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ENVI中自定义坐标系表达——以Hong Kong市54和罗利80为例

  • 三月 13, 2019
  • 天文
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1 地理投影的基本原理

 

  常用到的地图坐标系有2种,即地理坐标系和影子坐标系。
地理坐标系是以经纬度为单位的地球坐标种类,地理坐标系中有1个非常重要片段,即地球椭球体(spheroid)和天底下基准面(datum)。由于地表包车型大巴不规则性,它无法用数学公式来表述,也就不能够推行运算,所以必须找3个形象和分寸都很相近地球的椭球体来替代地球,那一个椭球体被誉为地球椭球体,笔者国常用的椭球体如下:

1、椭球体

椭球体名称

年代

长半轴(米)

短半轴(米)

扁率

WGS84 1984 6378137.0 6356752.3 1:298.257
克拉索夫斯基(Krasovsky) 1940 6378245.0 6356863.0 1:298.3
IAG-75 1975 6378140.0 6356755.3 1:298.257

GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数鲜明,而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的变换参数鲜明。

表1 小编国常用椭球体

基准面是利用特定椭球体对特定地点地表的逼近,由此每一个国家或地区均有些的基准面。基准面是在椭球体基础上树立的,椭球体可以对应多少个基准面,而基准面只可以对应一个椭球体。

 
 大地基准面指近来参见椭球与WGS84参考椭球间的对峙地点关系(三个运动,二个旋转,二个缩放),能够用在那之中贰个、伍个也许8个参数来叙述它们中间的涉及,各类椭球体都对应八个或八个大地基准面。
 
 投影坐标系是利用自然的数学法则把地表上的经纬线网表示到平面上,属于平面坐标系。数学法则指的是投影类型,如今小编国常见选取的是高斯——克吕格投影,在英美利坚合众国家称为横轴墨卡托投影(Transverse
Mercator)。高斯克吕格投影的中消肿敛疮线和赤道为互相垂直,分带标准分为3度带和6度带。美国编写制定世界外地军用地图和地球财富卫星像片所运用的满世界横轴墨卡托投影(UTM)是横轴墨卡托投影的一种变更。高斯克吕格投影的中利水渗湿线长度比对等1,UTM投影规定核利水渗湿线长度比为0.9996。
 
 笔者国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万比例尺地形图,均选拔高斯克吕格投影。1:2.5至1:50万比例尺地形图使用经差6度分带,1:1和1:2.5万比例尺地形图使用经差3度分带。

图片 1

2 北京54与西安80坐标系
    先理解大地坐标的概念。
   
大地坐标,在地面上确立一层层相连接的三角形,量取一段精确的相距作为起算边,在那些边的两端点,采取天文观测的艺术分明其点位(经度、纬度和方位角),用精美测角仪器测定各三角形的角值,依照起算边的边长和点位,就能够推算出其余各点的坐标。那样推算出的坐标,称为全世界坐标。
   
笔者国壹玖伍贰年在首都举行了整个世界坐标原点,由此总结出来的各大地控制点的坐标,称为一九五三年新加坡坐标系。为了适应大地质衡量量的进化,作者国于1976年选择国际大地质衡量量组织推举的IAG-75地球椭球体建立了本国新的中外坐标系,并在1989年公告在吉林省千阳县开办了新的五洲坐标原点,因而总计出来的各大地控制点坐标,称为1977年满世界坐标系。
   
大家日常给影象投影时用到的新加坡市54或然夏洛蒂80坐标系是影子直角坐标系,如下表所示为新加坡市54和奥兰多80坐标系选取的主要参数,

图片 2椭球体的几何定义:

坐标名称

投影类型

椭球体

基准面

北京54 Gauss Kruger(Transverse Mercator) Krasovsky 北京54
西安80 Gauss Kruger(Transverse Mercator) IAG75 西安80

O是椭球中央,NS为旋转轴,a为长半轴,b为短半轴。

表2 作者国常用坐标系参数列表

子午圈:包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。

   
从中能够看看大家常见称谓的东京(Tokyo)54坐标系、布里斯托80坐标系实际上指的是小编国的五个大地基准面。

纬圈:垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆,也叫平行圈。

3 参数的拿走

赤道:通过椭球中央的平行圈。

   
对于地理坐标,只必要分明三个参数,即椭球体和海内外基准面。对于影子坐标,投影类型为Gauss
Kruger(Transverse
Mercator),除了规定椭球体和天下基准面外,还索要分明核温肾助阳线。
   
