内容提要:GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础,正确定义GIS系统的坐标系非常重要。在MapInfo地图投影中缺少针对中国很多地区大比例尺和中比例尺的投影方式,通过对MapInfo中Mapinfow.prj文件的研究,以吐鲁番地区为例,添加了高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影,能解决一些大比例尺对变形小的要求。

关键字:地图投影坐标系MapInfo

一、前言

地球高低不平、极其复杂的自然表面。为研究和工作方便,常将地球近似为为一个旋转椭球体,称为地球椭球体。地球椭球体的表面是一个不可展的曲面,地图以平面方式表示地球表面(全部或一部分)。将地球椭球体上的点的坐标投影到平面坐标的方法称为地图投影。地图投影的种类繁多,不同的投影方式具有不同的形态和变形特征。根据不同的使用目的,可以采用不同的投影方式,一种投影对一种目的是有用的,而对另一种目的则可能不适合。

地图投影的选取决定于地图的应用及其比例尺大小,在桌面数字环境下,用户可对每一个新创建文件进行投影设置和选择。MapInfo以两级目录菜单的形式提供了300多个预定义坐标系,当用户要使用其他坐标系或创建新的坐标系时,还可以通过修改投影参数文件(Mapinfow.prj)来实现。这个数据文件以分行形式记录每一个预定义坐标系的参数表,如坐标系名称、投影代码、基准面代码、坐标单位、原点经度、原点纬度、标准纬线1、标准纬线2、方位角、比例系数等。MapInfo系统定义了50个基准面代码,它们包括了全世界和一些国家采用的基准面。如果用户要采用其他的基准面,并且知道该基准面的数学参数,则可以使用代码在该投影参数文件中定义这个基准面。

虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用,但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高,可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系;假如精度要求较高,如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系统,则需要自定义基准面。

二、MAPINFOW.PRJ文件的参数分析

MAPINFOW.PRJ在MapInfo软件的安装目录下,可以用记事本打开文件,它的格式如下:

"--- Longitude / Latitude ---", 0, 0, 0, 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.

"Longitude / Latitude", 1, 0

"Longitude / Latitude (Adindan)p4201", 1, 1

"Longitude / Latitude (Afgooye)p4205", 1, 2

"Longitude / Latitude (AGD 66)p4202", 1, 12

"Longitude / Latitude (AGD 84)p4203", 1, 13

"Longitude / Latitude (Ain el Abd 1970)p4204", 1, 3

"Longitude / Latitude (Anna 1 Astro 1965)", 1, 4

"Longitude / Latitude (Arc 1950)p4209", 1, 5

第一行是投影方式的一级菜单,后面是二级菜单。每行的第一部分是位于引号内的坐标系名称。每一行的第二部分是指定投影的代号。行中其余部分是有关该特定坐标系的参数值。下面一以中国区域等积投影为例进行分析,详细分析各参数的含义。Regional Equal-Area Projections 在MAPINFOW.PRJ文件中的代码如下:

"Equal-Area Projection (China)", 9, 0, 0, 110, 10, 25, 40, 0, 0

表 1

投影正轴等面积割圆锥

基准面 GRS 80基准面

单位英里

原点 110°E, 10°N

标准纬线 25°N、40°N

东伪偏移 0

北伪偏移 0

第一个参数 3 代表投影方式是Albers Equal Area Conic(正轴等面积割圆锥投影,也叫亚尔勃斯投影);第二个参数 0 代表GRS 80基准面;第三个参数 0 代表单位是英里;第四和第五个是代表原点坐标是 110°E, 10°N;第六和第七个代表两条标准纬线分别为25°N、40°N;最后两个参数是东伪偏移和北伪偏移。Equal-Area Projection (China)的列表(表1)。由于参数的数目繁多,每种参数在《MapInfo参考手册》中都有详细的表格。

高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影在MAPINFOW.PRJ文件需要定义的坐标系参数序列如下:

高斯-克吕格:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit),

中央经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude),

比例系数(ScaleFactor),

东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing)

 

三、对MAPINFOW.PRJ文件添加坐标系

3.1我国大地坐标系的参考椭球体与基准面

基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近,因此每个国家或地区均有各自的基准面,我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。

