MAPGIS中的幾種坐標轉換初探

摘 要：MAPGIS作為國內優秀的GIS平臺之一，在實際的生產實踐中得到了廣泛的應用和驗證。本文通過對實際應用的總結得到6度帶與3度帶、大地坐標與地理坐標、北京54與西安80等幾種不同類型的坐標轉換，并初步闡述了轉換的基本方式和注意事項。

關鍵詞：MAPGIS 地圖投影 坐標轉換

中圖分類號：P226.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0011-01

1 地圖投影與坐標系

地圖投影是按照某種數學規則將橢球球面上的一點與地圖平面上的一點相對應，主要參數包括橢球的長半徑、短半徑、扁率、第一偏心率、第二偏心率等，投影的數學規則有等角映射、等面積映射等。在我國，MAPGIS的地圖制圖普遍采用的是高斯-克呂格投影，屬于等角橫切橢圓柱投影，以中央經線和赤道投影后的數據作為坐標軸，在投影的過程中為控制長度的變形一般采用分帶投影的方法。在我國的實際應用中1∶2.5～1∶50萬的地形圖采用的是6度分帶，1∶1萬以及更大的比例尺采用的是3度分帶。

MAPGIS的坐標系屬于數學坐標系，與投影平面直角坐標系的X、Y坐標是相反的。在實際應用中，MAPGIS的用戶坐標系是由用戶指定的二維坐標系，是相對的，與實際地物的定位是無關的。坐標系分為地理坐標系和投影平面直角坐標系。其中地理坐標系為球面坐標，參考平面地是橢球面，利用經緯度進行表示，緯度以赤道作為分界，向北為正，而經度以本初子午線為界，向東為正，坐標以地物的實際經緯度來表示。投影平面直角坐標系又稱為大地坐標，是將地球表面投影到平面后得到的互相垂直且有公共原點的平面直角坐標系，參考平面地是水平面，坐標單位為米、千米等。在實際測繪工作中經常用到的坐標系為1954年北京坐標系和1980年西安坐標系，這兩者都屬于平面直角坐標系。1954年北京坐標系以克拉索夫斯基橢球體為參數，1980年西安坐標系采用的是IAG75地球橢球體參數。總之，所說的地理數據都是為了描述大地水準面上的某一個點，而大地水準面是不規則的，用一個規定的橢球面去擬合這個水準面，用橢球面上的點來近似表示地球上的點[1]。地理坐標轉換為大地坐標被稱為投影，即將不規則的地球曲面轉換為平面。

2 幾種不同類型的坐標轉換

2.1 6度帶與3度帶的轉換

6度帶即經差為6度，從0度子午線開始，自西向東每6度經差為一個投影帶，全球公分60個帶；3度帶即經差為3度，從東經1.5度的經線開始，每隔3度為一帶，全球共劃分120個投影帶。

在進行轉換的過程中，首先根據經度計算圖幅所在的6度帶帶號N6和3度帶帶號N3，計算公式如下：

N6=[經度/6]+1

N3=[（經度-1.5）/3]+1

在此基礎上利用MAPGIS的投影變換功能，選擇P進行投影變換或B成批文件投影轉換，并設置當前投影參數和結果投影參數，參數設置好后點擊開始投影即可得到投影后的文件，投影生成的文件仍保存在所選擇的目錄中。

2.2 大地坐標與地理坐標的轉換

大地坐標轉換為地理坐標時，首先建立大地坐標的TXT文件，文件中應包含投影后的兩列數據X和Y。Y在前，由去除帶號的6位數字組成，X在后，由7位數字組成。打開MAPGIS，在坐標系統中選擇投影變換功能，在投影變換選項里選擇用戶文件投影轉換程序，坐標投影界面被打開。在打開文件處選擇需要進行轉換的坐標文件即前述保存的TXT文件，此時在指定數據起始位置處顯示輸入的文檔數據，并依此在用戶投影參數、結果投影參數處選擇投影參數和結果投影參數。在用戶文件選項中設置按行讀取數據或按指定分隔符讀取數據，可根據自己具體實際應用的需要選擇，同時要選擇X、Y的坐標列，并設置從X到Y順序生成點。地理坐標轉換為大地坐標與上述過程相反，輸入文件同樣分為兩列，經度在前緯度在后，需要注意的是分帶類型和相應分帶號的確定。

2.3 北京54與西安80坐標系的轉換

北京54和西安80坐標系之間的轉換是兩種不同的橢球參數之間的轉換，常用的方法有七參數布爾莎模型、微分法等，然而在不同的橢球體之間轉換是不嚴密的，沒有任何一套轉換參數是可以通用的，所以在具體的轉換過程中需要給出具體的轉換系數來進行轉換。根據長期的實踐應用經驗，七參數布爾莎模型是一種比較嚴密的坐標轉換方法，即通過X、Y、Z坐標的平移、旋轉及尺度變化來實現坐標轉換。在利用七參數方法進行坐標轉換時需要提供3個以上的公共點坐標對。

兩者之間的轉換通過MAPGIS中的投影轉換模塊實現。首先需要獲取計算區域的三個公共點坐標對，通過投影轉換模塊下的輸入單點投影轉換功能中計算出點的弧度值。點擊投影轉換里的坐標系轉換功能來計算轉換系數，其中的輸入和輸出欄中選擇需要轉換和被轉換的坐標系統，單位設置選擇米，系統會根據輸入的多個公共點自動計算出轉換系數。在進行最終投影變換時首先對當前投影和目的投影進行定義，在轉換的時候系統會自動調用曾編輯過的坐標轉換系數。

2.4 地方坐標系與北京54、西安80坐標系的轉換

地方坐標系與北京54、西安80坐標系之間的轉換主要有兩種方式，一種是誤差校正；另一種是投影方式。

誤差校正方式需要用戶自編程序將所需點的北京54坐標或西安80坐標系的坐標計算出來，利用MAPGIS中的誤差校正功能，在輸入所需點的實際值時將點所對應的北京54坐標或西安80坐標作為輸入的理論值，然后進行誤差校正即可。

投影方式即利用兩套坐標系中的公共點推求坐標轉換系數，利用投影轉換中的坐標系轉換功能實現轉換的精確。在這種方式中應注意，控制點一般選取等級較高的點，在檢驗轉換的正確性時使用低等級的點。

在上述坐標轉換的過程中得到的數據可能會存在一定的誤差，因此為保證轉換數據的精度，在轉換的過程中可以設置橫坐標和縱坐標的偏移量對轉換后的最標志進行修正。

3 結論

文中總結了MAPGIS中常見的幾種坐標轉換類型，分別闡述了這幾種類型的坐標轉換的基本方法及注意事項，其中用到最多的是北京54坐標系與西安80坐標系之間的轉換。要進行高精度的坐標轉換，首先要有準確、高精度的坐標數據，通過設置合理的投影帶、中央經線等參數來得到準確的坐標轉換。而在實際的應用中，應根據具體的數據信息、投影要求在具體的操作中做相應的調整，以得到符合工作要求的投影坐標。

參考文獻

[1]陶國春.MAPGIS中北京54坐標系與西安80坐標系坐標轉換的研究[J].煤炭技術，2010，29（11）：126-127.