地图坐标转换

地信人生 · 发表于 2010-9-19 13:43

“北京54坐标系”转“西安80坐标系”的转换方法和步骤。 Pz#D9.D0
一、数据说明 2c`m

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北京54坐标系和西安80坐标系之间的转换其实是两种不同的椭球参数之间的转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z旋转（WY），尺度变化（DM）。若得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z），可以向地方测绘局获取。 Y^80@‑MJ
二、 “北京54坐标系”转“西安80坐标系”的操作步骤 ,RIGV[u
启动“投影变换模块”，单击“文件”菜单下“打开文件”命令，将演示数据“演示数据_北京54.WT”、“演示数据_北京54.WL”、“演示数据_北京54.WP”打开，如图1所示： u&/[sq ‑x
图1 d#
P3 <
1、单击“投影转换”“菜单下“S坐标系转换”“命令，系统弹出“转换坐标值”“话框，如图2所示： 1cPm $=B
图2 H%N !;Jz=
⑴、在“输入”一栏中，坐标系设置为“北京54坐标系”，单位设置为“线类单位－米”； ,,1H#;j
⑵、在“输出”一栏中，坐标系设置为“西安80坐标系”，单位设置为“线类单位－米”； \pI)tnu6'U
⑶、在“转换方法”一栏中，单击“公共点操作求系数”项； bl@0+NiM
⑷、在“输入”一栏中，输入北京54坐标系下一个公共点的（x、y、z），如图2所示； @[1]8
WG
⑸、在“输出”一栏中，输入西安80坐标系下对应的公共点的（x、y、z），如图2所示； ^.bYLF
⑹、在窗口右下角，单击“输入公共点”按钮，右边的数字变为1，表示输入了一个公共点对，如图2所示； C
@‑+"d3
⑺、依照相同的方法，再输入另外的2个公共点对； !u~h.DrvZ
⑻、在“转换方法”一栏中，单击“七参数布尔莎模型”项，将右边的转换系数项激活； ‑[1]3=o^Vv
⑼、单击“求转换系数”菜单下“求转换系数”命令，系统根据输入的3个公共点对坐标自动计算出7个参数，如图3所示，将其记录下来； <hlH@[

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然后单击“确定”按钮；

2>~{.4PI
图3 U[1][1]-.?+ `
2、单击“投影转换”菜单下“编辑坐标转换参数”命令，系统弹出“不同地理坐标系转换参数设置”对话框，如图4所示； ! K? o‑ H
图4 q~*3Bk~
在“坐标系选项”一栏中，设置各项参数如下： VYw vT0

源坐标系：北京54坐标系； Dw}8ci'

目的坐标系：西安80坐标系； zrfE'C8O
转换方法：七参数布尔莎模型； V0hC[Ilr
长度单位：米； ~doOt
角度单位：弧度； B"‑N8NVn
然后单击“添加项”按钮，则在窗口左边的“不同椭球间转换”列表中将该转换关系列出； }W‑&hPC
在窗口下方的“参数设置”一栏中，将上一步得到的七个参数依次输入到相应的文本框中，如图4所示； @l3L_;6a
单击“修改项”按钮，输入转换关系，并单击“确定”按钮； K{[ySB
接下来就是文件投影的操作过程了。 J;+A

G^U<
3、单击“投影转换”菜单下“mapgis投影转换/选转换线文件”命令，系统弹出“选择文件”对话框，如图5所示： 12)~

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图5 M
7vc/E}]n
选中待转换的文件“演示数据_北京54.WL”，单击“确定”按钮； c_b^

