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地理坐标篇(一):地理坐标系统简介
地理坐标系统简介地理坐标系，也可称为真实世界的坐标系，是用于确定地物在地球上位置的坐标系。一个特定的地理坐标系是由一个特定的椭球体和一种特定的地图投影构成，其中椭球体是一种对地球形状的数学描述，而地图投影是将球面坐标转换成平面坐标的数学方法。绝大多数的地图都是遵照一种已知的地理坐标系来显示坐标数据。1．地球椭球体地球是一个表面很复杂的球体，人们以假想的平均静止的海水面形成的“大地体”为参照，推求出近似的椭球体，理论和实践证明，该椭球体近似一个以地球短轴为轴的椭园而旋转的椭球面，这个椭球面可用数学公式表达，将自然表面上的点归化到这个椭球面上，就可以计算了。下面列举了一些常用的一些椭球及参数：1）海福特椭球(1910) 我国52年以前采用的椭球 a=6378388m b=6356911.9461279m α=0.336700336702）克拉索夫斯基椭球(1940 Krassovsky) 北京54坐标系采用的椭球 a=6378245m b=6356863.018773m α=0.335232986923）1975年I.U.G.G推荐椭球(国际大地测量协会1975) 西安80坐标系采用的椭球 a=6378140m b=6356755.2881575m α=0.00335281317784）WGS-84椭球(GPS全球定位系统椭球、17届国际大地测量协会) WGS-84坐标系椭球 a=6378137m b=6356752.3142451m α=0.00335281006247最常用的地理坐标系是经纬度坐标系，这个坐标系可以确定地球上任何一点的位置，如果我们将地球看作一个椭球体，而经纬网就是加在地球表面的地理坐标参照系格网，经度和纬度是从地球中心对地球表面给定点量测得到的角度，经度是东西方向，而纬度是南北方向，经线从地球南北极穿过，而纬线是平行于赤道的环线。地理坐标可分为天文地理坐标和大地地理坐标：天文地理坐标是用天文测量方法确定的，大地地理坐标是用大地测量方法确定的。我们在地球椭球面上所用的地理坐标系属于大地地理坐标系，简称大地坐标系。确定椭球的大小后，还要进行椭球定向，即把旋转椭球面套在地球的一个适当的位置，这一位置就是该地理坐标系的“坐标原点”，是全部大地坐标计算的起算点，俗称“大地原点”。需要说明的是经纬度坐标系不是一种平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其量测面积长度；平面坐标系(又称笛卡儿坐标系)，因其具有以下特性：可量测水平X方向和竖直Y方向的距离，可进行长度、角度和面积的量测，可用不同的数学公式将地球球体表面投影到二维平面上而得到广泛的应用。而每一个平面坐标系都有一特定的地图投影方法。2．地图投影是为解决由不可展的椭球面描绘到平面上的矛盾，用几何透视方法或数学分析的方法，将地球上的点和线投影到可展的曲面(平面、园柱面或圆锥面)上，将此可展曲面展成平面，建立该平面上的点、线和地球椭球面上的点、线的对应关系。地图投影的过程是可以想象用一张足够大的纸去包裹地球，将地球上的地物投射到这张纸上。地球表面投影到平面上、圆锥面或者圆柱面上，然后把圆锥面、圆柱面沿母线切开后展成平面。根据这张纸包裹的方式，地图投影又可以分成：方位投影、圆锥投影和圆柱投影。根据这张纸与地球相交的方式，地图投影又可以分成切投影和割投影，在切线或者割线上的地物是没有变形的，而距离切线或者割线越远变形越大。还有不少投影直接用解析法得到。根据所借助的几何面不同可分为伪方位投影、伪圆锥投影、伪圆柱投影等。地图投影会存在两种误差，形状变化(也称角度变化)或者面积变化。投影以后能保持形状不变化的投影，称为等角投影 (Conformal mapping)，它的优点除了地物形状保持不变以外，在地图上测量两个地物之间的角度也能和实地保持一致，这非常重要，当在两地间航行必须保持航向的准确；或者另外一个例子是无论长距离发射导弹还是短距离发射炮弹，发射角度必须准确测量出来。因此等角投影是最常被使用的投影。等角投影的缺点是高纬度地区地物的面积会被放大。投影以后能保持形状不变化的投影，称为等面积投影 (Equivalent mapping)，在有按面积分析需要的应用中很重要，显示出来的地物相对面积比例准确，但是形状会有变化，假设地球上有个圆，投影后绘制出来即变成个椭圆了。还有第三种投影，非等角等面积投影，意思是既有形状变化也有面积变化，这类投影既不等角也不等积，长度、角度、面积都有变形。其中有些投影在某个主方向上保持长度比例等于1，称为等距投影。每一种投影都有其各自的适用方面。例如,墨卡托投影适用于海图，其面积变形随着纬度的增高而加大，但其方向变形很小；横轴墨卡托投影的面积变形随着距中央经线的距离的加大而增大，适用于制作不同的国家地图。等角投影常用于航海图、风向图、洋流图等。现在世界各国地形图采用此类投影比较多。等积投影用于绘制经济地区图和某些自然地图。对于大多数数学地图和小比例尺普通地图来说，应优先考虑等积的要求。地理区域，诸如国家、水域和地理分类地区（植被、人口、气候等）相对分布范围，显然是十分重要的内容。任意投影常用作数学地图，以及要求沿某一主方向保持距离正确的地图。常用作世界地图的投影有墨卡托投影、高尔投影、摩尔威特投影、等差分纬线多圆锥投影、格灵顿投影、桑森投影、乌尔马耶夫投影等。下面对我国地形图所采用的高斯克吕格投影进行简单的介绍。2.1高斯-克吕格直角坐标 高斯－克吕格投影（Gauss_Krivger）属于等角横切椭圆柱投影，是设想用一个椭圆柱横套在地球椭球的外面，并与设定的中央经线相切。