文档介绍：第三讲 GIS的空间地理坐标系统
空间参考系统(p39-48)
GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数据与其位置的识别联系在一起,它是通过公共的地理基础——统一的空间参考系统来实现。
33%
67%
主要是顾及投影变形、作为历史沿续、为了使用方便和便于资料保密等;
地方系统
国家坐标系统
地球椭球的基本元素常用符号a,b,α,e和e’表示。符号的名称和公式为(衡量形状和大小参数):
长半轴=a;短半轴=b;扁率α=(a-b)/a;
第一偏心率=
第二偏心率=
已知其中两个元素(包含a或b),
就可以推算其他三个元素。
我国的大地坐标系
1949年以后,我国采用了两种不同的大地坐标系,即1954年北京坐标系和80国家大地坐标系,它们均属参心大地坐标系(p40)。
不同的参考椭球确定不同的参心坐标系。
相同的地球椭球元素,但定位和定向不同, 也将构成不同的参心坐标系。
把地面大地网归算到地球椭球面上,确定它同大地的相关关系位置,这就是所谓椭球的定位和定向问题。
54年北京坐标系
我国1954年完成了北京天文原点的测定工作,建立了1954年北京坐标系。1954年北京坐标系是原苏联1942年普尔科沃坐标系在我国的延伸,但略有不同,其要点是:
属参心大地坐标系;
采用克拉索夫斯基椭球参数(a=6878245m,扁率= 1:);
多点定位;
εx = εy = εz;;
大地原点是原苏联的普尔科沃;
大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准;高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准起算值,按我国天文水准路线推算出来的;
1954年北京坐标系建立后,30多年来用它提供的大地点成果是局部平差结果(制作了国家系列比例尺地形图)。
1980年国家大地坐标系
由于1954年北京坐标系(简称54坐标系)存在许多缺点和问题,1980年我国建立了新的大地坐标系(简称80坐标系),其要点是:
属参心大地坐标系;
采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数。数值采用1975年国际大地测量学联合会(IUG)第16届大会上的推荐值,其结果是:
地球长半轴= 6378140m
1980年国家大地坐标系
地心引力常数x质量 GM = ×1014m3/s2
地球重力场二阶带谐数J2=×10–3
地球自转角速度ω=×10–5rad/s。
多点定位。在我国按10×10间隔,均匀选取922个点组成弧度测量方程,按最小解算大地原点起始数据(p41);
定向明确。(JYD)的方向,起始大地子午面平行于我国起始天文子午面,ωx =ωy =ωz =0;
1980年国家大地坐标系
大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇,简称西安原点;
大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
大地坐标确定后,空间一点的大地坐标用大地经度L、大地纬度B和大地高度H表示。如右图所示,地面上的点P地的大地子午面NPS与起始大地子午面所构成的二面角L,叫点P地的大地经度,由起始子午面起算,向东为正,向西为负。点P地对于椭球的法线P地Kp与赤道面的夹角B,叫做点P地的大地纬度,由赤道面起算,向北为正,向南为负。点P地沿法线到椭球面的距离H叫做大地高,从椭球面起算,向外为正,向内为负。
地图投影
将椭球面上各点的大地坐标按照一定的数学法则,变换为平面上相应点的平面直角坐标,通常称为地图投影。
x=F1(L,B) 、y=F2(L,B)
式中(L,B)是椭球面上某一点的大地坐标,而(x,y)是该点投影平面上的直角坐标。
各种不同的投影就是按照一定的条件来确定式中的函数形式F1,F2的。地球椭球面是不可展的曲面,无论用什么函数式F1,F2 将其投影至平面,都会产生变形。