GIS中坐标系与偏移算法总结

Posted 2023-05-04

参考技术A 一 大地坐标系
1.1 概念
大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。
大地坐标系根据其原点的位置不同，分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质心重合，参心坐标系的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合，通常与地球质心不重合。

1.2 常用的参心坐标系与地心坐标系

北京54 参心坐标系（参心坐标系）
西安80 参心坐标系（参心坐标系）
cgcs2000 地心坐标系（地心坐标系）
wgs84 地心坐标系（地心坐标系）

我国先后建立的1954年北京坐标系、1980西安坐标系和新1954年北京坐标系，都是参心坐标系。这些坐标系为我国经济社会发展和国防建设作出了重要贡献。
但是，随着现代科技的发展，特别是全球卫星定位技术的发展和应用，世界上许多发达国家和中等发达国家都已在多年前就开始使用地心坐标系。
国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000国家大地坐标系（CGCS-2000），同时要求用8-10年的时间，完成现行国家大地坐标系向20000国家大地坐标系的过渡和转换。过渡期结束，将停止提供现行国家大地坐标系下的测绘成果。

参考：
2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系，西安80和北京54坐标系正式退出历史舞台

wgs84是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统；gps设备采集的数据均为wgs84坐标系。

1.3 不同坐标系之间的转换
arcgis 软件中计算完成，参考:[arcgis坐标转换与投影]( https://www.jianshu.com/p/5c437696be06 ）

二 坐标投影

2.1 投影后的坐标形式
原始经纬度:120.0397529296875,30.229220825195313
墨卡托投影后:13362764.171082955,3533048.2025558753
参考： arcgis js api：web墨卡托(3857)转经纬度坐标(4326)

2.2 投影的目的
方便工程测量、二维图展示便于理解。

2.3 根据不同需求使用不同的投影算法
例如： 墨卡托投影后的二维图导致了地球两极被拉宽，不适用于工程测量，但适合用作普通二维图的展示。而大比例尺的工程测量图对局部区域内精度要求高，而采用高斯克里格投影。

三 gcj02偏移算法（国家测绘局，被戏称为火星坐标）
注意 这是偏移算法，而不是单独的一个坐标系。习惯上人们将加了偏移算法的坐标称为gcj02坐标。经偏移算法处理的地图数据偏差一般为 300~500 米。

3.1 在我们国家发布的互联网地图按法律规定需要经过偏移算法加偏移。
例如高德地图、腾讯地图。

3.2 百度地图在gcj02基础上进行了二次加偏移，称为bd09坐标

3.3 天地图是否加偏移？
天地图采用cgcs2000坐标。
发布在互联网上的天地图并不一定都是加偏移，未加偏移的地图做了特殊处理，很多涉密地理信息在地图上找不到。

3.4 使用了加偏移的地图如何进行gis开发
对叠加到地图上的数据同样加偏移，实现与底图吻合。
参考： WGS84坐标与不同加密算法之间转换

更多参考：
你必须知道的地理坐标系和投影坐标系
arcgis坐标转换与投影变换

GIS配准和配准算法基本概念学习

为什么需要进行数据配准？

遥感影像数据在成像过程中存在多种几何畸变，需要通过配准操作对影像/栅格数据集的坐标进行纠正；纸质地图保存过程中存在纸张变形，......；
另一种情形是，在对多个数据集进行分析时，要求所有参与分析的数据集在同一坐标系下，此时也需要进行数据的配准；

什么是数据配准？

数据配准是通过参考数据集（图层）对配准数据集（图层）进行空间位置纠正和变换的过程。
通过确定的配准算法和控制点信息，对配准数据集进行配准，可以得到与参考数据集（图层）空间位置一致的配准结果数据集。

配准算法介绍
supermap 提供四种配准方法，线性配准、二次多项式配准、矩形配准和偏移配准。

线性配准
    也称仿射变换。这种配准方法假设地图因变形而引起的实际比例尺在 X 和 Y 方向上不相同，因此，具有纠正地图变形的功能。
    实际应用中，通常利用4个或者4个以上的控制点来进行线性配准。待定系数是通过最小二乘法的原理进行求解的。

二次多项式配准
    是常用的精度较高的配准方法。多项式纠正把原始图像变形看成是某种曲面，输出图像为规则平面。
    从理论上讲，任何曲面都能以适当高次的多项式来拟合。
    一般用二次二项式就可以对变形比较严重的图像进行纠正，并得到较高的精度。

矩形配准
    实质上是一种特殊的，有限定条件的线性配准。
    如果原图像为规则矩形，纠正后的图像坐标仍是规则矩形，则选择两个相对的角点就可以确定矩形4个角点的坐标，在线性配准的纠正公式中的常数项取作0，则已知2个相对角点坐标就可以求解得到纠正公式，从而实现几何纠正。

偏移配准
    偏移配准仅需要一组控制点和参考点，分别对 X 坐标和 Y 坐标求差值，再利用差值对原数据集所有组坐标点进行偏移。