【干货】地球体、水准面、测量坐标系、地图投影等知识详解，超全面！

GIS中非常重要又比较难以理解的坐标系统，内容可分为三大部分解析分享：（1）地球体的相关知识及主要名词解释 （2）地球坐标系知识 （3）地图投影知识。

1、 地球体

1．1 地球球体

地球真实不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。

1．2 地球的物理表面

水准面：当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面则叫做水准面。

大地水准面：在众多水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并遐想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。换一种说话，大地水准面是一个起伏不平的重力等位面即地球物理表面，它所包围的形体称之为大地体。

2.1 大地水准面的意义

（1） 地球形体的一级逼近

对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。

（2）起伏波动在制图学中可忽略

对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。

（3）海拔高程的起算面

可使用仪器测得海拔高程—某点到大地水准面的垂直高度，也叫绝对高程，简称高程。关注并星标《测绘之家》微信公众号，可获取更多测量技术干货！

在局部地区，无法知道绝对高程时，假定一个水准面作为高程起算面，地面点到该假定水准面的垂直距离称为相对高程。

HA ， HB代表绝对高程，H’A， H’B为相对高程。

1.3 地球的数学表面

在测量和制图中就用旋转椭球体来代替地球体，这个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。

椭球体是一个规则的数学表面，所以被视为地球体的数学表面，也是地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。

决定地球椭球体形状和大小的参数：

举个坐标系的例子来说，WGS84的参数为：

A=6378137m，b=6356752.3m，f=（a-b）/a

对地球形状a，b，f测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体---参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。

通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点间的偏差，从数学上给出对地球形状的三级逼近。

2、 地球坐标系

2．1 地理坐标系

用经纬度表示地面点位的球面坐标系。在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种描述：天文经纬度、大地经纬度、地心经纬度。

天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。

大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地精度λ，大地纬度ψ，大地高h表示。

地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度通大地经度λ，地心纬度是指参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角ψ。关注并星标《测绘之家》微信公众号，可获取更多测量技术干货！

在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标。在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标。

2.2 我国的大地坐标系统

（1）参心坐标系

我们从参心坐标系和地心坐标系来讲解我国的大地坐标系。

参心坐标系是以参考椭球的集合中心为基准的大地坐标系，通常划分为参心空间直角坐标系（x，y, z），参心大地坐标系(B,L,H)。

我国常用的有1954北京坐标系，1980西安坐标系，新1954北京坐标系。

1）1954北京坐标系

原点在前苏联普尔科沃，参考椭球为克拉索夫斯基椭球，主要参数为：a=6378254米，f=1/298.3

2）1980西安坐标系

原点在陕西省泾阳县永乐镇，参考椭球为国际大地测量与地球物理联合会1975年推荐的椭球，主要参数为：

a=6378140米，地球重力场二阶球谐系数J2=1/298.3,引力常数与地球质量的GM=3.986005×1014m3/s2

地球自转角速度w=7.292115×10-5rad/s

3）新1954北京坐标系

1980西安坐标系基础上，将基于IUGG1975年椭球的1980西安坐标系平差成果整体转换为基于克拉索夫斯基椭球的坐标值，并将1980西安坐标系坐标原点空间平移而建立起来的。

（2）地心坐标系

地心坐标系是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。

我们国家使用的地心坐标系有WGS-84坐标系，2000国家大地坐标系。

1） 原点为地球质心M，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地极（CTP），X轴指向XMZ平面，且与Z轴、X轴构成右手坐标系。

2） 2000国家大地坐标系（CGCS2000坐标系）

原点为地球质心M，Z轴指向由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，X轴向由原点指向格林尼治参考子午线与赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手坐标系。

（3） 我国的大地控制网

我国的大地控制网是由平面控制网和高程控制网组成。

由精确测定平面位置和高程的典型的具有控制意义的点组成，它是测制地图的基础。

1） 平面控制网

来源：今日头条 作者：铁柱迈克尔