地球這么大，如何確定測(cè)量原點(diǎn)呢？對(duì)于規(guī)則的球體來說，沒有比幾何球心更好的原點(diǎn)了，可地球不是個(gè)“正經(jīng)”的球啊，它的球心在哪呢？
 

參心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與某一地區(qū)或國(guó)家所采用的參考橢球中心重合，與其所在地區(qū)的大地水準(zhǔn)面最佳擬合，屬于局部坐標(biāo)系統(tǒng)。在當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)展水平上，局部大地坐標(biāo)系已能基本滿足各國(guó)大地測(cè)量和制圖工作的要求。比如我國(guó)的北京54、西安80 都是應(yīng)用于我國(guó)范圍內(nèi)的參心坐標(biāo)系。

 

但是為了研究地球形狀的整體及其外部重力場(chǎng)以及地球動(dòng)力現(xiàn)象；特別是50年代末，人造地球衛(wèi)星和遠(yuǎn)程彈道武器出現(xiàn)后，為了描述它們?cè)诳臻g的位置和運(yùn)動(dòng)，以及表示其地面發(fā)射站和跟蹤站的位置，這些需要從全球范圍考慮定位問題時(shí)，參心坐標(biāo)系已經(jīng)不能滿足需求。

 

這就好比你在小區(qū)遛狗，如果問你狗在哪呢？你可以說狗在小池塘東面5米處；某天你家傻狗不滿足只在小區(qū)里玩耍了，非要跑到十幾里地外的公園里耍，這時(shí)再問你狗在哪呢？你總不能說狗在小區(qū)池塘西面5千米處，不合適啊！

既然在全球范圍下，參心坐標(biāo)系已經(jīng)不合適了，考慮到衛(wèi)星和彈道武器的空間位置定位地球引力問題，此時(shí)地球質(zhì)心自然出現(xiàn)在人們視野中。地心坐標(biāo)系是在大地體系內(nèi)建立的OXYZ坐標(biāo)系，與參心坐標(biāo)系不同的是它的坐標(biāo)原點(diǎn) O 變成大地體的質(zhì)量中心，即地球質(zhì)心。質(zhì)心的測(cè)算是個(gè)復(fù)雜的工程，它不僅為確定地球表面、大氣以及空間位置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)提供了參考系，也對(duì)人們研究海平面變化、地震、火山以及冰川消退對(duì)地球的影響至關(guān)重要。

 

耳熟能詳?shù)?WGS84 、CGCS2000 坐標(biāo)系就是地心坐標(biāo)系，WGS84 是為GPS全球定位系統(tǒng)使用而建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，也是如今很多互聯(lián)網(wǎng)地圖采用的坐標(biāo)系統(tǒng)；CGCS2000 是在北京54、西安80這兩種局部坐標(biāo)系不能滿足中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)需要時(shí)建立的全球坐標(biāo)系。

我們?？吹叫侣剤?bào)導(dǎo)說東經(jīng)多少度，北緯多少度發(fā)生地震，這里面所說的經(jīng)緯度就屬于地理坐標(biāo)系統(tǒng)。地球表面南北距離的度數(shù)，以赤道為 0°，以北為北緯，以南為南緯，南北各 90°。通過某地的緯線跟赤道相距的度數(shù)，就是該地的緯度，如下圖 ∠POP'；把通過英國(guó)格林尼治天文臺(tái)原址的子午線定為 0°，叫做本初子午線。以東 180° 為東經(jīng)，以西 180° 為西經(jīng)。某地的經(jīng)度值即該地的子午線和本初子午線相距的度數(shù)，如下圖 ∠XOP'。

由上圖可以看出，橢球體和水準(zhǔn)面決定了坐標(biāo)系類型。北京54和西安80屬于參心坐標(biāo)系。北京54采用的是克拉索夫斯基橢球體，西安80采用的是IAG75橢球體，由于采用了不同的橢球體，相同坐標(biāo)所代表的位置是有差距的。

 

WGS84 和 CGCS2000 屬于地心坐標(biāo)系。WGS84 采用的橢球體是WGS84 橢球體，CGCS2000 采用的橢球體是 CGCS2000 橢球體。地球只有一個(gè)質(zhì)心，只是測(cè)不測(cè)得精確的問題而已，因此 CGCS2000 橢球和WGS84 橢球極為相似，偏差僅有 0.11mm，完全可以兼容使用。

 

地理坐標(biāo)系統(tǒng)中經(jīng)緯度本身不帶單位，度分秒僅僅是一個(gè)進(jìn)制；另外，同樣是1度經(jīng)度，在不同的緯度帶表示的弧段長(zhǎng)是不一樣的，這給面積計(jì)算，定量計(jì)算等帶來困難；我們?nèi)粘Ｉ钪械牡貓D及量測(cè)空間通常是二維平面，因此在地圖制圖和線性量測(cè)時(shí)首先要考慮把曲面轉(zhuǎn)化為平面，投影坐標(biāo)系統(tǒng)就是鑒于這些問題而被科學(xué)家提出。

 

地圖投影的實(shí)質(zhì)就是建立地球橢球表面上的點(diǎn)與地圖平面上的點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將建立在球體上的地理坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過一種投影方法轉(zhuǎn)為平面上的直角坐標(biāo)?？梢?，投影坐標(biāo)系 = 地理坐標(biāo)系 + 投影方式。

 

投影肯定會(huì)有變形，所以為了最大化的減少變形產(chǎn)生的誤差，不同的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用區(qū)域采用的投影方式也不同，我們常見的投影類型有：高斯克呂格（Gauss Kruger）投影、墨卡托（Mercator）投影和蘭伯特（Lambert）投影等，下一篇文章會(huì)詳細(xì)介紹這些常用投影方式。

 

根據(jù)坐標(biāo)系的使用區(qū)域范圍劃分出了參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系，如果只考慮在小范圍比如只在一個(gè)國(guó)家內(nèi)使用，且對(duì)定位精度有較高的要求，就應(yīng)該采用參心坐標(biāo)系；相反，如果使用場(chǎng)景涉及全球范圍，比如衛(wèi)星定位，就需要采用地心坐標(biāo)系，除非這個(gè)衛(wèi)星只限制在本國(guó)使用或者說不考慮其他區(qū)域的定位精度，這顯然不現(xiàn)實(shí)。地理坐標(biāo)系是指用經(jīng)緯度來確定地物位置的坐標(biāo)系統(tǒng)，它可能屬于地心坐標(biāo)系，或者是參心坐標(biāo)系，這由它的應(yīng)用范圍決定；投影坐標(biāo)系是為了量測(cè)、制圖產(chǎn)生的一種坐標(biāo)系，是地理坐標(biāo)系結(jié)合一種合適的投影方式形成的一種具有應(yīng)用特色的坐標(biāo)系統(tǒng)。

本文作者：碼上GIS