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干货分享 一篇阅读量高达2百6十多万的关于坐标系和投影的相关知


信息来源:http://baselpr.com 时间:2019-08-23 14:53

  原标题:干货分享 一篇阅读量高达2百6十多万的关于坐标系和投影的相关知识探讨

  回想一下,接触遥感专业也有几个年头了,而现在越来越偏离遥感了,突然想着把自己脑中的遥感知识整理出来。首先想到的便是坐标系和投影,我想这个东西困扰着80%以上的测绘、遥感和GIS领域的从业人员吧,经常有人问,我自己曾经也很迷糊,什么大地坐标系啊、地心坐标系啊、高斯投影啊、UTM投影啊,搞得头都大了,可是这玩意又不能不玩,毕竟空间信息是遥感数据的灵魂,如果定位不准影像就只能当风景画看了。好吧,那就啃吧,基础的东西还是要的,经过一番探索,再加上去年专门做过坐标转换一些工作,算是清晰明了些了,在此就把我的一些见解分享给大家,欢迎各位菜鸟和专家前来吐槽。好了,咱们言归正传,开始坐标系探险记。

  或许很多人心中明白这个概念,却又不甚明白。什么是坐标系?人们描述空间中的一个点或者一个位置,通常会采用坐标这个概念。可是这个坐标该怎么计算呢?它的参考是谁呢?如果中国定义中南海坐标是(1921,1949,2012),美国佬也定义他们白宫的坐标是(1921,1949,2012),哪天黑马说咱们打它中南海一炮吧,那就可能把他自己烤熟。所以必须要建立一个合理的坐标系(⊙﹏⊙b汗~~,这个理由好牵强啊)。

  坐标系由原点和坐标轴组成。坐标系种类很多,我们大家在数学中想必都学过笛卡尔坐标系、极坐标系、球面坐标系和柱面坐标系吧,在地学领域,用到最多的是平面坐标系、空间直角坐标系(前两者属于笛卡尔坐标系)和球面坐标系。比如说一个点坐标是(-2850017.472,4690744.523,3237959.973)就是指空间直角坐标,而我们经常看到的Google Earth上的点的坐标(37°20′17″N,112°33′20″E)就是指球面坐标。

  测量学上,坐标系怎样定义的呢?地球是一个不规则的类椭球,怎样用严格的数学方式表示它,应该是测绘学家们所追求的高峰。为了表示地球上每一个点的位置,是不是要建立一个统一的世界坐标系呢?建立坐标系是不是要确定坐标原点和坐标轴呢?那怎样建立呢?测量学家们把地球当作一个规则的椭球来处理,这下就好办多了,椭球中心就原点呗,长轴短轴就作为坐标轴,这样一个坐标系就出来了啊。可是有人会问,那这个椭球怎么表示呢?嘛嘛的,我也想问,原来这是科学家们利用天文观测得到的,而且不同的科学家得到的椭球还不一样,比如,一个叫Krasovsky的人搞了个克拉索夫斯基椭球,还有人搞了什么IUGG-1975、WGS-84、GRS80椭球,他们主要特点是长半轴和扁率不同。可是又有人会问(Y的,问题好多啊),搞这么多椭球干嘛,有一个不就行啦。呵呵,我们知道,地球坑坑洼洼的,用严密的椭球来表示肯定有误差,有的国家为了使自己的国家与椭球面吻合(最好大家都站在椭球面上),这样根据各自的情况就定义了不同的参考椭球,比如北京54坐标系就采用了苏联老大哥的克拉索夫斯基椭球。可是问题又来了,怎样才算吻合得好呢?肯定会有人站在椭球面上,有人站在椭球面下,真头疼。此时,测量学家们引入了大地基准面来衡量椭球与大地的吻合度。大地基准面是由大地水准面而来,是指平均海平面延伸到大陆得到的一个封闭曲面。比如,在建立北京54坐标系时,专家们肯定会选择与中国的大地水准面吻合比较好的椭球。此时的椭球称为参考椭球,建立的坐标系称为参心坐标系,我国的北京54和西安80坐标系都是参心坐标系,是一种局部范围的坐标系。然而这种坐标系对于全球定位来说极其不便,误差很大,所以山姆大叔率先针对GPS系统设计了全球大地坐标系WGS-84坐标系统,这时的大地原点不再是参考椭球的中心,而是地球的质心。WGS84椭球体的相关参数和WGS84坐标系的坐标轴指向请参考相关专业书籍。我国现有的国家2000坐标系也是一种全球大地坐标系,其与WG