淺談地理參考系統(tǒng)的文本表達

魯立新

新疆地礦局第四地質(zhì)大隊，新疆阿勒泰 836500

0 引言

在測量工作中，施工的成果一般以地圖或坐標(biāo)點集的形式進行表達，由于測繪成果數(shù)據(jù)的地理特性，無論圖紙（紙質(zhì)或電子）還是坐標(biāo)點集，都須要以某個特定的地理參考系統(tǒng)作為依托，無法孤立存在。沒有指明地理參考系統(tǒng)的測量成果通常沒有實際應(yīng)用價值。因而在測量成果提交的同時必須附帶測量數(shù)據(jù)的地理參考系統(tǒng)信息。

地理參考系統(tǒng)是一種相對復(fù)雜的數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中需要制定一種相對固定的格式來適應(yīng)數(shù)據(jù)交換的需要。一般而言，地理數(shù)據(jù)參考的表述有二進制形式和文本形式，二進制形式的數(shù)據(jù)冗余較少，但讀取困難，只適用于程序員操作數(shù)據(jù)；而文本格式可以直接編輯，方便測繪工作者進行直接查看，創(chuàng)建，修改。本文以地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域，也即測繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域中常用的地理參考系統(tǒng)文本表述模型為例，談?wù)劦乩韰⒖枷到y(tǒng)的表達。

1 坐標(biāo)參考系統(tǒng)

坐標(biāo)參考系統(tǒng)或稱坐標(biāo)參照系有3種最常見的子類：地心坐標(biāo)系，地理坐標(biāo)系，和投影坐標(biāo)系。一般而言，坐標(biāo)系由2個、3個甚至更多個坐標(biāo)軸，單位標(biāo)度等組成，使得可利用數(shù)學(xué)法則計算距離、角度或其他幾何元素。

坐標(biāo)參考系統(tǒng)是通過基準(zhǔn)面與真實世界或者說地球相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系即坐標(biāo)參照系。這里的基準(zhǔn)面是指用橢球體逼近某地區(qū)物理表面基準(zhǔn)，因此各個國家和地區(qū)大都使用不同的基準(zhǔn)面。我們常用的基準(zhǔn)面有北京54坐標(biāo)系的克拉索夫斯基橢球和西安80坐標(biāo)的WGS84橢球等。坐標(biāo)參照系有許多主要子類和輔助系統(tǒng)，例如地理坐標(biāo)系、投影坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、時間坐標(biāo)系等。

地心坐標(biāo)系，是最富數(shù)學(xué)特征的地理參考系統(tǒng)，其以地球中心為原點，直接用X、Y、Z的右手直角坐標(biāo)系來進行位置的描述，無需任何基準(zhǔn)模擬地球球面，常用在GPS的原始數(shù)據(jù)以及全球化的區(qū)域網(wǎng)平差中。

地理坐標(biāo)系通常指帶有基準(zhǔn)面的橢球面的坐標(biāo)系，以大地經(jīng)緯度（角度為單位），以及高程作為坐標(biāo)表達點位位置。但為了確定橢球面的基準(zhǔn)通常需要橢球長軸，偏心率，以及在參心坐標(biāo)時橢球位置與地球質(zhì)心位置之間的三維矢量。

投影坐標(biāo)系，是使用特定函數(shù)將三維曲面上的點映射到平面上的一種表達方式，通常是一種平面直角坐標(biāo)系。單位一般使用米、英尺等長度單位。它通過定義坐標(biāo)原點用數(shù)學(xué)上常用的X、Y來描述地球上某個點的位置。在使用投影坐標(biāo)系時的附加參數(shù)較多，需要定義完整的地理坐標(biāo)系，投影方式，以及對應(yīng)不同投影方式的投影參數(shù)。在測繪領(lǐng)域中，大多數(shù)數(shù)據(jù)是以投影坐標(biāo)的形式進行記錄，因而描述詳細(xì)的投影參數(shù)是解決數(shù)據(jù)交換中坐標(biāo)變換的關(guān)鍵問題。

2 文本表達模型

WKT（OGC well-known text）是OGC制定的空間數(shù)據(jù)的組織規(guī)范中的文本表達模型。正如其英文名稱所述，它是目前地理信息領(lǐng)域最常用的文本表述模型，可以被許多地理信息程序庫接口直接導(dǎo)入。作為一種通用的地理參考表述模型，WKT可以數(shù)學(xué)變換和坐標(biāo)系統(tǒng)兩大類地理參考系統(tǒng)。

數(shù)學(xué)變換在實際的測繪工作中并不十分常用，其WKT格式為： | | | ，可選的數(shù)學(xué)變換方法便是上述4種方式之一，其中每個數(shù)據(jù)項的子項根據(jù)各個項目的不同有不同的數(shù)據(jù)類型要求。

坐標(biāo)系統(tǒng)的WKT格式為：

= | | | | |

其中指水平坐標(biāo)系統(tǒng)，可擴展為 | ，就是上文所述的地理系統(tǒng)與投影系統(tǒng)。表示一種投影坐標(biāo)系統(tǒng)，主要靠子項描述從地理坐標(biāo)系到投影坐標(biāo)的變換方式。指上文提到的地心參考系統(tǒng)，可表述為GEOCCS[""， ， ， {，， ， } {，}]。其中的可以表述為 AUTHORITY[""， ""]，即授權(quán)名稱與代碼，在各種地理參考系統(tǒng)中都有該項，它是一個可選項，允許外部授權(quán)著管理該參考的定義。

其余的項目包括：表示垂直參考系統(tǒng)。表示混合參考系統(tǒng)，例如一個三維坐標(biāo)系統(tǒng)可以作為一個水平坐標(biāo)系統(tǒng)和一個垂直坐標(biāo)系統(tǒng)過的組合。表示一個定制的坐標(biāo)系統(tǒng)，其中數(shù)學(xué)變換用于構(gòu)成特定坐標(biāo)系統(tǒng)到基本坐標(biāo)系統(tǒng)的一個映射，該變換通常是放射變換，這種從特定的坐標(biāo)系統(tǒng)到基本坐標(biāo)系統(tǒng)的變換保證定制的坐標(biāo)系統(tǒng)可以有最少的維度，例如一個定制的平面坐標(biāo)系統(tǒng)其與地球表面相切，因而其實際是基于WGS84的立體坐標(biāo)系統(tǒng)的。表示一種地方的，非地理參考的坐標(biāo)系統(tǒng)，例如CAD系統(tǒng)中的坐標(biāo)系。它可以用于測站與全球性的坐標(biāo)位置關(guān)聯(lián)不大的區(qū)域性觀測。其中的坐標(biāo)軸子句指明了地方坐標(biāo)系的維度。

例如，WGS1984的地理坐標(biāo)系WKT形式可以表達為：

可以看到，其基準(zhǔn)采用WGS84橢球，橢球參數(shù)列在SPHEROID子項內(nèi)，PRIMEM指明了中央子午線位置，對于每個子項，都使用了EPSG的外部授權(quán)，且系統(tǒng)使用大地經(jīng)緯度的形式表示點位坐標(biāo)。

3 結(jié)論

地理參考的文本表達模型為測繪工作者提供了這樣一種途徑，可以手工編輯測量成果的元數(shù)據(jù)，使其可以直接被應(yīng)用層面的施工者直接讀取，并作為一種通用格式用于數(shù)據(jù)的交換與處理。其兼容性好、可讀性強，并可以擴展等特點使之可以在地理信息領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。

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