1、.地方坐標系與國家坐標系轉換方法探討摘要：提出地方坐標系與國家坐標系的兩種轉換方法，開發基于MapInfo的坐標轉換軟件，用實例驗證和分析兩種轉換的結果。在 GIS 環境下進行多源信息的集成，將各種數據整合成統一規范的信息，從而實現數據的共享是數字地球、數字區域的必由之路，空間坐標系的變換與統一則是實現多源數據的統一管理、無縫集成的關鍵。地圖是 GIS 主要的信息源之一，而不同的時期、不同的區域、不同的用途使得各種地圖的坐標系存在很大的差異。就我國的地圖坐標體系而言，20世紀 90 年代前后，國家基本比例尺地形圖分別采用北京坐標系和西安坐標系。地方上為了適應各類城市建設的需要，往往建立自己的獨

2、立或相對獨立的坐標系，稱為地方坐標系。有些地區甚至存在兩個以上的獨立坐標系。本文根據國家坐標系及地方坐標系建立的原理，從理論上對其轉換關系進行分析，提出兩種可操作的轉換方法及其實現方案。一、地方坐標系與國家坐標系的關系我國大、中比例尺地形圖均采用6°分帶或3°分帶的高斯克呂格投影，國家坐標系的建立是以高斯克呂格投影分帶為基礎的，各帶分別建立直角坐標系，簡你高斯直角坐標系。根據高斯克呂格投影的變形規律，離開中央經線越遠，所產生的投影變形就越大。而大多數地區或城市都不可能正好位于投影帶中央。例如，上海市所處的位置大約是E120°50E122°00，在6

3、76;分帶中位于第 21 帶，其中央經線為 E123°，區域的最大長度變形可達0.000 52 ；對于3°投影帶，上海又同時屬于第 40，41這兩個投影帶，中央經線分別是 E120°和 E123°。如此對于上海這樣的城市來說，就不能精確地在地圖上表達其空間信息，因而不能滿足大比例尺測圖或工程建設的需要。因此，一些大中城市都建立了自己的獨立坐標系，并在大比例尺地形圖中單獨使用。地方坐標系的建立，通常是根據需要以本區某國家控制點為原點（地方坐標系的起算點），過原點的經線為中央經線。原點通常選擇在區城的中部或者西南角。地方坐標系與國家坐標系關系如圖 1a（略）

4、所示二、地方坐標與國家坐標變換方法目前我國許多城市的大比例尺地圖通常只表示其地方坐標系，一般并不表示國家坐標，也不表示經緯度。這類地圖數據的通用性一般比較差，成為多源數據融合的一個障礙。筆者根據國家與地方坐標系建立的原理及其相互關系，提出地方坐標轉換為國家坐標乃至地球坐標的兩種方法：直接變換法和間接變換法。1.直接變換法如圖 1a 所示，地方坐標系與國家坐標系之間存在一種旋轉與平移的關系。因此，進行兩坐標系轉換的最直接辦法是求算地方坐標系相對于國家坐標系的旋轉角度和平移量。（1）、計算地方系對國家系的旋轉角在高斯克呂格投影中，除中央經線投影為直線外，其余經線均對稱并收斂于中央經線。根據國家坐標

5、系和地方坐標系的建立原則，國家與地方兩坐標系的夾角即為子午線收斂角。已知某地方原點的經緯度，利用子午線收斂角公式可計算地方坐標系相對于國家坐標系的旋轉角度。（2）、計算平移量從圖 1a 可知，平移量即為地方坐標系的原點在國家坐標系中的坐標值。已知某地方坐標系的原點經緯度，可先計算原點與中央經線的經差，再利用高斯克呂格投影公式計算地方坐標系相對于國家坐標系的平移量（ Xo，Yo ）。（3）、進行坐標變換根據地方坐標系與國家坐標系之間的關系，推出其轉換公式如下：2.間接變換法間接變換法的出發點是把地方坐標系的建立與國家高斯克呂格直角坐標等同起來，把它看成是以地方中央子午線（地方原點處的經線）為直角

6、坐標縱軸，赤道北偏一定距離（地方原點到赤道的經線弧長）并垂直于中央經線的直線為橫軸的地方高斯克呂格直角坐標（見圖 1b略）。這樣，坐標系變換的實質就成為投影帶的變換，可以由地方直角坐標反解大地坐標，再根據大地坐標正解國家高斯直角坐標。這種變換本身是復雜的，而選擇一個好的 GIS軟件作為開發平臺是本文采用的一個捷徑。三、基于 MapInfo的坐標變換軟件設計根據上述兩種方法的轉換原理，作者以MapInfo為開發平臺，用 MapBasic設計了相應的轉換程序，并對這兩種轉換結果進行比較分析。1.技術實現思路技術實現思路如圖2 （略）所示。2.技術關鍵轉換軟件的開發是基于MapInfo的，MIF文件

7、修改成為整個轉換過程中的一個關鍵。MIF文件是MapInfo 的空間數據交換文件。MIF文件有兩個區域：文件頭和數據節。文件頭區域記錄了關于MapInfo表的若干基本信息，其中包括對坐標系的定義，它是通過CoordSys子句來完成的。地方坐標系為直角坐標系，MapInfo 中定義為NonEarth，即非地球坐標系。在 MIF文件中描述如下：CoordSys NonEarth Units”m”Bounds(-6000，-6000)(5000，7000)通過修改CoordSys子句可以在不改變坐標數據的情況下重新定義地圖坐標系，使其從非地球坐標系變為地球坐標系。而系統將根據該子句的一系列參數，建立直角坐標與大地坐標的相互關系。修改后的CoordSys子句如下：CoordSys Earth Projection 8，1001，”m”，121.5，0，1，0，-3500 Bounds(-800000，-1000000)(90000，1000000)上述各參數的意義見文獻2。按國家高斯-克呂格直角坐標的建立原則，各投影帶原點東偽偏移500 000m，北偽偏