地理坐标系统与投影坐标系统

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1、坐标系统又可分为两大类：地理坐标系统、投影坐标系统。弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。一、地球椭球体(Ellipsoid)地球表面是凸凹不平，是一个无法用数学公式表达的曲面，不能作为测量和制图的基准面。假想一个扁率极小的椭圆，绕短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体，其表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，所以在测量和制图中就用它替代地球的自然表面。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

2、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。常见的地球椭球体如下：一、大地基准面(Datum)不同的坐标系其实就是所采用的椭球体不同，因此椭球参数不同，原点不同，XYZ轴不同。把地球椭球体和基准面结合起来看，如果把地球比做是"马铃薯"，表面凸凹不平，而地球椭球体就好比一个"鸭蛋"，那么按照前面的定义，基准面就定义了怎样拿这个"鸭蛋"去逼近"马铃薯"某一个区域的表面，X、Y、Z轴进行一定的偏移，并各自旋转一定的角度，大小不适当的时候就缩放一下"鸭蛋"，这样通过如上的处理必定可以达到很好的逼近地球某一区域的表面。因此，每个国家或地区均有各自的基准面，我们

3、通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。北京54坐标系：(BJZ54)，北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以前苏联的克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。它的原点在在前苏联的普尔科沃。a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1954年青岛验潮站求出的黄海平均海

4、水面；f．高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。椭球坐标参数：长半轴a=6378245m；短半轴=6356863.0188m；扁率α=1/298.3。缺点：1、椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。2、参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，同时也对观测量元素的归算提出了严格的要求。3、几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900～1909年正常重力公式

5、，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。4、定向不明确。椭球短半轴的指向既不是国际普遍采用的国际协议（原点）CIO（ConventionalInternationalOrigin），也不是我国地极原点JYD1968.0；起始大地子午面也不是国际时间局BIH（BureauInternationaldeIHeure）所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。1980西安坐标系：1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中

6、部的陕西省泾阳县永乐镇。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省泾阳县永乐镇；（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为：长半轴a=6378140±5（m）短半轴b=6356755.2882m扁率α=1/298.257第一偏心率平方=0.00669438

7、499959第二偏心率平方=0.00673950181947椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（4）多点定位；（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准WGS-84坐标系:国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间服务机构）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点