空间参照系统与地图投影

地理坐标系?投影坐标系?大地坐标系?墨卡托投影?web墨卡托?等等能理清楚吗?下面简单的按地球空间模型地理坐标系投影坐标系三个方面说个大概。

地球空间模型

地球的自然表面是不规则的,有高山、丘陵和平面,有江河、湖泊和海洋。在地球表面上陆地面积约占29%,海洋面积约占71%,陆地上最高点与海洋中最深处相差近20公里。这个高低不平的表面无法用数学公式表达,更无法进行运算。

大地水准面—地球形体的一级逼近

假设海水处于完全静止的平衡状态,那么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、闭合的曲面就是水准面。由于海水有潮涨潮落,海水面时高时低,这样的水准面就有无数个,选择一个最接近地球表面的水准面来代替地球表面,这就是通过平均海水面的水准面,该封闭曲面称为大地水准面。

地球椭球体—地球形体的二级逼近

大地水准面所包围的形状,叫大地球体。大地水准面虽然十分复杂,但从整体来看,起伏是微小的。它是一个近似规则的旋转椭球体,所以在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体,这个旋转球体称为地球椭球体。

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大地基准面—地球形体的三级逼近

对地球形状测定后,还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系,即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体——参考椭球体,这项工作就是参考椭球体定位。大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近。选定一个地面点,使得该点处椭球体面与大地水准面重合且法线与铅垂线重合,以此作为推算大地坐标的起算点,这个点称为大地原点。

椭球体与大地基准面之间的关系是一对多的关系。因为基准面是在椭球体的基础上建立的,但椭球体不能代表基准面,同样的椭球体能定义不同的基准面。
每个国家或地区均有各自的大地基准面。相对地球上的同一地理位置,不同的大地基准面,它们的经纬度坐标是有差异的。

地理坐标系

地理坐标系=地球椭球体+大地基准面

地理坐标系(大地坐标系)是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用经度、纬度和大地高度表示。

大地坐标系可分为参心大地坐标系和地心大地坐标系。

  1. 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。如北京54、西安80.
  2. 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。

互联网地图坐标系

WGS84(GPS)国际标准,一般从国际标准的GPS设备获取的坐标都是WGS84,以及国际地图提供商使用的坐标系。

GCJ02中国标准,国测局02年发布的坐标系。又称“火星坐标”。在中国,必须至少使用“GCJ02”对地理位置进行首次加密。比如谷歌中国、高德、腾讯都在用这个坐标系。

BD09百度标准,在“GCJ02”的基础上进行二次加密。

投影坐标系

投影坐标系=地理坐标系+投影参数

  1. 地理坐标系为球面坐标系,不方便进行距离、面积、角度的量算
  2. 地图通常绘制在平面图纸上,符合视觉心理

地图投影
将球面变平面,利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。
投影有很多种。比如正射投影将丘陵,山峰投射在平面上有等高线来表示。
投影变形
地图投影实际上是将一个不可展曲面变成一个可展的平面,故地图投影后必将产生某种程度的变形。
地图的投影变形通常有:长度变形、面积变形和角度变形。
高斯-克吕格投影
空心椭圆柱面横切于参考椭球面的一条经线上,并使椭圆柱的中心轴与参考椭球体的长轴重合,将椭球面上的元素投影到椭圆柱面上。它的投影方式没有角度变形。中央经线的投影是一条直线,其长度无变形。
其他经线的投影是凹向中央经线的曲线。赤道的投影是一条与中央经线垂直的直线。纬线的投影为凸向赤道的曲线。
我国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万比例尺的地形图均采用高斯-克吕格投影
为了控制投影后的长度变形,采用分带投影的方法。常用的分带投影:
3度带:大于等于1:1万
6度带:1:2.5万至1:50万
墨卡托投影
由墨卡托于1569年专门为航海目的设计的。
设计思想是令一个与地轴方向一致的圆柱切于或割于地球,将球面上的经纬网按等角条件投影于圆柱表面上,然后将圆柱面沿一条母线剪开展成平面。
广泛应用于航海,航空的重要投影。

Web墨卡托投影
谷歌地图、百度、腾讯、天地图等网络地图所使用的地图投影。
它与常规墨卡托投影的区别就是把地球模拟为球体而非椭球体

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