淺談地理參考系統的文本表達

魯立新

新疆地礦局第四地質大隊，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點集的形式進行表達，由于測繪成果數據的地理特性，無論圖紙（紙質或電子）還是坐標點集，都須要以某個特定的地理參考系統作為依托，無法孤立存在。沒有指明地理參考系統的測量成果通常沒有實際應用價值。因而在測量成果提交的同時必須附帶測量數據的地理參考系統信息。

地理參考系統是一種相對復雜的數據，在實際應用中需要制定一種相對固定的格式來適應數據交換的需要。一般而言，地理數據參考的表述有二進制形式和文本形式，二進制形式的數據冗余較少，但讀取困難，只適用于程序員操作數據；而文本格式可以直接編輯，方便測繪工作者進行直接查看，創建，修改。本文以地理信息系統領域，也即測繪數據的應用領域中常用的地理參考系統文本表述模型為例，談談地理參考系統的表達。

1 坐標參考系統

坐標參考系統或稱坐標參照系有3種最常見的子類：地心坐標系，地理坐標系，和投影坐標系。一般而言，坐標系由2個、3個甚至更多個坐標軸，單位標度等組成，使得可利用數學法則計算距離、角度或其他幾何元素。

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

地心坐標系，是最富數學特征的地理參考系統，其以地球中心為原點，直接用X、Y、Z的右手直角坐標系來進行位置的描述，無需任何基準模擬地球球面，常用在GPS的原始數據以及全球化的區域網平差中。

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

投影坐標系，是使用特定函數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系。單位一般使用米、英尺等長度單位。它通過定義坐標原點用數學上常用的X、Y來描述地球上某個點的位置。在使用投影坐標系時的附加參數較多，需要定義完整的地理坐標系，投影方式，以及對應不同投影方式的投影參數。在測繪領域中，大多數數據是以投影坐標的形式進行記錄，因而描述詳細的投影參數是解決數據交換中坐標變換的關鍵問題。

2 文本表達模型

WKT（OGC well-known text）是OGC制定的空間數據的組織規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入。作為一種通用的地理參考表述模型，WKT可以數學變換和坐標系統兩大類地理參考系統。

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

坐標系統的WKT格式為：

= | | | | |

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

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

例如，WGS1984的地理坐標系WKT形式可以表達為：

可以看到，其基準采用WGS84橢球，橢球參數列在SPHEROID子項內，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，且系統使用大地經緯度的形式表示點位坐標。

3 結論

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據，使其可以直接被應用層面的施工者直接讀取，并作為一種通用格式用于數據的交換與處理。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域廣泛的應用。

[1]邱菲菲，唐曦，黃余明，張超.對地理空間信息圖形符號顯示標準化的探討[J]. 測繪科學，2009，34(4).

[2]蔡國瑞.地理信息檢索的可視化[J].現代圖書情報技術，2004(10).

[3]樊明輝，陳崇成，吳小竹.OGSA-DAI的異源空間數據訪問技術及應用[J].華僑大學學報：自然科學版，2008，29(2).

[4]邵小東，崔偉宏.基于PDF規范的地理信息系統架構設計[J].物探化探計算技術，2010，32(4).