摘要：GIS中的坐標(biāo)系定義是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正確定義GIS系統(tǒng)的坐標(biāo)系非常重要。在MapInfo地圖投影中缺少針對(duì)中國(guó)很多地區(qū)大比例尺和中比例尺的投影方式，通過對(duì)MapInfo中Mapinfow.prj文件的研究，以吐魯番地區(qū)為例，添加了高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影，能解決一些大比例尺對(duì)變形小的要求。

　　關(guān)鍵字：地圖投影,坐標(biāo)系,MapInfo

　　一、前言

　　地球高低不平、極其復(fù)雜的自然表面。為研究和工作方便，常將地球近似為為一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，稱為地球橢球體。地球橢球體的表面是一個(gè)不可展的曲面，地圖以平面方式表示地球表面(全部或一部分)。將地球橢球體上的點(diǎn)的坐標(biāo)投影到平面坐標(biāo)的方法稱為地圖投影。地圖投影的種類繁多，不同的投影方式具有不同的形態(tài)和變形特征。根據(jù)不同的使用目的，可以采用不同的投影方式，一種投影對(duì)一種目的是有用的，而對(duì)另一種目的則可能不適合。

　　地圖投影的選取決定于地圖的應(yīng)用及其比例尺大小，在桌面數(shù)字環(huán)境下，用戶可對(duì)每一個(gè)新創(chuàng)建文件進(jìn)行投影設(shè)置和選擇。MapInfo以兩級(jí)目錄菜單的形式提供了300多個(gè)預(yù)定義坐標(biāo)系，當(dāng)用戶要使用其他坐標(biāo)系或創(chuàng)建新的坐標(biāo)系時(shí)，還可以通過修改投影參數(shù)文件(Mapinfow.prj)來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)數(shù)據(jù)文件以分行形式記錄每一個(gè)預(yù)定義坐標(biāo)系的參數(shù)表，如坐標(biāo)系名稱、投影代碼、基準(zhǔn)面代碼、坐標(biāo)單位、原點(diǎn)經(jīng)度、原點(diǎn)緯度、標(biāo)準(zhǔn)緯線1、標(biāo)準(zhǔn)緯線2、方位角、比例系數(shù)等。MapInfo系統(tǒng)定義了50個(gè)基準(zhǔn)面代碼，它們包括了全世界和一些國(guó)家采用的基準(zhǔn)面。如果用戶要采用其他的基準(zhǔn)面，并且知道該基準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)參數(shù)，則可以使用代碼在該投影參數(shù)文件中定義這個(gè)基準(zhǔn)面。

　　雖然現(xiàn)有GIS平臺(tái)中都預(yù)定義有上百個(gè)基準(zhǔn)面供用戶選用，但均沒有我們國(guó)家的基準(zhǔn)面定義。假如精度要求不高，可利用前蘇聯(lián)的Pulkovo 1942基準(zhǔn)面(Mapinfo中代號(hào)為1001)代替北京54坐標(biāo)系;假如精度要求較高，如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系統(tǒng)，則需要自定義基準(zhǔn)面。

　　二、MAPINFOW.PRJ文件的參數(shù)分析

　　MAPINFOW.PRJ在MapInfo軟件的安裝目錄下，可以用記事本打開文件，它的格式如下：

　　"--- Longitude / Latitude ---", 0, 0, 0, 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.

　　"Longitude / Latitude", 1, 0

　　"Longitude / Latitude (Adindan)p4201", 1, 1

　　"Longitude / Latitude (Afgooye)p4205", 1, 2

　　"Longitude / Latitude (AGD 66)p4202", 1, 12

　　"Longitude / Latitude (AGD 84)p4203", 1, 13

　　"Longitude / Latitude (Ain el Abd 1970)p4204", 1, 3

　　"Longitude / Latitude (Anna 1 Astro 1965)", 1, 4

　　"Longitude / Latitude (Arc 1950)p4209", 1, 5

　　第一行是投影方式的一級(jí)菜單，后面是二級(jí)菜單。每行的第一部分是位于引號(hào)內(nèi)的坐標(biāo)系名稱。每一行的第二部分是指定投影的代號(hào)。行中其余部分是有關(guān)該特定坐標(biāo)系的參數(shù)值。下面一以中國(guó)區(qū)域等積投影為例進(jìn)行分析，詳細(xì)分析各參數(shù)的含義。Regional Equal-Area Projections 在MAPINFOW.PRJ文件中的代碼如下：