我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系,1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系,目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照,北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS1984基准面采用WGS84椭球体,它是一地心坐标系,即以地心作为椭球体中心,目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。

上述3个椭球体在MAPINFOW.PRJ文件中参数如下(表 2):

椭球体代号年代长半轴短半轴 1/扁率

Krassovsky 椭球 3 1940 6378245 6356863 298.3

IAG 75椭球 31 1975 6378140 6356755 298.25722101

WGS 84 椭球 28 1984 6378137.000 6356752.314 298.257223563

表 2

椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系,也就是基准面是在椭球体基础上建立的,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。

虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用,但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高,可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系;假如精度要求较高,如土地利用、城市基建等GIS系统,则需要自定义基准面。

从Mapinfo中国的URL(http://www.mapinfo.com.cn)可下载到包含北京54、西安80坐标系,其中定义:

北京54基准面参数为:(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

西安80基准面参数为:(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

这样就可以自定义一个基准面参数为“9999”的基准面。当测数据为WGS84坐标数据时,由于北京54和西安80坐标系中有8个参数相同,不同的是参考椭球体参数,由此类推WGS84的基准面参数定义为:

(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

这样就可以以我国常用的基准面建立坐标系,也可以选择不同的投影方式,以满足系统对精度的要求。

3.2高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影

我国的基本比例尺地形图(1:5千,1:1万,1:2.5万,1:5万,1:10万,1:25万,1:50万,1:100万)中,大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger),又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator);小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影,又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic),我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。

高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影又叫横轴墨卡托(Transverse Mercator)投影,依椭圆柱作为投影面,并与椭球体相切于一条经线上,该经线即为投影带的中央经线,按等角条件将中央经线东西一定范围内的区域投影到椭圆柱表面上,再展成平面,便构成了横轴等角切椭圆柱投影。

在GIS系统中均采用6°或3°分带的高斯-克吕格投影,因为一般坐标采用的是6°或3°分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6°或3°分带,每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网,投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴,纬度方向),赤道投影后为Y轴(横轴,经度方向),为了防止经度方向的坐标出现负值,规定每带的中央经线西移500公里,即东伪偏移值为500公里,由于高斯-克吕格投影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,因此规定在横轴坐标前加上带号,如(4231898,21655933)其中21即为带号,同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号,如21带的东伪偏移值为21500000米。假如你的工作区位于21带,即经度在120°至126°范围,该带的中央经度为123°。

 

3.3吐鲁番地区的分析

吐鲁番地区位于中国西北部的新疆境内,经度差为2.7°,经度位于87°20’ E 和92°E之间。可以采用3°分带的高斯-克吕格投影,其中央经线为90°。

3.4 创建新的坐标系

前面以对各参数做了分析,针对吐鲁番地区建立坐标系,要对MAPINFOW.PRJ文件增加坐标系的下列参数(表3):

投影基准面单位中央经度原点纬度比例系数东伪偏移北纬偏移

8 9999 7 90 0 1 30500000 0

表 3

自定义基准面9999为:

北京54基准面参数为:(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

西安80基准面参数为:(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

WGS84基准面参数为:(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

需要向MAPINFOW.PRJ文件增加一个列,要有相应要素的新条目。该过程描述如下:

1 在一个文本编辑器或字处理器中打开MAPINFOW.PRJ文件。

2输入代表新坐标系的下列参数:

"--- 吐鲁番坐标系统---"

"Gauss-Kruger 30 (西安19803°分带)", 8, 9999, 31, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0

"Gauss-Kruger 30 (北京19543°分带)", 8, 9999, 3, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0

"Gauss-Kruger 30 (WGS19843°分带)", 8, 9999, 28, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0

3 如果有必要把该条目移到相似坐标系之间的合适位置。

4 保存编辑过的MAPINFOW.PRJ文件。

这样就可以使用自定义的坐标系了,就像MapInfo中提供的坐标系一样。

四:结束语

地图投影在GIS领域中占有重要的地位,通过吐鲁番地区高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影坐标系的定义,也可以定义一些大比例尺的UTM投影(Universal Transverse Mercatol Projection,即通用横轴墨卡托投影)、等积割圆锥投影等等,提高系统的投影精度。坐标系是GIS系统的基石,正确设置坐标系是系统成败的关键

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