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

　　關鍵字：地圖投影,坐標系,MapInfo

　　一、前言

　　地球高低不平、極其復雜的自然表面。為研究和工作方便，常將地球近似為為一個旋轉橢球體，稱為地球橢球體。地球橢球體的表面是一個不可展的曲面，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的坐標投影到平面坐標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和變形特征。根據不同的使用目的，可以采用不同的投影方式，一種投影對一種目的是有用的，而對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用及其比例尺大小，在桌面數字環境下，用戶可對每一個新創建文件進行投影設置和選擇。MapInfo以兩級目錄菜單的形式提供了300多個預定義坐標系，當用戶要使用其他坐標系或創建新的坐標系時，還可以通過修改投影參數文件(Mapinfow.prj)來實現。這個數據文件以分行形式記錄每一個預定義坐標系的參數表，如坐標系名稱、投影代碼、基準面代碼、坐標單位、原點經度、原點緯度、標準緯線1、標準緯線2、方位角、比例系數等。MapInfo系統定義了50個基準面代碼，它們包括了全世界和一些國家采用的基準面。如果用戶要采用其他的基準面，并且知道該基準面的數學參數，則可以使用代碼在該投影參數文件中定義這個基準面。

　　雖然現有GIS平臺中都預定義有上百個基準面供用戶選用，但均沒有我們國家的基準面定義。假如精度要求不高，可利用前蘇聯的Pulkovo 1942基準面(Mapinfo中代號為1001)代替北京54坐標系;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，則需要自定義基準面。

　　二、MAPINFOW.PRJ文件的參數分析

　　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菜單，后面是二級菜單。每行的第一部分是位于引號內的坐標系名稱。每一行的第二部分是指定投影的代號。行中其余部分是有關該特定坐標系的參數值。下面一以中國區域等積投影為例進行分析，詳細分析各參數的含義。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 參數說明表

　　第一個參數 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);第二個參數 0 代表GRS 80基準面;第三個參數 0 代表單位是英里;第四和第五個是代表原點坐標是 110°E, 10°N;第六和第七個代表兩條標準緯線分別為25°N、40°N;最后兩個參數是東偽偏移和北偽偏移。Equal-Area Projection (China)的列表(表1)。由于參數的數目繁多，每種參數在《MapInfo參考手冊》中都有詳細的表格。

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

　　三、對MAPINFOW.PRJ文件添加坐標系

　　3.1我國大地坐標系的參考橢球體與基準面

　　基準面是利用特定橢球體對特定地區地球表面的逼近，因此每個國家或地區均有各自的基準面，我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基準面。

　　我國參照前蘇聯從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國的北京54坐標系，1978年采用國際大地測量協會推薦的1975地球橢球體建立了我國新的大地坐標系­—西安80坐標系，目前大地測量基本上仍以北京54坐標系作為參照，北京54與西安80坐標之間的轉換可查閱國家測繪局公布的對照表。 WGS1984基準面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標系，即以地心作為橢球體中心，目前GPS測量數據多以WGS1984為基準。

　　上述3個橢球體在MAPINFOW.PRJ文件中參數如下(表 2)：

　　表 2 MAPINFOW.PRJ文件中參數表

　　橢球體與基準面之間的關系是一對多的關系，也就是基準面是在橢球體基礎上建立的，但橢球體不能代表基準面，同樣的橢球體能定義不同的基準面。

　　雖然現有GIS平臺中都預定義有上百個基準面供用戶選用，但均沒有我們國家的基準面定義。假如精度要求不高，可利用前蘇聯的Pulkovo 1942基準面(Mapinfo中代號為1001)代替北京54坐標系;假如精度要求較高，如土地利用、城市基建等GIS系統，則需要自定義基準面。

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

　　北京54基準面參數為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　西安80基準面參數為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　這樣就可以自定義一個基準面參數為“9999”的基準面。當測數據為WGS84坐標數據時，由于北京54和西安80坐標系中有8個參數相同，不同的是參考橢球體參數，由此類推WGS84的基準面參數定義為：

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

　　這樣就可以以我國常用的基準面建立坐標系，也可以選擇不同的投影方式，以滿足系統對精度的要求。

　　3.2高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影

　　我國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)，我國的GIS系統中應該采用與我國基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統。

　　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線上，該經線即為投影帶的中央經線，按等角條件將中央經線東西一定范圍內的區域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構成了橫軸等角切橢圓柱投影。

　　在GIS系統中均采用6°或3°分帶的高斯-克呂格投影，因為一般坐標采用的是6°或3°分帶的高斯-克呂格投影坐標。高斯-克呂格投影以6°或3°分帶，每一個分帶構成一個獨立的平面直角坐標網，投影帶中央經線投影后的直線為X軸(縱軸，緯度方向)，赤道投影后為Y軸(橫軸，經度方向)，為了防止經度方向的坐標出現負值，規定每帶的中央經線西移500公里，即東偽偏移值為500公里，由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標都是對本帶坐標原點的相對值，所以各帶的坐標完全相同，因此規定在橫軸坐標前加上帶號，如(4231898,21655933)其中21即為帶號，同樣所定義的東偽偏移值也需要加上帶號，如21帶的東偽偏移值為21500000米。假如你的工作區位于21帶，即經度在120°至126°范圍，該帶的中央經度為123°。

　　3.3沈陽地區的分析

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

　　3.4 創建新的坐標系

　　前面以對各參數做了分析，針對吐魯番地區建立坐標系，要對MAPINFOW.PRJ文件增加坐標系如下：

　　自定義基準面9999為：

　　北京54基準面參數為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　西安80基準面參數為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　WGS84基準面參數為：(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)

　　需要向MAPINFOW.PRJ文件增加一個列，要有相應要素的新條目。該過程描述如下：

　　1 在一個文本編輯器或字處理器中打開MAPINFOW.PRJ文件。

　　2輸入代表新坐標系的下列參數：

　　"--- 沈陽坐標系統---"

　　"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系了，就像MapInfo中提供的坐標系一樣。

　　四、結束語

　　地圖投影在GIS領域中占有重要的地位，通過沈陽地區高斯-克呂格(Gauss-Krüger)投影坐標系的定義，提高系統的投影精度，簡化了作業步驟，提高了工作效率，在生產中很有實際意義。