使用ArcGIS實現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到北京54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換.doc

使用ArcGIS實現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到北京54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換 復(fù)制鏈接 樓主 發(fā)表于 2011-4-14 15:38:49 |只看該作者 |倒序瀏覽 張兢1 王文瑞2 陳溪1（1.廣西第一測繪院 廣西南寧 530023；2.南寧市勘測院 廣西南寧 530022）【摘要】本文針對從事測繪工作者普遍遇到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，簡要介紹ArcGIS實現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到北京54高斯投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理和步驟?！娟P(guān)鍵詞】ArcGIS 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 投影變換1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換簡介坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換既包括不同的參心坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，或者不同的地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，也包括參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換以及相同坐標(biāo)系的直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還有大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。 在兩個空間角直坐標(biāo)系中，假設(shè)其分別為O-XYZ和O-XYZ，如果兩個坐標(biāo)系的原來相同，通過三次旋轉(zhuǎn)，就可以兩個坐標(biāo)系重合；如果兩個直角坐標(biāo)系的原點不在同一個位置，通過坐標(biāo)軸的平移和旋轉(zhuǎn)可以取得一致；如果兩個坐標(biāo)系的尺度也不盡一致，就需要再增加一個尺度變化參數(shù)；而對于大地坐標(biāo)和高斯投影平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，則需要通過高斯投影正算和高斯投影反算，通過使用中央子午線的經(jīng)度和不同的參考橢球以及不同的投影面的選擇來實現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。如何使用ArcGIS實現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到BJ54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換？這是很多從事GIS工作或者測繪工作者普遍遇到的問題。本文目的在于幫助用戶解決這個問題。我們通常說的WGS-84坐標(biāo)是指經(jīng)緯度這種坐標(biāo)表示方法，北京54坐標(biāo)通常是指經(jīng)過高斯投影的平面直角坐標(biāo)這種坐標(biāo)表示方法。為什么要進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換？我們先來看兩組參數(shù)，如表1所示：表1 BJ54與WGS84基準(zhǔn)參數(shù)參考橢球體長半軸短半軸扁率BJ54基準(zhǔn)參數(shù)Krasovsky_194063782456356863.0188298.3WGS84基準(zhǔn)參數(shù)WGS 8463781376356752.3142298.257224很顯然，WGS84與BJ54是兩種不同的大地基準(zhǔn)面，不同的參考橢球體，因而兩種地圖下，同一個點的坐標(biāo)是不同的，無論是三度帶六度帶坐標(biāo)還是經(jīng)緯度坐標(biāo)都是不同的。當(dāng)要把GPS接收到的點（WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的）疊加到BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)的底圖上，那就會發(fā)現(xiàn)這些GPS點不能準(zhǔn)確的在它該在的地方，即“與實際地點發(fā)生了偏移”。這就要求把這些GPS點從WGS84的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成BJ54的坐標(biāo)系統(tǒng)了。有關(guān)WGS84與BJ54的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，實質(zhì)是WGS-84橢球體到BJ54橢球體的轉(zhuǎn)換問題。如果我們是需要把WGS84的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成BJ54的高斯投影坐標(biāo)，那就還會涉及到投影變換問題。因此，這個轉(zhuǎn)換過程，一般的GPS數(shù)據(jù)處理軟件都是采用下述步驟進行的：1）（B，L）84（X，Y，Z）84，空間大地坐標(biāo)到空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。2）（X，Y，Z）84（X，Y，Z）54，坐標(biāo)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，即Datum轉(zhuǎn)換。通常有三種轉(zhuǎn)換方法：七參數(shù)、簡化三參數(shù)、Molodensky。