前言：近期，本人正着手gps定位系统的开发，开发期间在一些原理方面遇到了很多问题。这里，我将贴出一些gis和gps的一些相关概念，主要目的是为了学习，当然，这个肯定大多数不是我敲的了

，一般都是我自己从网上和其他书籍上摘抄而来的，如果有侵犯的地方还请指出，谢谢。希望会有所用很处。



1. 椭球体、基准面及地图投影



GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础，正确定义GIS系统的坐标系非常重要。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定，因此欲正确定义GIS系统坐标系，首先必须弄清地球椭球体(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。



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。



上述3个椭球体参数如下：



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，如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体，但它们的基准面显然是不同的。



地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换，如果有人说：该点北京54坐标值为X=4231898,Y=21655933，实际上指的是北京54基准面下的投影坐标，也就是北京54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。



2. GIS中地图投影的定义



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(Transverse Mercator)；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(Lambert Conformal Conic)；海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)，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。



在MapX中坐标系定义由基准面、投影两部分参数组成，方法如下：



CoordSys.Set(Type, [Datum], [Units], [OriginLongitude], [OriginLatitude],


[StandardParallelOne], [StandardParallelTwo], [Azimuth], [ScaleFactor],


[FalseEasting], [FalseNorthing], [Range], [Bounds], [AffineTransform])



其中参数：Type表示投影类型，Type为1时地图坐标以经纬度表示，它是必选参数，它后面的参数都为可选参数；


Datum为大地基准面对象，如果采用非地球坐标(NonEarth)无需定义该参数；


Units为坐标单位，如Units为7表示以米为单位；


OriginLongitude、OriginLatitude分别为原点经度和纬度；


StandardParallelOne、StandardParallelTwo为第一、第二标准纬线；


Azimuth为方位角，斜轴投影需要定义该参数；


ScaleFactor为比例系数；


FalseEasting, FalseNorthing为东伪偏移、北伪偏移值；


Range为地图可见纬度范围；


Bounds为地图坐标范围，是一矩形对象，非地球坐标(NonEarth)必须定义该参数；


AffineTransform为坐标系变换对象。



相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下：



高斯-克吕格：投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，


中央经度(OriginLongitude)，原点纬度(OriginLatitude)，


比例系数(ScaleFactor)，


东伪偏移(FalseEasting)，北纬偏移(FalseNorthing)



兰勃特: 投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，


中央经度(OriginLongitude)，原点纬度(OriginLatitude)，


标准纬度1(StandardParallelOne)，标准纬度2(StandardParallelTwo)，


东伪偏移(FalseEasting)，北纬偏移(FalseNorthing)



墨卡托: 投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，


原点经度(OriginLongitude)，原点纬度(OriginLatitude)，


标准纬度(StandardParallelOne)



在城市GIS系统中均采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影，因为一般城建坐标采用的是6度或3度分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6度或3度分带，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度至126度范围，该带的中央经度为123度，采用Pulkovo 1942基准面，那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为：(8，1001，7，123，0，1，21500000，0)。




3.

WGS84与C80坐标系：
任何一项测量工作都离不开一个基准，都需要—个特定的坐标系。例如，在常规大地测量中，各国都有自己的

测量基准和坐标系(如我国的1980年国家大地坐标系C80)。由于GPS是全球性的定位导航系统，其坐标系统也必

须是全球性的。为了使用方便，它是通过国际协议确定的，称为协议地球坐标系( Conventional Terrestrial

System—CTS)。目前，GPS测量中所使用的协议地球坐标系统称为WGS—84世界大地坐标系(Wor1d Geodetic

System)。属于地心坐标系 ，它是美国国防局为进行GPS导航定位于1984年建立的地心坐标系，1985年投入使用

。

WGS-84坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，z轴指向（国际时间局）BIH1984.0定义的协议地球

极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。

WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等参心坐标系相互转换，其方法之一是：在测区内

，利用至少3个以上公共点的两套坐标列出坐标转换方程，采用最小二乘原理解算出7个转换参数就可以得到转

换方程。其中7个转换参数是指3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。

举个例子，野外采集gps数据，数据是用大地坐标表示的，也就是用经纬度和高程表示。而采集的数据要在地

图上显示出来，就需要将经纬度转化为平面坐标，也就是通常说的x,y坐标。因为我国地形图一般采用高斯投

影，所以通常转化成高斯平面坐标显示到地图上。而在经纬度向平面坐标转化的过程中，需要用到椭球参数，

因此要考虑所选的坐标系，我国常用的坐标系有北京54，西安80，WGS-84坐标系，不同的坐标系对应的椭球体

是不一样的，这里你可能会不明白根椭球体有啥关系，是这样的，我们所说的地理数据都是为了描述大地水准

面上的某一个点，而大地水准面是不规则的，我们用一个规定的椭球面去拟合这个水准面，用椭球面上的点来

近似表示地球上的点。每个国家地理情况不同，采用的椭球体也不尽相同。北京54坐标系采用的是克拉索夫斯

基(Krassovsky)椭球体，而西安80采用的是IAG 75地球椭球体。