大地基准面的明确第①是规定七个参数(可能在那之中多少个参数),巴黎54基准面能够用三个活动参数来规定,即“-12,-113,-41,0,0,0,0”,很多软件看似为Krasovsky(0,0,0,0,0,0,0)基准面;埃德蒙顿80的7参数比较很是,各个地方不均等。一般有八个途径:一是直接从测量绘制部门获得;二是基于几个以上全体奥兰多80坐标系与其他坐标系的同名点坐标值,利用软件来推算,有一对杏黄软件具有那一个效果,如Coord
MG。
核清热化痰线获取可有以下二种方法,第二种依照已知带号总结,6度带用6*N-3,3度带用3*N;第1种方法是依照经度从图第11中学摸索。

主干几何参数:

图片 3
1.JPG

图片 4椭圆的扁率  图片 5 

图1高斯——克吕格投影的分带

椭圆的首先偏心率  图片 6 

4 ENVI中定义坐标

椭圆的第①偏心率  图片 7 

   
ENVI中的坐标定义文件存放在HOME\ITT\IDL70\products\envi45\map_proj
文件夹下,四个公文记录了坐标音信:
                    ellipse.txt  椭球体参数文件
                    datum.txt  基准面参数文件
                    map_proj.txt  坐标系参数文件
   在ENVI中自定义坐标系分三步:定义椭球体、基准面和概念坐标参数

中间a、b称为长度成分;扁率α反映了椭球体的扁平程度。偏心率e和e’是子午椭圆的点子离开宗旨的距离与椭圆半径之比,它们也显示椭球体的扁平程度,偏心率愈大,椭球愈扁。

率先步、添加椭球体

套用区别的椭球体,同1个地点会度量到区别的经纬度。上边是三种常见的椭球体及参数列表。

   语法为
<椭球体名称>,<长半轴>,<短半轴>。这里将“Krasovsky,6378245.0,6356863.0”和“IAG-75,6378140.0,6356755.3”到场ellipse.txt末端。
注:ellipse.txt文件中一度有了克Cable夫斯基椭球,由于翻译原因,这里的英文名称是Krassovsky,为了让其余软件平台识别,那里新建二个Krasovsky椭球体。

二种常见的椭球体参数值

其次步、添加基准面

 

克拉索夫斯基椭球体

1975年国际椭球体

WGS-84椭球体

a

 

6 378 245.000 000 000 0(m)

6 378 140.000 000 000 0(m)

6 378 137.000 000 000 0(m)

b

6 356 863.018 773 047 3(m)

6 356 755.288 157 528 7(m)

6 356 752.314 2(m)

c

6 399 698.901 782 711 0(m)

6 399 596.651 988 010 5(m)

6 399 593.625 8(m)

α

1/298.3

1/298.257

1/298.257 223 563

e2

0.006 693 421 622 966

0.006 694 384 999 588

0.006 694 379 901 3

e’2

0.006 738 525 414 683

0.006 739 501 819 473

0.006 739 496 742 27

   
语法为<基准面名称>,<椭球体名称>,<平移三参数>。那里将“Beijing-54,
Krasovsky, -12, -113, -41”和“Xi’an-80,IAG-75,0,0,0”加入datum.txt
末端。
注:有的时候为了与别的软件平台包容,基准面包车型大巴名号直接写成所用的椭球体名称。


其三步、定义坐标

 

   
在ENVI任何用到影子坐标的功用模块中都能够新建坐标系(在别的地图投影选取对话框中,点击“New”按钮。),那里我们挑选Map->Customize
Map Projection,如图1所示,将相应的参数添加,那里丰盛的参数如图1所示。
      注:投影类型选用Transverse Mercator,Scale
factor填写0.9996,与Gauss-Kruger等同。False
easting中只要把带号,即39陆仟00,获得的坐标就包含带号。

② 、地图投影

图片 8
2.JPG

地球是八个圆球,球面上的职位,是以经纬度来代表,大家把它称作“球面坐标系統”或“地理坐标系統”。在球面上计算角度距离12分劳动,而且地图是印刷在平面纸张上,要将球面上的物体画到紙上,就非得展平,那种将球面转化为平面包车型大巴历程,称为“投影”。

图2 自定义坐标系

历经投影的进度,把球面坐标换算为平面直角坐标,便于印刷与计量角度与相差。由于球面無法百分之百展为平面而不变形,所以除了地球仪外,全部地图都有少数程度的变形,有些可保持面积不变,有个别可涵养方位不变,视其用途而定。

