用的橢球體； ShiftX, ShiftY, ShiftZ為平移參數； RotateX, RotateY, RotateZ為旋轉參數； ScaleAdjust為比例校正因子，以百萬分之一計； PrimeMeridian為本初子午線經度，在我國取0，表示經度從格林威治起算。 美國國家測繪局(National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多數國家的當地基準面至WGS1984基準面的轉換3參數(平移參數)，可從 http://164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下載，其中包括有香港Hong Kong 1963基準面、臺灣 Hu-Tzu-Shan 基準面的轉換3參數，但是沒有中國大陸的參數。 實際工作中一般都根據工作區內已知的北京54坐標控制點計算轉換參數，如果工作區內有足夠多的已知北京54與WGS84坐標控制點，可直接計算坐標轉換的7參數或3參數；當工作區內有3個已知北京54與WGS84坐標控制點時，可用下式計算WGS84到北京54坐標的轉換參數(A、B、C、D、E、F)：x54 = AX84 + BY84 + C，y54 = DX84 + EY84 + F，多余一點用作檢驗；在只有一個已知控制點的情況下(往往如此)，用已知點的北京54與WGS84坐標之差作為平移參數，當工作區范圍不大時精度也足夠了。 從Mapinfo中國的URL(http://www./download)可下載到包含北京54、西安80坐標系定義的Mapinfow.prj文件，其中定義的北京54基準面參數為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)，西安80基準面參數為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)，文件中沒有注明其參數的來源，我發現它們與Mapinfo參考手冊附錄G"定義自定義基準面"中的一個例子所列參數相同，因此其可靠性值得懷疑，尤其從西安80與北京54采用相同的7參數來看，至少西安80的基準面定義肯定是不對的。因此，當系統精度要求較高時，一定要對所采用的參數進行檢測、驗證，確保坐標系定義的正確性。 WGS84經緯度坐標與北京54坐標或者西安80坐標的關系2008-11-07 17:58一般來講，GPS直接提供的坐標（B,L,H）是1984年世界大地坐標系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐標，其中B為緯度，L為經度，H為大地高即是到WGS-84橢球面的高度。而在實際應用中，我國地圖采用的是1954北京坐標系或者1980西安坐標系下的高斯投影坐標（x,y,），不過也有一些電子地圖采用1954北京坐標系或者1980西安坐標系下的經緯度坐標（B,L），高程一般為海拔高度h。 GPS的測量結果與我國的54系或80系坐標相差幾十米至一百多米，隨區域不同，差別也不同，經粗落統計，我國西部相差70米左右，東北部140米左右，南部75米左右，中部45米左右。現就上述幾種坐標系進行簡單介紹，供大家參閱，并提供各坐標系的基本參數，以便大家在使用過程中自定義坐標系。 1、1984世界大地坐標系 WGS-84坐標系是美國國防部研制確定的大地坐標系，是一種協議地球坐標系。WGS-84坐標系的定義是：原點是地球的質心，空間直角坐標系的Z軸指向BIH（1984.0）定義的地極（CTP）方向，即國際協議原點CIO，它由IAU和IUGG共同推薦。X軸指向BIH定義的零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z，X軸構成右手坐標系。WGS-84橢球采用國際大地測量與地球物理聯合會第17屆大會測量常數推薦值，采用的兩個常用基本幾何參數： 長半軸a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。 2、1954北京坐標系 1954北京坐標系是將我國大地控制網與前蘇聯1942年普爾科沃大地坐標系相聯結后建立的我國過渡性大地坐標系。屬于參心大地坐標系，采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球體。其長半軸 a=6378245，扁率 f=1/298.3。1954年北京坐標系雖然是蘇聯1942年坐標系的延伸,但也還不能說它們完全相同。 