其经纬线互相垂直，变形最大位于赤道与投影带最外一条经线的交点上，常用于纬度较高地区。 高斯－克吕格投影分带规定：该投影是我国国家基本比例尺地形图的数学基础，为控制变形，采用分带投影的方法，在比例尺 1：2.5万-1：50万图上采用6°分带，对比例尺为 1：1万及大于1：1万的图采用3°分带。 6°分带法：从格林威治零度经线起，每6°分为一个投影带，全球共分为60个投影带，东半球从东经0°-6°为第一带，中央经线为3°，依此类推，投影带号为1-30。其投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=(6n-3)°；西半球投影带从180°回算到0°，编号为31-60，投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为L0=360-(6n-3)°。 3°分带法：从东经1°30′起，每3°为一带，将全球划分为120个投影带，东经1°30′-4°30′，...178°30′-西经178°30′，...1°30′-东经1°30′。 东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式：L0=3°n ,中央经线为3°、6°...180°。 西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式：L0=360°-3°n ,中央经线为西经177°、...3°、0°。我国规定将各带纵坐标轴西移500公里，即将所有y值加上500公里，坐标值前再加各带带号。以18带为例，原坐标值为y=243353.5m，西移后为y=743353.5，加带号通用坐标为y=18743353.5 。为了方便大家对不同比例尺的地形图检索，最后对我国地形图的分幅与编号规则进行简单的介绍。3．我国地形图分幅与编号 我国基本比例尺地形图分幅与编号，以1：100万地形图为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万，再以1：10万为基础，延伸出1：5万、1:2.5万及1：1万三种比例尺。 1：100万从赤道起向两极每纬差4°为一行，至88°，南北半球各分为22横列，依次编号A、B、... V；由精度180°西向东每6°一列，全球60列，以1-60表示，如海南所在1：100万图在第5行，第49列，其编号为 E-49 。 在1：100万图上，按经差3°纬差2°分成四幅1：50万地形图，编为A、B、C、D，如 E-49-A。按经差1°30′纬差1°分成16幅1：25万地形图，编为[1]、...[16]，如 E-49-[1]。按经差30′纬差20′分成144幅1：10万地形图，编为1、...144，如 E-49-1。即后三种比例尺各自独立地与1：100万地图的图号联系。 1：10万图上每经差15′纬差10′分成四幅1：5万地形图，编为A、B、C、D，如 E-49-1-A。 1：5万图上每经差7′30″纬差5′分成四幅1：2.5万，编为1、2、3、4，如 E-49-1-A-1。 1：10万图上每经差3′45″纬差2′30″分成64幅1：1万地形图，编为(1)、...(64)，如E-49-1-A-(1)。 1：1万图上每经差1′52″纬差1′15″分成四幅1：5000地形图，编为a、b、c、d，如E-49-1-A-(1)-a。
地理坐标篇(二):国家地理坐标--大地原点
这是位于陕西省泾阳县永乐镇石际寺村境内的中国大地原点主体建筑。新中国成立初期，我国使用以前苏联玻尔可夫天文台为坐标原点的大地测量坐标系统，这与我国的建设和发展极不相称。1975年我国开始对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、重力、大地构造等因素实地考察，最后将我国的大地原点确定在陕西泾阳县永乐镇石际寺村境内，坐标为：东经108°55′、北纬34°32′。中华人民共和国大地原点确立了我国独立的大地坐标系的起算点和基准点，是我国测绘事业独立自主的象征，在经济建设和科学技术研究方面发挥着举足轻重的作用。新华社记者 杨光 摄
这是中国大地原点中心标志，用玛瑙做成，半球顶部刻有“十”字线。它被镶嵌在稳定埋入地下的花岗岩标石外露部分的中央，永久稳固保留，“十”字中心就是我国“1980坐标系”测量起算中心
大地原点，亦称大地基准点，是国家地理坐标--经纬度的起算点和基准点。大地原点是人为界定的一个点，是利用高斯平面直角坐标的方法建立全国统一坐标系，使用的"1980国家大地坐标系"，简称"80系"。20世纪70年代，中国决定建立自己独立的大地坐标系统。通过实地考察、综合分析，最后将中国的大地原点，确定在陕西省泾阳县永乐镇北流村，具体位置在:北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。
大地原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大部分组成。高出地面25米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，内设仪器台;建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体;中心标志埋设于主体建筑的地下室中央。
大地原点在中国经济建设、国防建设和社会发展等方面发挥着重要作用。