选择Projection->Add New Projection,
    将投影添加到 ENVI 所用的影子列表中。选用 File > Save
Projections,存款和储蓄新的或改变过的阴影音信。那样贰个新的黑影坐标就新建达成。
    打开map_proj.txt,能够看来新建的坐标音信已经自行进入。

现阶段国际间普遍选择的一种影子,是即横轴墨卡托投影(Transverse Mecator
Projection),又称为高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger
Projection),在小范围内保持形态不变,对于各样应用较为便利。大家得以设想成将1个圆柱体橫躺,套在地球外面,再将地球表面投影到那个圆柱上,然后将圆柱体展开成平面。圆柱与地球沿南北经线方向相切,大家将那条切线称为“核生发乌发线”。

图片 9
3.JPG

图片 10

图3 自定义坐标列表

在核止血化痰线上,投影面与地球完全密合,因而图形没有变形;由核清热化痰线往東西两侧延伸,地球表面图片会被逐级加大,变形也会愈发严重。

5 使用自定义坐标系

为了维持投影精度在可接受范围内,每一遍只可以取核美白祛黑线两侧附近地区来用,由此必须切割为许多投影带。就像是将地球沿南北子午线方向,如切西瓜一般,切割为多少带状,再展成平面。近期世界各国军用地图所使用之 UTM 坐标系統 (Universal
Transverse Mecator Projection System),即为横轴投影的一种。是将地球沿子午线方向,每隔 6 度切割为一带,全世界共切割为 60 个投影带。

       下边将利用自定义坐标系将一副新加坡54坐标系转化为西安80坐标系。
考查的栅格数据处境为:一幅新加坡坐标系的栅格数据,投影参数如下:

图片 11

投影类型:Transverse Mercator

     地图投影几何分类首要总结:

椭球:Krassovsky

图片 12

基准面:Krassovsky(自定义)

    结合变形性质和几何投影,投影分类包蕴:

核去除风湿宁心线:117

图片 13

东向偏移:600000m
   
由于数量的黑影消息不是国际标准只怕说其参数名称不是专业的,所以在ENVI中有恐怕或无法读取数据的阴影新闻(如图4),那一个时候就供给再行设定投影新闻。

③ 、GIS中地图投影的定义

图片 14
4.JPG

小编国的为主比例尺地形图(1:5千,1:1万,1:2.5万,1:5万,1:10万,1:25万,1:50万,1:100万)中,大于等于50万的均接纳高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger);小于50万的山势图使用正轴等角割园锥投影,又叫兰勃特投影(Lambert Conformal
Conic);海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影,又叫墨卡托投影(Mercator),我国的GIS系统中应该利用与本国家基础本比例尺地形图种类一样的地图投影系统。

图4查看坐标音讯

对应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需求定义的坐标系参数连串如下:

    打开数据文件,在Available Bands List中选拔文件,点击右键打开Header
Info,在艾德it Attributes中挑选Map Info。选择Change
Projection,将如今定义好的坐标选上。

高斯-克吕格:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit), 中燥湿利尿度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 比例周到(ScaleFactor), 东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing)

图片 15
5.JPG

兰勃特:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit),中抗老防老度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 标准纬度1(StandardParallelOne),标准纬度2(StandardParallelTwo), 东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing)

图5添加坐标系

墨卡托:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit), 原点经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 标准纬度(StandardParallelOne)

    那样在形象的map info里面就足以看来影子消息了。

在都市GIS系统中均运用6度或3度分带的高斯-克吕格投影,因为一般城市建设坐标采取的是6度或3度分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6度或3度分带,每3个分带构成二个独门的平面直角坐标网,投影带核小肠经线投歌后的直线为X轴(纵轴,纬度方向),赤道投歌后为Y轴(横轴,经度方向),为了避防经度方向的坐标出现负值,规定每带的中止咳消肿线西移500英里,即东伪偏移值为500公里,由于高斯-克吕格投影每三个投影带的坐标都以对本带坐标原点的相对值,所以各带的坐标完全相同,因而规定在横轴坐标前增进带号,如(4231898,21655933)个中21即为带号,同样所定义的东伪偏移值也亟需加上带号,如21带的东伪偏移值为21500000米。