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4、设置文件的Tic点，在“投影变换”模块下提供了两种方法：手工设置和文件间拷贝，这里不作详细的说明； 9TGjcZ1S'
5、单击“投影转换”菜单下“编辑当前投影参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框，如图6所示，根据数据的实际情况来设置其地图参数，如下： Nx4_O[1]c^hY
坐标系类型：大地坐标系 @Tm

qw(n{
椭球参数：北京54 m Nw|S*C
投影类型：高斯－克吕格投影 W2h^ShG
比例尺分母：1 #p~tkQ:'1
坐标单位：米 `WF?87l1
投影中心点经度（DMS）：1230000 m MO:m8W
然后单击“确定“按钮； ) ^PY-~o[
图6 Er} xB~<t
6、单击“投影转换”菜单下“设置转换后参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框，如图7所示，转换后的参数设置为： K' N`r[1]x.7
坐标系类型：大地坐标系 }S'+Y

tea
椭球参数：西安80（注意椭球参数的变换） ‑8^j u=
投影类型：高斯－克吕格投影 c_a*{L|c
比例尺分母：1 hX\XNiCiK8
坐标单位：米 a #?% I#
投影中心点经度（DMS）：1230000（注意前后中央经线保持一致） j['Z|Am"l
图7 uc~PKU?tO
7、单击“投影转换”菜单下“进行投影变换”命令，系统弹出“输入转换后位移值”对话框，单击“开始转换”按钮，系统开始按照设定的参数转换线文件，如图8所示： [(}f3W&
图8

DI

odQkF
以同样的操作步骤和参数设置，将“演示数据_北京54.WL”、“演示数据_北京54.WP”文件进行投影转换； [qlq&?"
8、单击鼠标右键，选择“复位”命令，系统弹出“选择文件名”对话框，可以看到系统生成了三个新的文件：“NEWLIN.WL”、“NEWPNT.WT”、“NEWPNT.WP”，依次选中这三个文件，单击“确定”按钮，如图7所示： [1]D:'|poH
这时新生成的三个文件就是西安80坐标系下的文件； VcIsAK".4[
补充：通常情况下，转换过来的数据会有一定的误差存在，所以有时为了保证数据的精度，在转换的过程中通过设置横坐标和纵坐标的偏移量来修正转换后的坐标值； YnuC<y &p
跨带投影 #wbaRx@rc
我们知道高斯－克吕格投影采用了分带投影的思想，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，使用时只需变一个带号即可，这样就存在着如果不考虑带号的情况下，会有重叠的情况出现，如果要想将重叠的图框回到其实际所在的位置上，这时就会用到跨带投影。 +SkD
/"5ng
跨带投影是MAPGIS投影变换中一个很重要的方面。 QsI#Ae,O#;
下面来讲解跨带投影的操作方法和步骤，共分为两部分： VkhZt7]K}B
一、演示数据的生成和说明： ?/[1])Mt(p
在“投影变换”模块下分别生成3幅1：50万的标准框，并在“输入编辑”模块中将其改成不同的颜色（“FRAM_50_左.W~“表示“FRAM_50_左.WL”和“FRAM_50_左.WT”）： LslQZ]3MY
名称起始经度（DDMMSS）起始纬度（DDMMSS）中央经线（DDMMSS） IV_u f
FRAM_50_左.W~ 1140000 280000 1170000 au}rS0) +
FRAM_50_中.W~ 1170000 280000 1170000 zC!]bWsD
FRAM_50_右.W~ 1200000 280000 1230000 $1.i[1]MHb
因为在投影过程中采用的是“高斯—克吕格投影”，且1：50万的标准图框的经线跨度为3°，所以当同时打开这三幅标准图框时，会发现“FRAM_50_左.W~”和“ FRAM_50_右.W~”二者重叠在了一起,如图1所示： p 9XHYf7

2
图1 #B"ki{S
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如果想实现三个标准框连续排列，则需要经过跨带投影。 $