大地原点中心标志，被镶嵌在稳定埋入地下的花岗岩标石上，永久稳固保留，这是我国“1980坐标系”测量起算中心（7月8日摄）。新中国成立初期，我国使用以前苏联玻尔可夫天文台为坐标原点的大地测量坐标系统，这与我国的建设和发展极不相称。1975年我国开始对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、重力、大地构造等因素实地考察，最后将我国的大地原点确定在陕西泾阳县永乐镇石际寺村境内，坐标为：东经108°55′、北纬34°32′。中华人民共和国大地原点确立了我国独立的大地坐标系的起算点和基准点，是我国测绘事业独立自主的象征，在经济建设和科学技术研究方面发挥着举足轻重的作用。新华社记者 杨光 摄
守护大地原点的国测一大队职工，51岁的王林昌。
基本信息
中文名称
大地原点
外文名称
Geodetic origin
地理坐标
经纬度的起算点和基准点
别名
大地基准点
我国大地原点
陕西省泾阳县永乐镇石际寺村境内
组成
中心标志、仪器台等组成
依据
高斯平面直角坐标的方法
大地原点，亦称大地基准点，是国家地理坐标--经纬度的起算点和基准点。大地原点是人为界定的一个点，是利用高斯平面直角坐标的方法建立全国统一坐标系，使用的"1980国家大地坐标系"，简称"80系"。20世纪70年代，中国决定建立自己独立的大地坐标系统。通过实地考察、综合分析，最后将中国的大地原点，确定在陕西省泾阳县永乐镇北流村，具体位置在:北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。
大地原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大部分组成。高出地面25米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，内设仪器台;建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体;中心标志埋设于主体建筑的地下室中央。
大地原点在中国经济建设、国防建设和社会发展等方面发挥着重要作用。
折叠编辑本段地理位置
"中华人民共和国大地原点"位于陕西省泾阳县永乐镇北流村，距离西安市北约40公里。永乐镇位于泾阳县东部。东接高陵县，南连崇文乡，西邻泾干镇，北靠三渠镇。
折叠编辑本段原点历史
中国960万平方公里的土地上，"覆盖"着一张由许许多多相互联系的大地点所构成的网，即"国家大地控制网"。这些大地点的坐标位置是按照国家统一的测量规范测定出来的，并设有固定的标志，以便长期保存。中华人民共和国大地原点
为了推算出"大地网"中各个大地点的坐标，就必须选取一个点作为起算点，这一点就是大地原点，又称为大地基准点。通常在国家大地网中选一个比较适中的点作为原点，高精度测定它的天文经纬度和到另一点的天文方位角，根据"参考椭球"定位的方法，求得该点的大地经纬度、大地高和到另一点的大地方位角。这些数据称为"大地基准数据"。
建国初期，中国并没有自己的大地原点，而是沿用前苏联玻尔可夫天文台为坐标原点的大地测量坐标系统，这与中国的建设和发展极不相称。中国采用的1954年北京坐标系统，其原点在前苏联的列宁格勒，参考椭球是前苏联的克拉索夫斯基椭球。该椭球远离中国，推算误差大，弊病多，难以适应中国高科技发展的需要。为此，国家有关方面决定建立独立的大地坐标系统。
从1975年开始，相关部门组织人力，搜集分析了大量资料，并根据"原点"的要求，对多个城市的地形、地质、大地构造、天文、重力和大地测量等因素实地考察、综合分析，最后将中国的大地原点，确定在陕西省泾阳县永乐镇北流村境内。
具体位置为:北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″，海拔417.20米。
大地原点设在泾阳县永乐镇的原因，《中华人民共和国大地原点选点报告》中作了这样的解释:"为了使大地测量成果数据向各方面均匀推算，原点最好在中国大陆的中部。"
西汉地理基线陕西泾阳县永乐镇石际寺村的确处在祖国大陆的中部。这里距中国边界正北为880公里，距东北2500公里，距正东1000公里，距正南1750公里，距西南2250公里，距正西2930公里，距西北2500公里。同时，这里的地质条件比较理想:
一、地理位置处于中国领土中部;
二、地质构造稳定;
三、地下物质稳定;
四、四面通透，没有大的遮挡物，便于观测;
五、距离西安近，交通便利，方便测绘工作者前往开展工作。
从地质结构上看，国家大地原点所在地位于八百里秦川关中腹地，地下都是淤积的黄土，所以比较稳固。此外，大地原点所处的地方没有矿藏资源，历史上也从未出现过大的水灾，因此，由人为挖掘和水灾对其构成威胁的可能性也不大，把大地原点设在这里基本上是安全稳定的。兰州地形比较狭窄，郑州地理位置稍微有点偏东，武汉则因为有长江，当时有水害，从这些方面考虑，就放弃了在兰州、郑州、武汉这些地方建设大地原点。
在中华人民共和国大地原点建成后，有关专家研究发现，中国西汉时期长达1000多公里的超长基线就从此处经过。2000多年前测定的建筑基线与建成的中华人民共和国大地原点基本一致，相差也就2秒经度(60米)的距离。这一古今测量史上的巧合，令考古及测绘界感慨不已。
折叠编辑本段建筑构成
折叠设施构成
大地原点所在地为一建筑群，占地5.9万平方米，约58.2亩。其中主体建筑占地面积500平方米。
中华人民共和国大地原点是国家大地坐标系统的起算点，于1977年由国家测绘局投资建设，1978年建成交付使用，总占地面积39200平方米。主体建筑
大地原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大部分组成。
高出地面25米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，内设仪器台;中心标志埋设于主题建筑的地下室中央。建成后不久，"大地原点"还增设并施测了国家基本重力点和天文基本点。
