地理坐标系与投影坐标系的区别

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平时开展GIS开发、研究、应用工作,总会接触到坐标系,
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地理坐标系转换到投影坐标系的过程理解为投影,即将不规则的地球曲面转换为平面。

在当前的信息化的技术条件下,直接使用地理坐标系是不是更加真实准确,像谷歌地球;投影毕竟存在各种变形。

地球的自然表面不是平整的,需要想办法用数学公式描述地球表面,只能设想一个近似的数学面。

大地水准面是地球表面的第一级逼近。假设当海水处于完全静止的平衡状态时,从海平面延伸到所有大陆下部,而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面,这就是大地水准面。

地球椭球体是地球表面的第二级逼近。大地水准面可以近似成一个规则成椭球体,但并不是完全规则,其形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体,这个椭球体称为地球椭球体。

椭球体是对地球的抽象,不能与地球表面完全重合,在设置参考椭球体的时候必然会出现有的地方贴近的好(参考椭球体与地球表面位置接近),有地地方贴近的不好的问题,因此这里还需要一个大地基准面来控制参考椭球和地球的相对位置。有以下两类基准面:

地心基准面:由卫星数据得到,使用地球的质心作为原点,使用最广泛的是 WGS 1984。

区域基准面:特定区域内与地球表面吻合,大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点,例如Beijing-54、Xian-80。称谓的Beijing-54、Xian-80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。

地心大地坐标系:指经过定位与定向后,地球椭球的中心与地球质心重合。如CGCS2000、WGS84。

参心大地坐标系:指经过定位与定向后,地球椭球的中心不与地球质心重合而是接近地球质心。区域性大地坐标系是我国基本测图和常规大地测量的基础。如Beijing-54、Xian-80。

地理坐标,就是用经线(子午线)、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标。

一般地理坐标可分为三种,天文经纬度,大地经纬度,地心经纬度。通常地图上使用的经纬度都为大地经纬度。

大地经度:参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。向东为正,向西为负。

大地纬度 :参考椭球面上某点的法线与赤道平面的夹角。向北为正,向南为负。

地球椭球表面是一种不可能展开的曲面,要把这样一个曲面表现到平面上,就会发生裂隙或褶皱。在投影面上,可运用经纬线的“拉伸”或“压缩”(通过数学手段)来加以避免,以便形成一幅完整的地图。地图投影的变形通常有:长度变形、面积变形和角度变形。在实际应用中,根据使用地图的目的,限定某种变形。

其中,各种变形相互联系相互影响:等积与等角互斥,等积投影角度变形大,等角投影面积变形大。

地球并不是一个正球体,而是一个两极稍扁、赤道略股的不规则球体。究竟如何认识和描述地球的形状,必须充分考虑实际应用的需要。例如,在绘制小比例尺的世界地图或者制作直径只为几十厘米的地球仪时,就可以把地球的形状视为正球体。在测绘大比例尺地图的时候,可以把地球视为一个椭球体。而在进行航天技术方面的计算时,则必须精确地考虑具体地点对于椭球体的偏差问题。1979年,国际大地测量及地球物理协会决定采用夏…

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