在中央经线上,投影面与地球完全密合,因此图形没有变形;由中央经线往東西两侧延伸,地表图形会被逐渐放大,变形也会越来越严重。
为了保持投影精度在可接受范围内,每次只能取中央经线两侧附近地区来用,因此必须切割为许多投影带。就像将地球沿南北子午线方向,如切西瓜一般,切割为若干带状,再展成平面。目前世界各国军用地图所采用之 UTM 坐标系統 (Universal Transverse Mecator Projection System),即为横轴投影的一种。是将地球沿子午线方向,每隔 6 度切割为一带,全球共切割为 60 个投影带。
地图投影几何分类主要包括:
结合变形性质和几何投影,投影分类包括:
3、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);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。
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)。
4、大地坐标系
有了椭球体以及地图投影,坐标系就能确定下来了。北京54和西安80是我们使用最多的坐标系。我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上使用的是我国的两个大地基准面北京54基准面和西安80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。 WGS-84坐标系采用WGS1984基准面及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。 北京54坐标系
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,它是以格拉索夫斯基椭球为基础,经局部平差后产生的坐标系,与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系,相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。到20世纪80年代初,我国已基本完成了天文大地测量,经计算表明,54坐标系统普遍低于我国的大地水准面,平均误差为29米左右。 西安80坐标系
西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理,在建立西安80坐标系时有以下先决条件: (1)大地原点在我国中部,具体地点是陕西省径阳县永乐镇;
(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IUG 1975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:
长轴:6378140±5(m); 扁率:1:298.257
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
WGS-84(World Geodetic System,1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系,其坐标系的几何定义是:原点在地球质心,z轴指向 BIH
1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP赤道的交点。Y轴与 Z、X轴构成右手坐标系(如图所示)。
WGs-84椭球及有关常数:
对应于 WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球,其常数采用 IUGG第 17届大会大地测量常数的推荐值。 WGS-84椭球的几何常数:
长半轴: 6378137± 2(m) 扁率:1 / 298.257223563
地球引力常数(含大气层)GM=3986005 正常化二阶带谐系数C2.0= -484.16685×10-6