观测塔楼
主体建筑观测塔楼为一圆顶塔楼，外观呈六方体圆状，总高27米，塔楼坐东向西，基座高约2米，面积近200平方米。地面立体建筑共七层。
塔体外部呈八棱柱形，顶部出檐，呈圆形，屋顶为半圆球形，顶部是玻璃钢整体半圆形外壳，可自动启闭，以便进行天文观测。下部为两层递收式八角裙楼。
大地原点
进入塔楼的底楼，拾阶进入一层大门，是一个面积50多平方米的大厅。大厅正中央是一直径约2米的圆柱，柱体中上部镶嵌着一块长方形的黑色大理石。在这个塔体中心圆柱上还固定着一瓦形铜板，上有"中华人民共和国大地原点"11个金色大字。
环绕圆柱四周的是8根直径约0.5米的红色大理石贴面的立柱。一楼大厅的高度是由大地原点的第一个观测点的距离所决定。从楼梯向上可到达顶部，向下可到达原点标石所在的地下室。
观察室
仪器台建在中心标志上方塔楼顶层为观察室，为空心圆柱形，高21.8米，顶部供安置测量仪器用。建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体。
原点坐标石
原点标石的中心标志埋设于主体建筑的地下室中央。从塔楼一层大厅到地下室，就可看见这里也是一个大厅，大厅的屋顶很高，将近8米。大厅地面居中是一座边长为0.55米的正方体整块红色大理岩石基座，基座为整块大理石凿成，重7吨。石正中有一半球突起，即原点坐标石。
投影台
设于主体外北、东南、西南三个方向的三个亭式建筑中，亭中有仪器墩。
三个投影台建在距中心标志36米处的周围地面，并以亭台建筑装饰，三投影台的角距为120度，它们的作用是将标志"十"字中心垂直投影到仪器墩面上。全部设施均为原点便于使用和长久保存而建。
国家测绘局GPS跟踪站
国家测绘局西安GPS跟踪站是大地原点主要附属建筑之一，为二层楼房。
折叠中心标志
标石是重要的测量标志，一般用混凝土或花岗岩制成，埋于地下或部分露出地面，以标定大地控制点(简称"大地点"，是通过大地测量获得统一而精确的水平位置和高程的点)的位置。并使标石位置能长期保存，标石灌制要十分坚实，埋设必须非常稳固。比如大地原点标石，为保证原点的稳定性，标石的基座底下灌筑有4根13米高的水泥桩柱，直达地球内部的岩石上。
大理石基座上方的中心部位就是神秘的"中华人民共和国大地原点"标志。该原点标志在正中央一块边长约0.5米的正方体红色大理石上方中心部位。该中心标志是位于地下室中心标石上嵌装有一块直径10厘米的一个用红色玛瑙做成的圆形原点标点。标点标石系用整块的红色玛瑙石切面制成，精美坚固。标石的外圈为一圆盘，有一粗一细勒金线边。勒金线圈内为文字说明，上面镌刻着"中华人民共和国大地原点"这几个隶体勒金字。标志的中部有直径约2厘米的微微突起的半球面，半球面上镌刻有一精密"十"字。十字的中心即中华人民共和国大地原点。这个"十"字的交点就是"中华人民共和国大地原点"，也就是中国地理坐标经度与纬度的起算点和基准点。
折叠编辑本段管理现状
折叠原点损伤
作为中国经纬度起点的中国大地原点标志，并非无暇，多年来身负旧伤。相关部门表示，大地原点并未损坏，测量精度不受影响。
陕西省测绘局办公室表示:"玛瑙原点上的小痕迹是在其刚设立不久的时候，一个单位前来进行测量，其重力铅锤不小心跌落，砸到了玛瑙边缘上，造成一小块痕迹。幸运的是，玛瑙中心代表原点的十字丝没有受损，因此对于科学上的测量，没有任何影响，精度也不会因此降低，所以多年来一直保持这种状态，没有更换的必要。"
折叠立法保护
陕西省第十届人大常委会2004年通过了《陕西省测绘条例》，该条例规定了对位于陕西咸阳市泾阳县的中国"大地原点"进行保护的措施。
《条例》第三十六条明确规定，位于本省咸阳市泾阳县境内的中华人民共和国大地原点是国家重要的测绘基础设施，当地人民政府应当做好有关宣传、保护工作。
在大地原点半径1000米范围内，禁止修建加油加气站、易爆物品仓储场所、养鱼场，实施采掘、爆破以及其他可能危害大地原点地基稳固和影响正常观测信号接收的行为;在大地原点半径3000米、方位299°10′±1°、329°39′±1°的两个扇形区域范围内，禁止建设海拔440米以上的高层建筑物以及从事其他影响正常观测的行为。
《条例》出台，使大地原点保护有了法律依据，防止人为因素对中国大地原点的干扰与破坏。多年来，从未发生过影响大地原点的事情。
折叠科普基地
2012年10月15日，中国科协印发《中国科协办公厅关于命名全国科普教育基地的通知》，中华人民共和国大地原点被命名为"全国科普教育基地"，大地原点成为中国第五个测绘科普教育基地。科普教育基地
中华人民共和国大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇，是中国重要的测绘基础设施，是国家大地坐标系的基准点，象征着中国测绘工作的水平和国家尊严。大地原点作为中国的"地理国心"，长期以来在中国经济建设、国防建设和社会发展等方面发挥了重要作用。
折叠原点产业园
陕西测绘地理信息局非常重视大地原点的保护和建设工作，已与陕西省人民政府达成有关协议，联合有关部门和泾河新城管委会，以标志保护、弘扬文化、科普宣传和产业发展为中心，加快建设中国大地原点测绘文化园和地理信息产业园。园区建成后，将为推进陕西地理信息文化和产业发展提供广阔平台，使之成为测绘科普、产业集聚和文化旅游的重要区域。中国原点地理信息产业园效果图
2011年3月，国家测绘地理信息局与陕西省政府达成共识，结合中国战略性新兴产业和信息化发展目标，发挥陕西省测绘地理信息行业在人才、技术、应用等方面的优势，在大地原点所在地--西咸新区泾河新城建设中国原点地理信息产业园，将地理信息产业作为主导产业，纳入西咸新区总体建设规划。
