大地坐标系

１、地形图坐标系：我国的地形图采用高斯－克吕格平面直角坐标系。在该坐标系中，横轴：赤道，用Ｙ表示；纵轴：中央经线，用Ｘ表示；坐标原点：中央经线与赤道的交点，用Ｏ表示。赤道以南为负，以北为正；中央经线以东为正，以西为负。我国位于北半球，故纵坐标均为正值，但为避免中央经度线以西为负值的情况，将坐标纵轴西移５００公里。２、北京５４坐标系：１９５４年我国在北京设立了大地坐标原点，采用克拉索夫斯基椭球体，依此计算出来的各大地控制点的坐标，称为北京５４坐标系。３、ＧＳ８４坐标系：即世界通用的经纬度坐标系。４、６度带、３度带、中央经线。我国采用６度分带和３度分带：１∶２．５万及１∶５万的地形图采用６度分带投影，即经差为６度，从零度子午线开始，自西向东每个经差６度为一投影带，全球共分６０个带，用１，２，３，４，５，……表示．即东经０～６度为第一带，其中央经线的经度为东经３度，东经６～１２度为第二带，其中央经线的经度为９度。１∶１万的地形图采用３度分带，从东经１．５度的经线开始，每隔３度为一带，用１，２，３，……表示，全球共划分１２０个投影带，即东经１．５～４．５度为第１带，其中央经线的经度为东经３度，东经４．５～７．５度为第２带，其中央经线的经度为东经６度．地形图上公里网横坐标前２位就是带号，例如：河北省１：５万地形图上的横坐标为２０３４５４８６，其中２０即为带号，３４５４８６为横坐标值。中国大地坐标系我国大地坐标系的参考椭球体与基准面基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54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。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。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。虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用，但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高，可利用前苏联的Pulkovo1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系；假如精度要求较高，如土地利用、城市基建等GIS系统，则需要自定义基准面。从Mapinfo中国的URL()可下载到包含北京54、西安80坐标系，其中定义：北京54基准面参数为：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)西安80基准面参数为：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)这样就可以自定义一个基准面参数为“9999”的基准面。当测数据为WGS84坐标数据时，由于北京54和西安80坐标系中有8个参数相同，不同的是参考椭球体参数，由此类推WGS84的基准面参数定义为：(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)这样就可以以我国常用的基准面建立坐标系，也可以选择不同的投影方式，以满足系统对精度的要求。3.2高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)中，大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(TransverseMercator)；小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影(LambertConformalConic)，我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影又叫横轴墨卡托(TransverseMercator)投影，依椭圆柱作为投影面，并与椭球体相切于一条经线上，该经线即为投影带的中央经线，按等角条件将中央经线东西一定范围内的区域投影到椭圆柱表面上，再展成平面，便构成了横轴等角切椭圆柱投影。在GIS系统中均采用6°或3°分带的高斯-克吕格投影，因为一般坐标采用的是6°或3°分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6°或3°分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴，纬度方向)，赤道投影后为Y轴(横轴，经度方向)，为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移500公里，即东伪偏移值为500公里，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如(4231898,21655933)其中21即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如21带的东伪偏移值为21500000米。假如你的工作区位于21带，即经度在120°至126°范围，该带的中央经度为123°。提起“坐标”这个词，有些读者可能有点陌生，其实，在我们生活中还是经常碰到的，只是不这么称呼罢了。比如我们到体育馆看球赛，去礼堂听报告，入场券上就有×排×号，按照这个排、号，就能找到自己的座位。这种用排和号两个数确定座位的方法，在数学上就叫做坐标法。为了使用地图的方便，制图人员就把这个坐标法搬到了地图上，成为确定地面点位的方法。因为地球比较大，坐标的起算点、计算的方法和表达的方式就必须有一系列的规定，这些规定，就是坐标系统。