图片 16
6.JPG

如若你的工作区位于21带,即经度在120度至126度限量,该带的核抗老防老度为123度,选拔Pulkovo
一九四四基准面,那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为:(8,1001,7,123,0,1,21陆仟00,0)。

图6 更改坐标消息后的效果


   选取Map->Convert Map Projecton,实行塞内加尔达喀尔80的坐标转换。

 

图片 17
7.JPG

④ 、大地坐标系

图7 转换参数

有了椭球体以及地图投影,坐标系就能分明下来了。香港(Hong Kong)54和弗罗茨瓦夫80是大家使用最多的坐标系。大家一般称谓的都城54坐标系、Charlotte80坐标系实际上利用的是笔者国的三个大地基准面东京54基准面和毕尔巴鄂80基准面。小编国参照前苏联从一九五一年起利用克Cable夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了本国的香港市54坐标系,1976年选用国际大地质度量量组织推举的一九七五地球椭球体建立了本国新的大地坐标系——马尔默80坐标系,近年来大地质衡量量基本上仍以东京(Tokyo)54坐标系作为参考,东京54与埃德蒙顿80坐标之间的转换可查看国家测量绘制局发布的对照表。 WGS-84坐标系选用WGS1981基准面及WGS84椭球体,它是一地心坐标系,即以地心作为椭球体中央,方今GPS度量数据多以WGS1983为尺度。

    打开转换后的结果,如图8所示,能够见到Map
Info中投影信息已经更新,起初点的坐标也不雷同,有几米的歧异,那也符合首都54和巴尔的摩80存在百米范围内的系统误差。

北京54坐标系

图片 18
8.JPG

京城54坐标系为参心大地坐标系,大地上的某个可用经度L5四 、纬度M54和环球高H54定位,它是以格Cable夫斯基椭球为根基,经局地平差后发出的坐标系,与苏维埃社会主义共和国缔盟一九四四年树立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系列相交换,相应的椭球为克Cable夫斯基椭球。到20世纪80年份初,笔者国已基本完结了天文大地质度量量,经测算申明,54坐标种类广大低于笔者国的整个世界水准面,平均误差为29米左右。

图8 西安80坐标系

西安80坐标系

6 总结

武汉80是为着实行全国天文大地网完全平差而树立的。根据椭球定位的基本原理,在建立塞内加尔达喀尔80坐标系时有以下先决条件:

   
由于国内坐标系的非国际标准,很多软件平台,尤其是海外软需求自定义坐标系。从上得以见见,ENVI的坐标定义如故相比较简单,也非凡灵活。

(1)大地原点在作者国中部,具体地方是新疆省径阳县永乐镇;

(2)毕尔巴鄂80坐标系是参心坐标系,椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向,大地开端子午面平行于格林尼治平均天文台子午面;X轴在全世界起头子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向;Y轴与 Z、X轴成右手坐标系;

(3)椭球参数选取IUG
壹玖柒叁年大会推荐的参数,因此可得奥兰多80椭球多少个最常用的几何参数为:

长轴:6378140±5(m);

扁率:1:298.257
  椭球定位时按笔者国范围内高程非常值平方和纤维为尺度求解参数。
    (4)多点定位;
    (5)大地高程以一九五九年南京验潮站求出的南海平均水面为尺度。

WGS-84坐标系

图片 19WGS-84(World Geodetic
System,1985年)是美利坚联邦合众国国防部研制分明的全世界坐标系,其坐标系的几何定义是:原点在地球质心,z轴指向 BIH
一九八四.0定义的磋商地球极(CTP)方向,X轴指向 BIH 1982.0
的零子午面和 CTP赤道的交点。Y轴与 Z、X轴构成右手坐标系(如图所示)。

WGs-84椭球及有关常数:

对应于 WGS-8大地坐标系有多个WGS-84椭球,其常数采纳 IUGG第 17届大会大地质衡量量常数的推荐值。

WGS-84椭球的几何常数:

长半轴: 6378137±
2(m)

扁率:1 /
298.257223563

地球重力常数(含大气层)维生霉素=3986005

好端端二阶带谐周密C2.0=
-484.16685×10-6

地球自转角速度 w= 7292115×10-11 rads
-1

重中之重几何和情理常数

短半径 b= 6356752.3142

扁率 f=1/298.257223563

先是偏心率平方
e2
0.00669437999013

第③偏心率平方 e’2
=0.006739496742227

橢球不荒谬重力位 U0=
62636860.8497m2s-2

赤道寻常重力 r0=
9.9703267714ms-2

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