中国原点地理信息产业园总体规划占地2000亩，主体规划为五大功能区:地理信息产业企业总部、地理信息科技研发中心、地理信息数据生产中心、地理信息技术产品物流中心、实训基地。预计入园企业100家，年产值约100亿元。
在国家测绘地理信息局和省政府的支持下，中国原点地理信息产业园以招拍挂形式获得土地使用权，根据入园企业需求，由投资商进行统一规划建设，入园企业可单独购置或联合购置园区产业用房，自主管理，独立运行。中国原点地理信息产业园第一期(454亩)已全面投入建设，总建筑面积近36万平方米，建筑容积率为1.1，绿化率为35.1%，建筑密度为28.1%。
中国原点地理信息产业园将围绕测绘地理信息产业链条和社会应用，以政策扶持和社会需求为带动，以测绘高新技术和信息技术为核心，融合地理信息采集、处理、加工、应用等技术，建设集设备研发、仪器制造、软件开发、系统集成、数据分发、咨询服务等为一体的综合性产业群，最终打造成为政策优良、空间广阔、科技密集、竞争力强、辐射全国的国家级地理信息产业基地。
折叠编辑本段建立意义
1978年，中国建成了自己的国家大地坐标系统，大地原点是中国国民经济建设和国防建设各项测量的起算点，即是1980西安坐标系统的测量起算点，参考椭球采用国际大地测量与地球物理联合会1975年16届大会推荐的地球椭球。定名为1980西安坐标系，参考椭球体长半径为6378140米，扁率为1/298.257。1980西安坐标系
建立大地原点，就是为了确定中国基础测绘的统一坐标系，作为一切定位、定向等基础地理信息数据的基础，满足经济建设和国防建设的基本需要。测量是研究地球表面的科学，人们都知道地球大体是一个椭圆形，但它的表面(包括大地水准面)很不规则，有高有低，凹凸不平，不便进行测量计算。而测量成果需借助一个与地球形状大小相似的、表面光滑的参考椭球面向外推算，原点的建立，就是解决了参考椭球的定位、定向问题，即在中国领土范围内，使地球大地水准面与参考椭球体面基本吻合，并在这一点将二者关系固定下来，从而使全国的测量有一个统一的、标准的、切合中国实际的计算投影面。
中华人民共和国大地原点是中国地理坐标--经纬度的起算点和基准点。在中国经济建设、国防建设和社会发展等方面发挥着重要作用。大地原点不但在各项建设和科学技术上有重要影响，而且象征着国家的尊严。
折叠编辑本段实用信息
景点地址:泾阳县永乐镇
门票:10元
开放时间:9:00~18:00
折叠编辑本段交通信息
交通:在西安城北客运站、咸阳长途汽车站乘坐去泾阳县的长途汽车可达
地理坐标篇(三):投影坐标++地理坐标
投影坐标++地理坐标
1 地理信息中各种坐标系区别和转换总结 一、北京54坐标到西安80坐标转换小结 1、北京54和西安80是两种不同的大地基准面，不同的参考椭球体，因而两种地图下，同一个点的坐标是不同的，无论是三度带六度带坐标还是经纬度坐标都是不同的。 2、数字化后的得到的坐标其实不是WGS84的经纬度坐标，因为54和80的转换参数至今没有公布，一般的软件中都没有54或80投影系的选项，往往会选择WGS84投影。 3、WGS84、北京54、西安80之间，没有现成的公式来完成转换。 4、对于54或80坐标，从经纬度到平面坐标（三度带或六度带）的相互转换可以借助软件完成。 5、54和80间的转换，必须借助现有的点和两种坐标，推算出变换参数，再对待转换坐标进行转换。（均靠软件实现） 6、在选择参考点时，注意不能选取河流、等高线、地名、高程点，公路尽量不选。这些在两幅地图上变化很大，不能用作参考。而应该选择固定物，如电站，桥梁等。 二、西安80坐标系与北京54坐标系转换 西安80坐标系与北京54坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。那么，两个椭球间的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即 X 平移， Y 平移， Z 平移， X 旋转（WX）， Y 旋转（WY）， Z 旋转（WZ），尺度变化（DM ）。要求得七参数就需要在一个地区需要 3 个以上的已知点。如果区域范围不大， 最远点间的距离不大于 30Km（ 经验值 ） ，这可以用三参数，即 X 平移， Y 平移， Z 平移，而将 X 旋转， Y 旋转， Z 旋转，尺度变化面DM视为 0 。 在MAPGIS平台中实现步骤： 第一步：向地方测绘局（或其它地方）找本区域三个公共点坐标对（即54坐标x，y，z和80坐标x，y，z）； 第二步：将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。（菜单：投影转换/输入单点投影转换，计算出这三个点的弧度值并记录下来） 第三步：求公共点求操作系数（菜单：投影转换/坐标系转换）。如果求出转换系数后，记录下来。 第四步：编辑坐标转换系数。（菜单：投影转换/编辑坐标转换系数。）最后进行投影变换，“当前投影”输入80坐标系参数，“目的投影”输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。 三、地理坐标系与投影坐标系的区别 1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。很明显，Geographic coordinate system是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求我们找到这样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有长半轴，短 半轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000 然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描述中，可以看到有这么一行： Datum: D_Beijing_1954 表示，大地基准面是D_Beijing_1954。 