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二、跨带投影的操作步骤 c
Qzd0X
启动“投影变换”模块，单击“文件”菜单下“打开文件”命令，将“FRAM_50_左.W~”、“FRAM_50_中.W~”、“FRAM_50_右.W~”三个标准框添加进来，如图2所示： < Up n~tH
图2 \% !]qv
1、单击“投影转换”菜单下“MAPGIS文件投影/选转换线文件”文件命令，系统弹出“选择文件”对话框，选择“FRAM_50_右.WL”，单击“确定”按钮，如图3所示： ?`AzgM[I
图3 *58<.L|
2、设置文件的Tic点，因为在生成标准图框时MAPGIS为自动为其添加4个Tic点，所以这里不再作详细的说明； ,f0cy\.?
3、单击“投影转换”菜单下“编辑当前投影参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框，如图4所示： p]*$m=t0r
坐标系类型：投影平面直角坐标系 M3K+[1]
;-n^
椭球参数：西安80 `5
<
投影类型：高斯－克吕格投影 n0 _:!]k^
比例尺分母：500000 /$\y
AOA'y
坐标单位：毫米 PkF B.
投影中心点经度（DMS）：1230000 zOLt)
2-<
通常情况下，因为是标准框，所以系统会自动的读取其各项参数，所以只需检查各项参数设置是否有错即可； A;1&lt

5lo
图4 |iLeOztuE
4、单击“投影转换”菜单下“设置转换后参数”命令，系统弹出“输入投影参数”对话框， u Zz[1]^>* b
如图5所示： }EE
坐标系类型：投影平面直角坐标系 r&A#h;EQX2
椭球参数：西安80 D2E~ c? V
投影类型：高斯－克吕格投影 & oZI. Qeo
比例尺分母：500000 QL-((dZ<
坐标单位：毫米 E+dr\Xhv
投影中心点经度（DMS）：1170000（注意前后中央经线发生了变化） cm
%QV?
图5

[1]MkC

25
5、单击“投影转换”菜单下“进行投影变换”命令，系统弹出“输入转换后位移值”对话框，单击“开始转换”按钮，系统开始按照设定的参数转换线文件，如图6所示： /_xwHiA
图6 |n=m8X
以同样的操作步骤和参数设置，将FRAM_50_右.WT文件进行投影转换； QVL
92"
6、单击鼠标右键，选择“复位”命令，系统弹出“选择文件名”对话框，可以看到系统生成了两个新的文件：“NEWLIN.WL”、“NEWPNT.WT”，依次选中“FRAM_50_左.W~”、“FRAM_50_中.W~”及两个新生成的文件，然后单击“确定”按钮，如图7所示： )$P!7$C-
图7 !Lb9
KDk
最终结果如图8所示： (t

oGU
图8 q_g'4VZv
补充：中央经线的设置方法 7xVI

,\qV
跨带投影的过程中设计到一个很重要的参数就是中央经线，因为“高斯－克吕格投影”采用的是分带的思想，所以在每个投影带都会有一个中央经线，中央经线设置错误，则投影变换的结果就会有问题，尤其是跨带投影的情况下。 rMTtPuc2
那如何查阅一个标准框的中央经线呢？ D(~6h,=m
我们国家规定：高斯－克吕格投影，1：2.5万～1：50万地形图均采用6度分带；1：1万及更大比例尺采用3度分带，所以上诉3幅标准图框都采用的6度分带。 G- S[1]w`HHo
由标准框的起始经纬度，如“FRAM_50_左.W~”的起始经纬度“1140000”，我们可以查阅出其对应的中央经线。 W`eYd| +C
单击“投影变换”模块“帮助”菜单下“帮助目录”命令，在系统弹出的对话框中，选择“索引”页，找到“6度分带表”，单击“显示”按钮，如图9所示： 3.Ni%

FF`
图9 b&*^\hY9b
则6度分带表如图10所示： +C/K@:p
6度分带表 Dd!MG'%hlb
根据标准框的起始经纬度，可以分别查阅到“FRAM_50_左.W~”的中央经线为：1170000、 (+@3Dr5o0}
“FRAM_50_中.W~”的中央经线为：1170000、“FRAM_50_右.W~”的中央经线为：1230000。