　　"Equal-Area Projection (China)", 9, 0, 0, 110, 10, 25, 40, 0, 0

　　表 1 參數(shù)說明表

　　第一個(gè)參數(shù) 3 代表投影方式是Albers Equal Area Conic(正軸等面積割圓錐投影，也叫亞爾勃斯投影);第二個(gè)參數(shù) 0 代表GRS 80基準(zhǔn)面;第三個(gè)參數(shù) 0 代表單位是英里;第四和第五個(gè)是代表原點(diǎn)坐標(biāo)是 110°E, 10°N;第六和第七個(gè)代表兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線分別為25°N、40°N;最后兩個(gè)參數(shù)是東偽偏移和北偽偏移。Equal-Area Projection (China)的列表(表1)。由于參數(shù)的數(shù)目繁多，每種參數(shù)在《MapInfo參考手冊(cè)》中都有詳細(xì)的表格。

　　高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影在MAPINFOW.PRJ文件需要定義的坐標(biāo)系參數(shù)序列如下： 投影代號(hào)(Type)，基準(zhǔn)面(Datum)，單位(Unit)， 中央經(jīng)度(OriginLongitude)，原點(diǎn)緯度(OriginLatitude)， 比例系數(shù)(ScaleFactor)， 東偽偏移(FalseEasting)，北緯偏移(FalseNorthing)

　　三、對(duì)MAPINFOW.PRJ文件添加坐標(biāo)系

　　3.1我國(guó)大地坐標(biāo)系的參考橢球體與基準(zhǔn)面

　　基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對(duì)特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個(gè)國(guó)家或地區(qū)均有各自的基準(zhǔn)面，我們通常稱謂的北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系實(shí)際上指的是我國(guó)的兩個(gè)大地基準(zhǔn)面。

　　我國(guó)參照前蘇聯(lián)從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國(guó)的北京54坐標(biāo)系，1978年采用國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的1975地球橢球體建立了我國(guó)新的大地坐標(biāo)系­—西安80坐標(biāo)系，目前大地測(cè)量基本上仍以北京54坐標(biāo)系作為參照，北京54與西安80坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換可查閱國(guó)家測(cè)繪局公布的對(duì)照表。 WGS1984基準(zhǔn)面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標(biāo)系，即以地心作為橢球體中心，目前GPS測(cè)量數(shù)據(jù)多以WGS1984為基準(zhǔn)。

　　上述3個(gè)橢球體在MAPINFOW.PRJ文件中參數(shù)如下(表 2)：

　　表 2 MAPINFOW.PRJ文件中參數(shù)表

　　橢球體與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系是一對(duì)多的關(guān)系，也就是基準(zhǔn)面是在橢球體基礎(chǔ)上建立的，但橢球體不能代表基準(zhǔn)面，同樣的橢球體能定義不同的基準(zhǔn)面。

　　雖然現(xiàn)有GIS平臺(tái)中都預(yù)定義有上百個(gè)基準(zhǔn)面供用戶選用，但均沒有我們國(guó)家的基準(zhǔn)面定義。假如精度要求不高，可利用前蘇聯(lián)的Pulkovo 1942基準(zhǔn)面(Mapinfo中代號(hào)為1001)代替北京54坐標(biāo)系;假如精度要求較高，如土地利用、城市基建等GIS系統(tǒng)，則需要自定義基準(zhǔn)面。

　　從Mapinfo中國(guó)的URL(http://www.mapinfo.com.cn)可下載到包含北京54、西安80坐標(biāo)系，其中定義：

　　北京54基準(zhǔn)面參數(shù)為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　西安80基準(zhǔn)面參數(shù)為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　這樣就可以自定義一個(gè)基準(zhǔn)面參數(shù)為“9999”的基準(zhǔn)面。當(dāng)測(cè)數(shù)據(jù)為WGS84坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)，由于北京54和西安80坐標(biāo)系中有8個(gè)參數(shù)相同，不同的是參考橢球體參數(shù)，由此類推WGS84的基準(zhǔn)面參數(shù)定義為：

