浅谈地理参考系统的文本表达

鲁立新

新疆地矿局第四地质大队，新疆阿勒泰 836500

0 引言

在测量工作中，施工的成果一般以地图或坐标点集的形式进行表达，由于测绘成果数据的地理特性，无论图纸（纸质或电子）还是坐标点集，都须要以某个特定的地理参考系统作为依托，无法孤立存在。没有指明地理参考系统的测量成果通常没有实际应用价值。因而在测量成果提交的同时必须附带测量数据的地理参考系统信息。

地理参考系统是一种相对复杂的数据，在实际应用中需要制定一种相对固定的格式来适应数据交换的需要。一般而言，地理数据参考的表述有二进制形式和文本形式，二进制形式的数据冗余较少，但读取困难，只适用于程序员操作数据；而文本格式可以直接编辑，方便测绘工作者进行直接查看，创建，修改。本文以地理信息系统领域，也即测绘数据的应用领域中常用的地理参考系统文本表述模型为例，谈谈地理参考系统的表达。

1 坐标参考系统

坐标参考系统或称坐标参照系有3种最常见的子类：地心坐标系，地理坐标系，和投影坐标系。一般而言，坐标系由2个、3个甚至更多个坐标轴，单位标度等组成，使得可利用数学法则计算距离、角度或其他几何元素。

坐标参考系统是通过基准面与真实世界或者说地球相关联的坐标系即坐标参照系。这里的基准面是指用椭球体逼近某地区物理表面基准，因此各个国家和地区大都使用不同的基准面。我们常用的基准面有北京54坐标系的克拉索夫斯基椭球和西安80坐标的WGS84椭球等。坐标参照系有许多主要子类和辅助系统，例如地理坐标系、投影坐标系、地心坐标系、时间坐标系等。

地心坐标系，是最富数学特征的地理参考系统，其以地球中心为原点，直接用X、Y、Z的右手直角坐标系来进行位置的描述，无需任何基准模拟地球球面，常用在GPS的原始数据以及全球化的区域网平差中。

地理坐标系通常指带有基准面的椭球面的坐标系，以大地经纬度（角度为单位），以及高程作为坐标表达点位位置。但为了确定椭球面的基准通常需要椭球长轴，偏心率，以及在参心坐标时椭球位置与地球质心位置之间的三维矢量。

投影坐标系，是使用特定函数将三维曲面上的点映射到平面上的一种表达方式，通常是一种平面直角坐标系。单位一般使用米、英尺等长度单位。它通过定义坐标原点用数学上常用的X、Y来描述地球上某个点的位置。在使用投影坐标系时的附加参数较多，需要定义完整的地理坐标系，投影方式，以及对应不同投影方式的投影参数。在测绘领域中，大多数数据是以投影坐标的形式进行记录，因而描述详细的投影参数是解决数据交换中坐标变换的关键问题。

2 文本表达模型

WKT（OGC well-known text）是OGC制定的空间数据的组织规范中的文本表达模型。正如其英文名称所述，它是目前地理信息领域最常用的文本表述模型，可以被许多地理信息程序库接口直接导入。作为一种通用的地理参考表述模型，WKT可以数学变换和坐标系统两大类地理参考系统。

数学变换在实际的测绘工作中并不十分常用，其WKT格式为： | | | ，可选的数学变换方法便是上述4种方式之一，其中每个数据项的子项根据各个项目的不同有不同的数据类型要求。

坐标系统的WKT格式为：

= | | | | |

其中指水平坐标系统，可扩展为 | ，就是上文所述的地理系统与投影系统。表示一种投影坐标系统，主要靠子项描述从地理坐标系到投影坐标的变换方式。指上文提到的地心参考系统，可表述为GEOCCS[""， ， ， {，， ， } {，}]。其中的可以表述为 AUTHORITY[""， ""]，即授权名称与代码，在各种地理参考系统中都有该项，它是一个可选项，允许外部授权着管理该参考的定义。

其余的项目包括：表示垂直参考系统。表示混合参考系统，例如一个三维坐标系统可以作为一个水平坐标系统和一个垂直坐标系统过的组合。表示一个定制的坐标系统，其中数学变换用于构成特定坐标系统到基本坐标系统的一个映射，该变换通常是放射变换，这种从特定的坐标系统到基本坐标系统的变换保证定制的坐标系统可以有最少的维度，例如一个定制的平面坐标系统其与地球表面相切，因而其实际是基于WGS84的立体坐标系统的。表示一种地方的，非地理参考的坐标系统，例如CAD系统中的坐标系。它可以用于测站与全球性的坐标位置关联不大的区域性观测。其中的坐标轴子句指明了地方坐标系的维度。

例如，WGS1984的地理坐标系WKT形式可以表达为：

可以看到，其基准采用WGS84椭球，椭球参数列在SPHEROID子项内，PRIMEM指明了中央子午线位置，对于每个子项，都使用了EPSG的外部授权，且系统使用大地经纬度的形式表示点位坐标。

3 结论

地理参考的文本表达模型为测绘工作者提供了这样一种途径，可以手工编辑测量成果的元数据，使其可以直接被应用层面的施工者直接读取，并作为一种通用格式用于数据的交换与处理。其兼容性好、可读性强，并可以扩展等特点使之可以在地理信息领域广泛的应用。

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