直角坐标系

​宇宙是一本用数学语言写成的书。只有学会它的语言，我们才能读懂它，否则只能在黑暗的迷宫中瞎逛。 为了定量描述物体的位置及其变化，需要用到坐标系。在探索外太空时，天球坐标系就尤为重要了。 天球坐标系是以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系。根据不同需要，分有地平坐标系，第一赤道坐标系（时角坐标系），第二赤道坐标系（赤道坐标系），黄道坐标系等。 地平坐标系 基本平面是地平圈，“极”是天顶Z。在地平坐标系中，设天体为σ。过天顶Z、天体σ和天底Z’的大圆ZσZ’与地平圈WSEN垂直，相交于H点，ZσH叫做“天体σ地平经圈”。它在地平圈上的弧度NH叫做“天体σ方位角”，记为A，由N点按顺时针方向计量，由0°量到360°。天体σ的另一个坐标是Zσ弧，叫做“天顶距”，记为z，由天顶往下计量，从0°量到90°。 特点： 地平坐标系是直接定义的，便于实现，易于进行直接观测； 对于不同观测者，彼此的天顶、地平均不同，同一天体的地平坐标也不同，具有地方性； 天体具有周日运动，其视位置不断变化，并且是非线性的，具有时间性； 地平坐标系与测站和观测时间均有关。 时角坐标系 用赤纬和时角两个坐标来表示天体在天球上的位置。 定义： 赤纬δ：由赤道沿时圈向天体量，0º~±90º，向北为正，向南为负。 时角t：①点Q起算，沿赤道向西量，0º 360º，或0 24小时；②点Q’起算，分别沿赤道向东、西量，0º

总体来说坐标系分为：参心坐标系和地心坐标系 参心坐标系：与局部大地水准面作为密切的椭球作为参考椭球，其原点位于参考椭球的中心，Z轴和椭球的旋转轴平行，X轴是大地子午面和赤道交点，Y轴垂直于XOZ平面构成的右手定则 参心大地坐标系 参心空间直角坐标系 地心坐标系：地球质心为原点，椭球定位于全球大地水准面最为密合。比如　WGS84（椭球为WGS-84）和2000国家大地坐标系 地心大地坐标系 地心空间直角坐标系 坐标转换 同一坐标系下的转换（同为参心坐标系或同为地心坐标系），也就是不同表现形式之间的转换比如 参心的大地坐标（B,L,H）和参心的空间直角坐标（X,Y,Z），比如北京54的大地坐标和北京54的空间直角坐标 参心的高斯平面直角坐标(x,y）与参心的大地坐标（B,L），比如北京54的空间直角坐标和餐新的大地坐标 不同坐标系下的转换 不同空间直角坐标系的转化 比如北京54和西安80同为参心坐标系，他们的空间直角坐标系之间的转化 参心空间坐标系和地心空间坐标系之间的转化（比如西安80和WGS84），西安80空间直角坐标系和WGS84空间直角坐标系之间的转化 不同大地坐标系之间的转化 北京54和西安80同为参心坐标系，他们的大地坐标系的转化 参心大地坐标系和地心大地坐标系之间的转化（比如西安80和WGS84）,西安80大地坐标系和WGS84大地坐标系之间的转化 转化的原理 　

什么是大地坐标系？ 　　 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。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。 什么是54北京坐标系？ 　　 新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。 80西安坐标系 　　 1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。 什么是地心坐标系？ 　　 以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合

声明：本文所指空间规划师特指城乡规划师，此处仅在标题名称提法上与国家空间规划体系改革相呼应，文中仍以规划师或城乡规划师相称，并无额外之意，请勿过度解读；封面图片来自于网络，版权归原作者所有。 随着自然资源部的成立以及“建立国家空间规划体系”的提出，无论是国土规划还是城乡规划都在向统一的空间规划体系转变升级。作为统一空间规划体系的重要事件，2018年7月1日起，自然资源部全面启用2000国家大地坐标系，以此作为统一空间规划的一致性空间参考体系，对于城乡空间规划的空间参考要求也将会越来越高，城乡规划师也需要逐步学会如何将多元数据在不同空间参考下进行转换，尤其是转换为国家2000大地坐标系，这就是作者撰写本文的初衷，本文命名为《空间规划师的坐标转换手册》，其实更像是一个入门介绍，并不像手册那么深入完善的面面俱到，主要是怕写的太深又把我们规划师朋友讲糊涂，本文重点是想让规划师能看懂，能理解坐标系及其转换的原理，但我还是保留了这个名字，一是本文主要针对城乡规划师，二是希望规划师朋友们能把它像手册一样收藏，有需要的时候就想手册一样把它打开看看能够解决疑惑。 本文不是一篇专业的坐标系理论学术文章，而是试图尽量避开参数堆叠，通过规划师能理解的语境（作者本人也是规划出身的业余GISer），对坐标系的原理进行简化讲解，并对坐标系定义和转换的方法进行概括梳理，以便规划师在日常工作中需要的时候参考阅读。

参考： https://www.jianshu.com/p/68288ff89ab4 作者：GIS前沿 来源：简书 目录： 1.经纬度与GCS（Geographic Coordinate System, 地理坐标系统）     1.1 参心坐标系、地心坐标系     1.2 我国常见GCS        1.2.1 北京54坐标系（参心）        1.2.2 西安80坐标系（参心）        1.2.3 WGS84坐标系（地心）        1.2.4 CGCS2000坐标系（地心） 2. 平面坐标与PCS（Projection Coordinate System, 投影坐标系统）     2.1 高斯克吕格投影/横轴墨卡托投影     2.2 墨卡托投影     2.3 通用横轴墨卡托投影（UTM投影）     2.4 Lambert投影     2.5 Albers投影     2.6 Web墨卡托（WebMercator投影） 3.坐标系的转换问题     3.1 GCS转GCS （地理坐标系之间的转换）     3.2 GCS转PCS（地理坐标系转投影坐标系）     3.3 PCS转PCS（重投影-投影坐标系之间的转换） 4.常用的一些GIS名词概念     4.1 地形图坐标系——中央经线、伪东、伪北     4.2 六度带、三度带     4.3