一般来讲，GPS直接提供的坐标（B,L,H）是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐标，其中B为纬度，L为经度，H为大地高即是到WGS-84椭球面的高度。而在实际应用中，我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x,y,），不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（B,L），高程一般为海拔高度h。
GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70米左右，东北部140米左右，南部75米左右，中部45米左右。现就上述几种坐标系进行简单介绍，供大家参阅，并提供各坐标系的基本参数，以便大家在使用过程中自定义坐标系。
1、1984世界大地坐标系
WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数：
长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。
2、1954北京坐标系
1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系。属于参心大地坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。其长半轴 a=6378245，扁率 f=1/298.3。1954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸,但也还不能说它们完全相同。　　
3、1980西安坐标系
1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。属参心大地坐标系。1980年西安坐标系Xi'an Geodetic Coordinate System 1980 采用1975国际椭球,以JYD 1968.0系统为椭球定向基准,大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇,采用多点定位所建立的大地坐标系.其椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们为:其长半轴a=6378140m; 扁率f=1/298.257。
4 高斯平面直角坐标系和UTM
一般的地图均为平面图,其对应的也是平面坐标.因此,需要将椭球面上各点的大地坐标,按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标.目前世界各国采用最广泛的高斯- 克吕格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影（等角投影），即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。为了限制长度变形,，根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带，6度带是自零度子午线起每隔经度。
高斯平面直角坐标系一般以中央经线（L0）投影为纵轴X, 赤道投影为横轴Y，两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值，在投影中规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴。为了区别某一坐标系统属于哪一带，通常在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。城建坐标多采用三度带的高斯-克吕格投影。同一坐标系下的大地坐标（即经纬度坐标B,L）与其对应的高斯平面直角坐标（x，y）有严格的转换关系。现行的测绘的教科书的一般都有。
5、地方独立坐标系
在我国许多城市测量与工程测量中，若直接采用国家坐标系下的高斯平面直角坐标，则可能会由于远离中央子午线，或由于测区平均高程较大，而导致长度投影变形较大，难以满足工程上或实用上的精度要求。另一方面，对于一些特殊的测量,如大桥施工测量，水利水坝测量，滑坡变形监测等，采用国家坐标系在实用中也会很不方便。因此，基于限制变形，以及方便实用，科学的目的，在许多城市和工程测量中,常常会建立适合本地区的地方独立坐标系。建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与投影面.地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球，该椭球的中心，轴向和扁率与国家参考椭球相同。其椭球半径α1增大为:α1=α+Δα1,Δα1=Hm+ζ0式中:Hm为当地平均海拔高程,ζ0为该地区的平均高程异常。而地方投影面的确定中,选取过测区中心的经线或某个起算点的经线作为独立中央子午线.以某个特定方便使用的点和方位为地方独立坐标系的起算原点和方位,并选取当地平均高程面Hm为投影面。
既然说到了不同的坐标系，就存在坐标转换的问题。关于坐标转换，首先要搞清楚转换的严密性问题，即在同一个椭球里的坐标转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。例如，由1954北京坐标系的大地坐标转换到954北京坐标系的高斯平面直角坐标是在同一参考椭球体范畴内的坐标转换，其转换过程是严密的。由1954北京坐标系的大地坐标转换到WGS-84的大地坐标，就属于不同椭球体间的转换。
不同椭球体间的坐标转换在局部地区的采用的常用办法是相似变换法，即利用部分分布相对合理高等级公共点求出相应的转换参数。一般而言，比较严密的是用七参数的相似变换法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。
如果不考虑高程的影响，对于不同椭球体下的高斯平面直角坐标可采用四参数的相似变换法，即四参数（x平移，y平移，尺度变化m，旋转角度α）。如果用户要求的精度低于20米，在一定范围（2＇＊2＇）内，就直接可以用二参数法（ΔB，ΔL）或（Δx，Δy）修正。但在实际操作中，这也取决于选取的公共点是否合理，并保证其足够的精度。