有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。 完整参数： Alias: Abbreviation: Remarks: Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian（起始经度）: Greenwich (0.000000000000000000) Datum（大地基准面）: D_Beijing_1954 Spheroid（参考椭球体）: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 2 地理信息中各种坐标系区别和转换总结 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening: 298.300000000000010000 2、接下来便是Projection coordinate system（投影坐标系统），首先看看投影坐标系统中的一些参数。 Projection: Gauss_Kruger Parameters: False_Easting: 500000.000000 False_Northing: 0.000000 Central_Meridian: 117.000000 Scale_Factor: 1.000000 Latitude_Of_Origin: 0.000000 Linear Unit: Meter (1.000000) Geographic Coordinate System: Name: GCS_Beijing_1954 Alias: Abbreviation: Remarks: Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_Beijing_1954 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening: 298.300000000000010000 从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有Geographic Coordinate System。 投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。 那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？ 这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。 好了，投影的条件就出来了： a、球面坐标 b、转化过程（也就是算法） 也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法去投影！ 即每一个投影坐标系统都必须要求有Geographic Coordinate System参数。 3、我们现在看到的很多教材上的对坐标系统的称呼很多，都可以归结为上述两种投影。其中包括我们常见的“非地球投影坐标系统”。）： 大地坐标（Geodetic Coordinate）:大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。 方里网:是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方 里线同时 又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。 在1：1万——1：20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成 网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线(图式中称“分度带”)，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1：2 5万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。 我国的1：50万——1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。 直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四 个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。 虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面坐标。但是我们在一副地形图上经常见到方里网和经纬度网，我们很习惯的称经 纬度网为大地坐标，这个时候的大地坐标不是球面坐标，她与方里网的投影是一样的（一般为高斯），也是平面坐标 四、GIS中的坐标系定义与转换 1. 椭球体、基准面及地图投影 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。