3）（X，Y，Z）54（B，L）54，空間直角坐標(biāo)到空間大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。4）（B，L）54（x，y）54， 高斯投影正算。從以上步驟不難看出，轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是第二步，轉(zhuǎn)換的參數(shù)。鑒于我國曾使用不同的坐標(biāo)基準(zhǔn)（BJ54、State80、Correct54），各地的重力值又有很大差異，所以很難確定一套適合全國且精度較好的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在WGS-84坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)之間是不存在一套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以全國通用的，在每個地方會不一樣。必須了解，在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的。那么，兩個橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)該是怎樣的呢？一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法，即3個平移因子（X平移，Y平移，Z平移），3個旋轉(zhuǎn)因子（X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)），一個比例因子（也叫尺度變化K）。國內(nèi)參數(shù)來源的途徑不多，一般當(dāng)?shù)販y繪部門會有。通行的做法是：在工作區(qū)內(nèi)找三個以上的已知點，利用已知點的BJ54坐標(biāo)和所測WGS84坐標(biāo)，通過一定的數(shù)學(xué)模型，求解七參數(shù)。若多選幾個已知點，通過平差的方法可以獲得較好的精度。如果區(qū)域范圍不大，最遠點間的距離不大于30Km（經(jīng)驗值），這可以用三參數(shù)，即只考慮3個平移因子（X平移，Y平移，Z平移），而將旋轉(zhuǎn)因子及比例因子（X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K）都視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。北京54和西安80也是兩種不同的大地基準(zhǔn)面，不同的參考橢球體，他們之間的轉(zhuǎn)換也是同理。在ArcGIS中提供了三參數(shù)、七參數(shù)轉(zhuǎn)換法。而在同一個橢球里的轉(zhuǎn)換都是嚴(yán)密的，在同一個橢球的不同坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換需要用到四參數(shù)轉(zhuǎn)換，舉個例子，在深圳既有北京54坐標(biāo)又有深圳坐標(biāo)，在這兩種坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換就用到四參數(shù)，計算四參數(shù)需要兩個已知點。2 ArcGIS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換例子2.1 應(yīng)注意問題使用ArcGIS如何實現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到BJ54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換呢？在ArcGIS中，這個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換步驟簡化了，用戶只需要兩個步驟就能夠直接從最初的WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ54高斯投影坐標(biāo)。這就是ArcGIS的強大之處。接下來，我們做一個例子。假設(shè)我們已經(jīng)知道了7參數(shù)，應(yīng)該如何操作呢？在具體的操作前，請大家一定注意以下三點：WGS84的經(jīng)緯度坐標(biāo)值是用度來表示，而不能是度分秒表示七參數(shù)的平移因子單位是米，旋轉(zhuǎn)因子單位是秒，比例因子單位是百萬。在ArcGIS中，7參數(shù)法的名字是Coordinate_Frame 方法。有人在用ArcGIS進行不同橢球體間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換出來的結(jié)果不對，然后就寫文章說變形如何如何，很可能是由于他們沒有注意上面這三個關(guān)鍵的問題造成的。2.2 轉(zhuǎn)換步驟a、定義7參數(shù)的地理轉(zhuǎn)換（Create Custom Geographic Transformation）在Arctool中打開Create Custom Geographic Transformation工具，如圖1所示：圖1在彈出的窗口中，輸入一個轉(zhuǎn)換的名字，如wgs84ToBJ54。在定義地理轉(zhuǎn)換方法下面，在Method中選擇合適的轉(zhuǎn)換方法如 COORDINATE_FRAME，然后輸入平移參數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度和比例因子，如圖2所示：圖2b、投影變換打開工具箱下的Projections and TransformationsFeatureProject，在彈出的窗口中輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以及Output Coordinate System，然后輸入第一步自定義的地理坐標(biāo)系如wgs84ToBJ54，開始投影變換，如圖3所示：圖3點擊“確定”，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。3 結(jié)束語我國現(xiàn)已啟用新的坐標(biāo)系統(tǒng)2000國家大地坐標(biāo)系，2000國家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期仍需一段較長時期，在實際工作、工程中還遇到不同坐標(biāo)系