3、1980西安坐標系 1978年，我國決定建立新的國家大地坐標系統,并且在新的大地坐標系統中進行全國天文大地網的整體平差,這個坐標系統定名為1980年西安坐標系。屬參心大地坐標系。1980年西安坐標系Xi'an Geodetic Coordinate System 1980 采用1975國際橢球,以JYD 1968.0系統為橢球定向基準,大地原點設在陜西省涇陽縣永樂鎮,采用多點定位所建立的大地坐標系.其橢球參數采用1975年國際大地測量與地球物理聯合會推薦值,它們為:其長半軸a=6378140m; 扁率f=1/298.257。 4 高斯平面直角坐標系和UTM 一般的地圖均為平面圖,其對應的也是平面坐標.因此,需要將橢球面上各點的大地坐標,按照一定的數學規律投影到平面上成為平面直角坐標.目前世界各國采用最廣泛的高斯- 克呂格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影（等角投影）， 即該投影在小區域范圍內使平面圖形與橢球面上的圖形保持相似。為了限制長度變形,，根據國際測量協會規定,將全球按一定經差分成若干帶。我國采用6度帶或3度帶，6度帶是自零度子午線起每隔經度。 高斯平面直角坐標系一般以中央經線（L0）投影為縱軸X, 赤道投影為橫軸Y，兩軸交點即為各帶的坐標原點。為了避免橫坐標出現負值，在投影中規定將坐標縱軸西移500公里當作起始軸。為了區別某一坐標系統屬于哪一帶，通常在橫軸坐標前加上帶號，如(4231898m,21655933m)，其中21即為帶號。 城建坐標多采用三度帶的高斯-克呂格投影。同一坐標系下的大地坐標（即經緯度坐標B,L）與其對應的高斯平面直角坐標（x，y）有嚴格的轉換關系。現行的測繪的教科書的一般都有。 5、 地方獨立坐標系 在我國許多城市測量與工程測量中，若直接采用國家坐標系下的高斯平面直角坐標，則可能會由于遠離中央子午線，或由于測區平均高程較大，而導致長度投影變形較大，難以滿足工程上或實用上的精度要求。另一方面，對于一些特殊的測量,如大橋施工測量，水利水壩測量，滑坡變形監測等，采用國家坐標系在實用中也會很不方便。因此，基于限制變形，以及方便實用，科學的目的，在許多城市和工程測量中,常常會建立適合本地區的地方獨立坐標系。建立地方獨立坐標系，實際上就是通過一些元素的確定來決定地方參考橢球與投影面.地方參考橢球一般選擇與當地平均高程相對應的參考橢球，該橢球的中心，軸向和扁率與國家參考橢球相同。其橢球半徑α1增大為:α1=α+Δα1,Δα1=Hm+ζ0式中:Hm為當地平均海拔高程,ζ0為該地區的平均高程異常。而地方投影面的確定中,選取過測區中心的經線或某個起算點的經線作為獨立中央子午線.以某個特定方便使用的點和方位為地方獨立坐標系的起算原點和方位,并選取當地平均高程面Hm為投影面。 既然說到了不同的坐標系，就存在坐標轉換的問題。關于坐標轉換，首先要搞清楚轉換的嚴密性問題，即在同一個橢球里的坐標轉換都是嚴密的，而在不同的橢球之間的轉換這時不嚴密的。例如，由1954北京坐標系的大地坐標轉換到954北京坐標系的高斯平面直角坐標是在同一參考橢球體范疇內的坐標轉換，其轉換過程是嚴密的。由1954北京坐標系的大地坐標轉換到WGS-84的大地坐標，就屬于不同橢球體間的轉換。 不同橢球體間的坐標轉換在局部地區的采用的常用辦法是相似變換法，即利用部分分布相對合理高等級公共點求出相應的轉換參數。一般而言，比較嚴密的是用七參數的相似變換法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉，Y旋轉，Z旋轉，尺度變化K。要求得七參數就需要在一個地區需要3個以上的已知點，如果區域范圍不大，最遠點間的距離不大于30Km(經驗值)，這可以用三參數，即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉，Y旋轉，Z旋轉，尺度變化K視為0，所以三參數只是七參數的一種特例。 如果不考慮高程的影響，對于不同橢球體下的高斯平面直角坐標可采用四參數的相似變換法，即四參數（x平移，y平移，尺度變化m，旋轉角度α）。如果用戶要求的精度低于20米，在一定范圍（2＇＊2＇）內，就直接可以用二參數法（ΔB，ΔL）或（Δx，Δy）修正。但在實際操作中，這也取決于選取的公共點是否合理，并保證其足夠的精度。 |
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