　　(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　這樣就可以以我國(guó)常用的基準(zhǔn)面建立坐標(biāo)系，也可以選擇不同的投影方式，以滿足系統(tǒng)對(duì)精度的要求。

　　3.2高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影

　　我國(guó)的基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:10萬，1:25萬，1:50萬，1:100萬)中，大于等于50萬的均采用高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger)，又叫橫軸墨卡托投影(Transverse Mercator);小于50萬的地形圖采用正軸等角割園錐投影，又叫蘭勃特投影(Lambert Conformal Conic)，我國(guó)的GIS系統(tǒng)中應(yīng)該采用與我國(guó)基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統(tǒng)。

　　高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影又叫橫軸墨卡托(Transverse Mercator)投影，依橢圓柱作為投影面，并與橢球體相切于一條經(jīng)線上，該經(jīng)線即為投影帶的中央經(jīng)線，按等角條件將中央經(jīng)線東西一定范圍內(nèi)的區(qū)域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構(gòu)成了橫軸等角切橢圓柱投影。

　　在GIS系統(tǒng)中均采用6°或3°分帶的高斯-克呂格投影，因?yàn)橐话阕鴺?biāo)采用的是6°或3°分帶的高斯-克呂格投影坐標(biāo)。高斯-克呂格投影以6°或3°分帶，每一個(gè)分帶構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的平面直角坐標(biāo)網(wǎng)，投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為X軸(縱軸，緯度方向)，赤道投影后為Y軸(橫軸，經(jīng)度方向)，為了防止經(jīng)度方向的坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線西移500公里，即東偽偏移值為500公里，由于高斯-克呂格投影每一個(gè)投影帶的坐標(biāo)都是對(duì)本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，因此規(guī)定在橫軸坐標(biāo)前加上帶號(hào)，如(4231898,21655933)其中21即為帶號(hào)，同樣所定義的東偽偏移值也需要加上帶號(hào)，如21帶的東偽偏移值為21500000米。假如你的工作區(qū)位于21帶，即經(jīng)度在120°至126°范圍，該帶的中央經(jīng)度為123°。

　　3.3沈陽地區(qū)的分析

　　沈陽地區(qū)位于中國(guó)東北部的遼寧境內(nèi)，經(jīng)度差為1.4°，經(jīng)度位于122°26′E 和123°49′E之間。可以采用3°分帶的高斯-克呂格投影，其中央經(jīng)線為123°。

　　3.4 創(chuàng)建新的坐標(biāo)系

　　前面以對(duì)各參數(shù)做了分析，針對(duì)吐魯番地區(qū)建立坐標(biāo)系，要對(duì)MAPINFOW.PRJ文件增加坐標(biāo)系如下：

　　自定義基準(zhǔn)面9999為：

　　北京54基準(zhǔn)面參數(shù)為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　西安80基準(zhǔn)面參數(shù)為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　WGS84基準(zhǔn)面參數(shù)為：(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　需要向MAPINFOW.PRJ文件增加一個(gè)列，要有相應(yīng)要素的新條目。該過程描述如下：

　　1 在一個(gè)文本編輯器或字處理器中打開MAPINFOW.PRJ文件。

　　2輸入代表新坐標(biāo)系的下列參數(shù)：

　　"--- 沈陽坐標(biāo)系統(tǒng)---"

　　"Gauss-Kruger 30 (西安1980 3°分帶)", 8, 9999, 31, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 123, 0, 1, 30500000, 0

　　"Gauss-Kruger 30 (北京1954 3°分帶)", 8, 9999, 3, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7,123, 0, 1, 30500000, 0

　　"Gauss-Kruger 30 (WGS1984 3°分帶)", 8, 9999, 28, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 123, 0, 1, 30500000, 0

　　3 如果有必要把該條目移到相似坐標(biāo)系之間的合適位置。

　　4 保存編輯過的MAPINFOW.PRJ文件。

　　這樣就可以使用自定義的坐標(biāo)系了，就像MapInfo中提供的坐標(biāo)系一樣。

　　四、結(jié)束語

　　地圖投影在GIS領(lǐng)域中占有重要的地位，通過沈陽地區(qū)高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影坐標(biāo)系的定義，提高系統(tǒng)的投影精度，簡(jiǎn)化了作業(yè)步驟，提高了工作效率，在生產(chǎn)中很有實(shí)際意義。