地方坐标系与国家坐标系转换方法探讨

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1、地方坐标系与国家坐标系转换方法探讨摘要：提出地方坐标系与国家坐标系的两种转换方法，开发基于MapInfo的坐标转换软件，用实例验证和分析两种转换的结果。在GIS环境下进行多源信息的集成，将各种数据整合成统一规范的信息，从而实现数据的共享是数字地球、数字区域的必由之路，空间坐标系的变换与统一则是实现多源数据的统一管理、无缝集成的关键。地图是GIS主要的信息源之一，而不同的时期、不同的区域、不同的用途使得各种地图的坐标系存在很大的差异。就我国的地图坐标体系而言，20世纪90年代前后，国家基本比例尺地形图分别采用北京

2、坐标系和西安坐标系。地方上为了适应各类城市建设的需要，往往建立自己的独立或相对独立的坐标系，称为地方坐标系。有些地区甚至存在两个以上的独立坐标系。本文根据国家坐标系及地方坐标系建立的原理，从理论上对其转换关系进行分析，提出两种可操作的转换方法及其实现方案。一、地方坐标系与国家坐标系的关系我国大、中比例尺地形图均采用6°分带或3°分带的高斯―克吕格投影，国家坐标系的建立是以高斯―克吕格投影分带为基础的，各带分别建立直角坐标系，简你高斯直角坐标系。根据高斯―克吕格投影的变形规律，离开中央经线越远，所产生的投影变形就

3、越大。而大多数地区或城市都不可能正好位于投影带中央。例如，上海市所处的位置大约是E120°50′～E122°00′，在6°分带中位于第21带，其中央经线为E123°，区域的最大长度变形可达0.00052；对于3°投影带，上海又同时属于第40，41这两个投影带，中央经线分别是E120°和E123°。如此对于上海这样的城市来说，就不能精确地在地图上表达其空间信息，因而不能满足大比例尺测图或工程建设的需要。因此，一些大中城市都建立了自己的独立坐标系，并在大比例尺地形图中单独使用。地方坐标系的建立，通常是根据需要以本区

4、某国家控制点为原点（地方坐标系的起算点），过原点的经线为中央经线。原点通常选择在区城的中部或者西南角。地方坐标系与国家坐标系关系如图1a（略）所示二、地方坐标与国家坐标变换方法目前我国许多城市的大比例尺地图通常只表示其地方坐标系，一般并不表示国家坐标，也不表示经纬度。这类地图数据的通用性一般比较差，成为多源数据融合的一个障碍。笔者根据国家与地方坐标系建立的原理及其相互关系，提出地方坐标转换为国家坐标乃至地球坐标的两种方法：直接变换法和间接变换法。1.直接变换法如图1a所示，地方坐标系与国家坐标系之间存在一种旋转

5、与平移的关系。因此，进行两坐标系转换的最直接办法是求算地方坐标系相对于国家坐标系的旋转角度和平移量。（1）、计算地方系对国家系的旋转角在高斯―克吕格投影中，除中央经线投影为直线外，其余经线均对称并收敛于中央经线。根据国家坐标系和地方坐标系的建立原则，国家与地方两坐标系的夹角即为子午线收敛角。已知某地方原点的经纬度，利用子午线收敛角公式可计算地方坐标系相对于国家坐标系的旋转角度α。（2）、计算平移量从图1a可知，平移量即为地方坐标系的原点在国家坐标系中的坐标值。已知某地方坐标系的原点经纬度，可先计算原点与中央经线

6、的经差，再利用高斯―克吕格投影公式计算地方坐标系相对于国家坐标系的平移量（Xo，Yo）。（3）、进行坐标变换根据地方坐标系与国家坐标系之间的关系，推出其转换公式如下：2.间接变换法间接变换法的出发点是把地方坐标系的建立与国家高斯―克吕格直角坐标等同起来，把它看成是以地方中央子午线（地方原点处的经线）为直角坐标纵轴，赤道北偏一定距离（地方原点到赤道的经线弧长）并垂直于中央经线的直线为横轴的地方高斯―克吕格直角坐标（见图1b略）。这样，坐标系变换的实质就成为投影带的变换，可以由地方直角坐标反解大地坐标，再根据大地坐

7、标正解国家高斯直角坐标。这种变换本身是复杂的，而选择一个好的GIS软件作为开发平台是本文采用的一个捷径。三、基于MapInfo的坐标变换软件设计根据上述两种方法的转换原理，作者以MapInfo为开发平台，用MapBasic设计了相应的转换程序，并对这两种转换结果进行比较分析。1.技术实现思路技术实现思路如图2（略）所示。2.技术关键转换软件的开发是基于MapInfo的，MIF文件修改成为整个转换过程中的一个关键。MIF文件是MapInfo的空间数据交换文件。MIF文件有两个区域：文件头和数据节。文件头区域记录了

8、关于MapInfo表的若干基本信息，其中包括对坐标系的定义，它是通过CoordSys子句来完成的。地方坐标系为直角坐标系，MapInfo中定义为NonEarth，即非地球坐标系。在MIF文件中描述如下：CoordSysNonEarthUnits”m”Bounds(-6000，-6000)(5000，7000)通过修改CoordSys子句可以在不改变坐标数据的情况下重新定义地图坐标系，使