地理坐标系简明教程

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一、地理坐标系的定义坐标系， ，是用来描述一定参考系中点的位置和点与点之间关系的工具。地理坐标系，英文  ，简称，是使用三维球面来定义地球表面位置，描述点与点之间位置关系的坐标系。地理坐标系由角度测量单位（ ）、本初子午线（ ）和大地基准面（）三个要素组成。在使用地理坐标系来描述地球表面某点的位置时，使用大地经度（）、大地纬度（）和高程（）三个值来描述。二、大地基准面：地理坐标的原点标定地球丯个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。当我们假定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和岛屿下部，而与地球重力方向处处正交亄个连续、闭合的曲面，我们称之为「大地水准面」（），也叫重力等位面。大地水准面是地球表面很好的近似，是地球表面的「丬级逼近」。大地水准面所包围的不规则球体称为「大地体」。由于地球表面起伏不平和地球内部质量分布匍，故大地水准面丯个略有起伏的不规则曲面，但从大的尺度来看，起伏度并不大。将大地水准面近似丐个能够通过数学公式描述的椭球体，我们称之为「地球椭球体」。地球椭球体是地球表面的「第二级逼近」，包括长半轴长度（赤道半径）、短半轴长度（极半径）、椭球扁率、丬偏心率、第二偏心率共5个参数，在这里，后3个参数可以由前两个参数计算得到。丌椭球体，在不同的地方，与大地水准面的拟合情况并不致。通过对选定的其地球椭球体进行移动和旋转，重新定位与定向，也即参考椭球体，使其更加逼近一定区域内的地球表面。对经过重新定位与定向的椭球体与定区域构大贴合表面，我们称之为「大地基准面」（ ）。大地基准面使用的参考椭球体是地球表面的「第三级逼近」。大地基准面通过描述地表指亚点（大地原点，也称大地基准点）同参考椭球体的关系来定义对参考椭球体的定位和定向。此关系能以 6个量来定义，通常为大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。乓个大地基准面使用的参考椭球体的球心与地球质心重合时，称为地心基准面，对应的地理坐标系称为地心坐标系；不重合时，称为区域基准面，对应的地理坐标系称为参心坐标系。我国过去常用的北京54坐标系（54)、西安80坐标系（80）均为参心坐标系，现在常用的2000坐标系，84坐标系为地心坐标系。三、本初子午线和角度测量单位本初子午线（ ）,也即零度经线，是地理坐标系的方向标定。大多数坐标系均采用经过格林尼治天文台的经线为零度经线。角度测量单位（ ），是地理坐标系的度量标定。多采用度分秒（）或十进制度来表示。四、地理坐标系之间的转换对于使用了不同参考椭球体的地理坐标系而言，相互之间的坐标值转霖要用到7个参数。这7参数分别为：三个平移参数Δ、Δ、Δ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数ε、ε、ε表示基础坐标系旋转至与目标坐标系平行时，分别绕、、的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。