地图上的坐标系统分为两种，即平面直角坐标系和地理坐标系。我国地形图上采用的是“1954年北京坐标系”，关于这个问题我们在前面已经介绍过了。这里只打算介绍一下地形图上的地理坐标和平面直角坐标的一些具体应用问题。1.地理坐标确定地球表面上某点位置的经度和纬度数值，就是该点的地理坐标。为了使用方便，在1∶20万、1∶50万和1∶100万地图上，按照一定的间隔绘有经线和纬线，构成地理坐标网；在图廓线的四周有经、纬度数值注记。在大于1∶10万图上，只是在内图廓外绘有分度带，每个分划为一分；在内图廓的四角注有经、纬和值。需要用经纬度指示目标时，只要把南图廓与北图廓、东图廓与西图廓上分度带的相应分划连接起来，就构成了地理坐标图。埂坐标是世界各国通用的。在海上、空中、边防或外交斗争中，通常采用地理坐标指示目标。例如，知道了地理坐标为北纬25°02.5′，东经121°31′，就可以从图上找到这是台北市。反之，找到了图上位置，也可以求出这一点的地理坐标。2.平面直角坐标由于经纬线在图上多是弧线，不便于图上作业，更不便于距离和角度的换算，因此，在大比例尺图上都绘有平面直角坐标网。确定平面上某点位置的长度数值，就是该点的平面直角坐标。平面直角坐标会值是用公里和米表示的。平面直角坐标的构成平面直角坐标，是在颊上由两条垂直相交的直线建立起来的坐标系统。纵线为纵轴，以X表示；横线为横轴，以Y表示；两直线的交点为坐标原点，以0表示。确定某点的位置时，以该点到横轴的垂直距离为纵坐标(X)，到纵轴的垂直距离为横坐标(Y)。并规定，X值在横轴以上的为正，以下的为负；Y值在纵轴以右的为正，以左的为负。如甲点的坐标：X=250，Y=300。用这种方法确定点位的，就叫平面直角坐标法。我国地形图上的平面直角坐网，是按高斯投影构成的。高斯投影是以6°为一带，每个投影带的中央经线是直线，与中央经线相垂直的另一条直线是赤道。地形图上的平面直角坐标，就是以中央经线为纵轴(X)，以赤道为横轴(Y)，其交点为坐标原点(0)，这样，每个投影带便构成一个独立的坐标系。我国领土位于赤道以北，所以纵坐标(X)值均为正值；横坐标(Y)值，位于中央经线以东的为正，位于中央经线以西的为负。为了计算方便，消除负数，又将横坐标(Y)值均加上五百公里常数，(即等于将纵轴西移500公里)横坐标以此纵轴起算，Y值也就全是正数了。因为一个投影带的范围很大，分的图幅也很多，为能迅速确定点的坐标，制图时，就用平行线的办法，以一公里(或两公里)为单位，分别作中央经线和赤道的平行线，构成正方形方格网，叫做平面直角坐标网，在1∶5万地形图上，每个方格的面积是一平方公里，所以又叫方里网。图上平面直角坐标的注记地图上纵向的线(即中央经线的平行线)，都叫纵坐标线，它的长度数值是由南向北增加的，注记在左右图廓间(公里数)。地图上横向的线(即赤道的平行线)，都叫横坐标线，它的长度数值是由西向东增加的，注记在上下图廊间(公里数)。用平面直角坐标指示目标有了X、Y一组数值，在图上是不是就能确定地球表面上任何一点的位置了呢?这在一个投影带中是可以的。但是，按高斯分带投影的办法，全球就分六十个带，我们中国占十三个带，每一带都是一个独立的坐标系；这样，相同的一个坐标值，将会在所有六十个带里同时出现。例如呼和浩特市和承德市，它们的坐标几乎相等，而两地实际相距将近五百公里，就因为所在的投影带不同。为了避免这种现象，还要在Y坐标值的前面写上带号，就是在呼市的横坐标值前写上19，在承德的横坐标值前写上20，这样，才能用X、Y值确定地球表面任何一点的位置。平面直角坐标网的作用，主要是指示目标和确定目标在图上的位置，也可以估算距离和面积。利用坐标指示目标时，可以用概略坐标，也可以用精确坐标。例如，报告龟山的概略坐标，只要指出龟山所在方格左下角的坐标值即可。报告坐标的顺序是：先纵坐标值，后横坐标值，切记不要报错。为了避免报错顺序，简便的方法是：用左手的虎口对正这个方格的左下角，先沿拇指方向找出纵坐标值(X)为85，再沿食指方向找出横坐标值(Y)为49。口头报告时，先说坐标，后说地名，如：85、49，龟山。如果在文件中，就写成：“龟山(85、49)”。炮兵射击，常常要用精确坐标，此时应先找出概略坐标，再加上该点到下边和左边方格线的垂直距离的米数即可。最方便的办法是用坐标尺量读。量读的方法是：使坐标尺的纵边与纵坐标线密合，横边通过所量地物之定位点，即可读出纵、横坐标的米数，然后与概略坐标的公里数相加，就是精确坐标。例如发射点的精确坐标为：X85620，Y49300。反之，用同样的方法，知道了坐标值，也可以确定目标点在图上的位置，这里就不详细介绍了。3.邻带补充坐标网地形图上的平面直角坐标网，是按投影带建立的各自独立的坐标系，纵、横坐标线都只平行于本带的纵、横坐标轴；所以，在两带相接的地方，图上的坐标线就拼接不起来。但是，在实战中，常会碰到这种情况：比如，我炮兵发射阵地位置在十九带而射击目标位置在二十带，因为不是一个投影带，坐标系统不一致，这就无法指示目标，不能计算炮目距离和方位角。为了便于相邻两带的图幅能使用统一的坐标网，制图时规定，凡是在两带相接地方1～2幅图的外图廓线上都要加绘邻带坐标网短线，并注上相应的公里数。用图时，就要规定统一使用某一带坐标网，并将两对应图廊间的短线连成直线，即可构成邻带统一的坐标网。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，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，其坐标详细定义可参见参考文献[朱华统1990]。1954年北京坐标系的历史：新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重