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定，因此欲正确定义GIS系统坐标系，首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。 作者：giskaiser2008-4-11 12:10 回复此发言 -------------------------------------------------------------------------------- 3 地理信息中各种坐标系区别和转换总结 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个椭球体参数如下： 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，如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体，但它们的基准面显然是不同的。 地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换，如果有人说：该点北京54坐标值为X=4231898,Y=21655933，实际上指的是北京54基准面下的投影坐标，也就是北京54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。 2. GIS中基准面的定义与转换 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。 GIS系统中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义，转换通过相似变换方法实现，具体算法可参考科学出版社1999年出版的《城市地理信息系统标准化指南》第76至86页。假设Xg、Yg、Zg表示WGS84地心坐标系的三坐标轴，Xt、Yt、Zt表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的7参数分别为：三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数εx、εy、εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时，分别绕Xt、Yt、Zt的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。 MapX中基准面定义方法如下： Datum.Set(Ellipsoid, ShiftX, ShiftY, ShiftZ, RotateX, RotateY, RotateZ, ScaleAdjust, PrimeMeridian) 其中参数： Ellipsoid为基准面采用的椭球体； ShiftX, ShiftY, ShiftZ为平移参数； RotateX, RotateY, RotateZ为旋转参数； ScaleAdjust为比例校正因子，以百万分之一计； PrimeMeridian为本初子午线经度，在我国取0，表示经度从格林威治起算。 美国国家测绘局(National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多数国家的当地基准面至WGS1984基准面的转换3参数(平移参数)，可从 http://164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下载，其中包括有香港Hong Kong 1963基准面、台湾 Hu-Tzu-Shan 基准面的转换3参数，但是没有中国大陆的参数。 实际工作中一般都根据工作区内已知的北京54坐标控制点计算转换参数，如果工作区内有足够多的已知北京54与WGS84坐标控制点，可直接计算坐标转换的7参数或3参数；当工作区内有3个已知北京54与WGS84坐标控制点时，可用下式计算WGS84到北京54坐标的转换参数(A、B、C、D、E、F)：x54 = AX84 + BY84 + C，y54 = DX84 + EY84 + F，多余一点用作检验；在只有一个已知控制点的情况下(往往如此)，用已知点的北京54与WGS84坐标之差作为平移参数，当工作区范围不大时精度也足够了。 从Mapinfo中国的URL(http://www.mapinfo.com.cn/download)可下载到包含北京54、西安80坐标系定义的Mapinfow.prj文件，其中定义的北京54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)，文件中没有注明其参数的来源，我发现它们与Mapinfo参考手册附录G"定义自定义基准面"中的一个例子所列参数相同，因此其可靠性值得怀疑，尤其从西安80与北京54采用相同的7参数来看，至少西安80的基准面定义肯定是不对的。因此，当系统精度要求较高时，一定要对所采用的参数进行检测、验证，确保坐标系定义的正确性。 WGS84经纬度坐标与北京54坐标或者西安80坐标的关系2008-11-07 17:58一般来讲，GPS直接提供的坐标（B,L,H）是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)的坐标，其中B为纬度，L为经度，H为大地高即是到WGS-84椭球面的高度。而在实际应用中，我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标（x,y,），不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标（B,L），高程一般为海拔高度h。 GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70米左右，东北部140米左右，南部75米左右，中部45米左右。现就上述几种坐标系进行简单介绍，供大家参阅，并提供各坐标系的基本参数，以便大家在使用过程中自定义坐标系。 1、1984世界大地坐标系 WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数： 长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。 2、1954北京坐标系 1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系。属于参心大地坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。其长半轴 a=6378245，扁率 f=1/298.3。1954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸,但也还不能说它们完全相同。 3、1980西安坐标系 1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。属参心大地坐标系。1980年西安坐标系Xi"an Geodetic Coordinate System 1980 采用1975国际椭球,以JYD 1968.0系统为椭球定向基准,大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇,采用多点定位所建立的大地坐标系.其椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们为:其长半轴a=6378140m; 扁率f=1/298.257。 4 高斯平面直角坐标系和UTM 一般的地图均为平面图,其对应的也是平面坐标.因此,需要将椭球面上各点的大地坐标,按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标.目前世界各国采用最广泛的高斯- 克吕格投影和墨卡托投影(UTM)均是正形投影（等角投影）， 即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。为了限制长度变形,，根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带，6度带是自零度子午线起每隔经度。 高斯平面直角坐标系一般以中央经线（L0）投影为纵轴X, 赤道投影为横轴Y，两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值，在投影中规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴。为了区别某一坐标系统属于哪一带，通常在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。 城建坐标多采用三度带的高斯-克吕格投影。同一坐标系下的大地坐标（即经纬度坐标B,L）与其对应的高斯平面直角坐标（x，y）有严格的转换关系。现行的测绘的教科书的一般都有。 5、 地方独立坐标系 在我国许多城市测量与工程测量中，若直接采用国家坐标系下的高斯平面直角坐标，则可能会由于远离中央子午线，或由于测区平均高程较大，而导致长度投影变形较大，难以满足工程上或实用上的精度要求。另一方面，对于一些特殊的测量,如大桥施工测量，水利水坝测量，滑坡变形监测等，采用国家坐标系在实用中也会很不方便。因此，基于限制变形，以及方便实用，科学的目的，在许多城市和工程测量中,常常会建立适合本地区的地方独立坐标系。建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与投影面.地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球，该椭球的中心，轴向和扁率与国家参考椭球相同。其椭球半径α1增大为:α1=α+Δα1,Δα1=Hm+ζ0式中:Hm为当地平均海拔高程,ζ0为该地区的平均高程异常。而地方投影面的确定中,选取过测区中心的经线或某个起算点的经线作为独立中央子午线.以某个特定方便使用的点和方位为地方独立坐标系的起算原点和方位,并选取当地平均高程面Hm为投影面。 既然说到了不同的坐标系，就存在坐标转换的问题。关于坐标转换，首先要搞清楚转换的严密性问题，即在同一个椭球里的坐标转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。例如，由1954北京坐标系的大地坐标转换到954北京坐标系的高斯平面直角坐标是在同一参考椭球体范畴内的坐标转换，其转换过程是严密的。由1954北京坐标系的大地坐标转换到WGS-84的大地坐标，就属于不同椭球体间的转换。 不同椭球体间的坐标转换在局部地区的采用的常用办法是相似变换法，即利用部分分布相对合理高等级公共点求出相应的转换参数。一般而言，比较严密的是用七参数的相似变换法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。 如果不考虑高程的影响，对于不同椭球体下的高斯平面直角坐标可采用四参数的相似变换法，即四参数（x平移，y平移，尺度变化m，旋转角度α）。如果用户要求的精度低于20米，在一定范围（2＇＊2＇）内，就直接可以用二参数法（ΔB，ΔL）或（Δx，Δy）修正。但在实际操作中，这也取决于选取的公共点是否合理，并保证其足够的精度。
