在中国mapinfo电子地图中添加投影教程

内容提要：GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础，正确定义GIS系统的坐标系非常重要。在MapInfo地图投影中缺少针对中国很多地区大比例尺和中比例尺的投影方式，通过对MapInfo中Mapinfow.prj文件的研究，以吐鲁番地区为例，添加了高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影，能解决一些大比例尺对变形小的要求。

关键字：中国MapInfo电子地图 地图投影 坐标系 MapInfo

一、前言
地球高低不平、极其复杂的自然表面。为研究和工作方便，常将地球近似为为一个旋转椭球体，称为地球椭球体。地球椭球体的表面是一个不可展的曲面，地图以平面方式表示地球表面(全部或一部分)。将地球椭球体上的点的坐标投影到平面坐标的方法称为地图投影。地图投影的种类繁多，不同的投影方式具有不同的形态和变形特征。根据不同的使用目的，可以采用不同的投影方式，一种投影对一种目的是有用的，而对另一种目的则可能不适合。
地图投影的选取决定于地图的应用及其比例尺大小，在桌面数字环境下，用户可对每一个新创建文件进行投影设置和选择。MapInfo以两级目录菜单的形式提供了300多个预定义坐标系，当用户要使用其他坐标系或创建新的坐标系时，还可以通过修改投影参数文件（Mapinfow.prj）来实现。这个数据文件以分行形式记录每一个预定义坐标系的参数表，如坐标系名称、投影代码、基准面代码、坐标单位、原点经度、原点纬度、标准纬线1、标准纬线2、方位角、比例系数等。MapInfo系统定义了50个基准面代码，它们包括了全世界和一些国家采用的基准面。如果用户要采用其他的基准面，并且知道该基准面的数学参数，则可以使用代码在该投影参数文件中定义这个基准面。
虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用，但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高，可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系；假如精度要求较高，如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系统，则需要自定义基准面。

二、MAPINFOW.PRJ文件的参数分析
MAPINFOW.PRJ在MapInfo软件的安装目录下，可以用记事本打开文件，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级菜单，后面是二级菜单。每行的第一部分是位于引号内的坐标系名称。每一行的第二部分是指定投影的代号。行中其余部分是有关该特定坐标系的参数值。下面一以中国区域等积投影为例进行分析，详细分析各参数的含义。Regional Equal-Area Projections 在MAPINFOW.PRJ文件中的代码如下：
"Equal-Area Projection (China)", 9, 0, 0, 110, 10, 25, 40, 0, 0
表 1
投影 正轴等面积割圆锥
基准面 GRS 80基准面
单位 英里
原点 110°E, 10°N
标准纬线 25°N、 40°N
东伪偏移 0
北伪偏移 0
第一个参数 3 代表投影方式是Albers Equal Area Conic（正轴等面积割圆锥投影，也叫亚尔勃斯投影）；第二个参数 0 代表GRS 80基准面；第三个参数 0 代表单位是英里；第四和第五个是代表原点坐标是 110°E, 10°N；第六和第七个代表两条标准纬线分别为25°N、 40°N；最后两个参数是东伪偏移和北伪偏移。Equal-Area Projection (China)的列表（表1）。由于参数的数目繁多，每种参数在《MapInfo参考手册》中都有详细的表格。
高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影在MAPINFOW.PRJ文件需要定义的坐标系参数序列如下：
高斯-克吕格：投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，
中央经度(OriginLongitude)，原点纬度(OriginLatitude)，
比例系数(ScaleFactor)，
东伪偏移(FalseEasting)，北纬偏移(FalseNorthing)

三、对MAPINFOW.PRJ文件添加坐标系
3.1我国大地坐标系的参考椭球体与基准面
基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。
我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。
上述3个椭球体在MAPINFOW.PRJ文件中参数如下（表 2）：
椭球体 代号 年代 长半轴 短半轴 1/扁率
Krassovsky 椭球 3 1940 6378245 6356863 298.3
IAG 75椭球 31 1975 6378140 6356755 298.25722101
WGS 84 椭球 28 1984 6378137.000 6356752.314 298.257223563
表 2
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。
虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用，但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高，可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系；假如精度要求较高，如土地利用、城市基建等GIS系统，则需要自定义基准面。
从Mapinfo中国的URL(http://www.51mapinfo.com)可下载到包含北京54、西安80坐标系，其中定义：
北京54基准面参数为：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
西安80基准面参数为：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
这样就可以自定义一个基准面参数为“9999”的基准面。当测数据为WGS84坐标数据时，由于北京54和西安80坐标系中有8个参数相同，不同的是参考椭球体参数，由此类推WGS84的基准面参数定义为：
(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
这样就可以以我国常用的基准面建立坐标系，也可以选择不同的投影方式，以满足系统对精度的要求。
3.2高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影
中国MapInfo电子地图的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)中，大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)，我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。
高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影又叫横轴墨卡托(Transverse Mercator)投影，依椭圆柱作为投影面，并与椭球体相切于一条经线上，该经线即为投影带的中央经线，按等角条件将中央经线东西一定范围内的区域投影到椭圆柱表面上，再展成平面，便构成了横轴等角切椭圆柱投影。
在GIS系统中均采用6°或3°分带的高斯-克吕格投影，因为一般坐标采用的是6°或3°分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6°或3°分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴，纬度方向)，赤道投影后为Y轴(横轴，经度方向)，为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移500公里，即东伪偏移值为500公里，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如(4231898,21655933)其中21即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如21带的东伪偏移值为21500000米。假如你的工作区位于21带，即经度在120°至126°范围，该带的中央经度为123°。
3.3吐鲁番地区的分析
吐鲁番地区位于中国西北部的新疆境内，经度差为2.7°，经度位于87°20’ E 和92°E之间。可以采用3°分带的高斯-克吕格投影，其中央经线为90°。
3.4 创建新的坐标系
前面以对各参数做了分析，针对吐鲁番地区建立坐标系，要对MAPINFOW.PRJ文件增加坐标系的下列参数（表3）：
投影 基准面 单位 中央经度 原点纬度 比例系数 东伪偏移 北纬偏移
8 9999 7 90 0 1 30500000 0
表 3
自定义基准面9999为：
北京54基准面参数为：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
西安80基准面参数为：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
WGS84基准面参数为：(28,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
需要向MAPINFOW.PRJ文件增加一个列，要有相应要素的新条目。该过程描述如下：
1 在一个文本编辑器或字处理器中打开MAPINFOW.PRJ文件。
2输入代表新坐标系的下列参数：
"--- 吐鲁番坐标系统---"
"Gauss-Kruger 30 (西安1980 3°分带)", 8, 9999, 31, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0
"Gauss-Kruger 30 (北京1954 3°分带)", 8, 9999, 3, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0
"Gauss-Kruger 30 (WGS1984 3°分带)", 8, 9999, 28, 24, -123, -94, -0.02, 0.25, 0.13, 1.1, 0, 7, 90, 0, 1, 30500000, 0
3 如果有必要把该条目移到相似坐标系之间的合适位置。
4 保存编辑过的MAPINFOW.PRJ文件。
这样就可以使用自定义的坐标系了，就像MapInfo中提供的坐标系一样。

四：结束语
中国MapInfo电子地图投影在GIS领域中占有重要的地位，通过吐鲁番地区高斯-克吕格（Gauss-Krüger）投影坐标系的定义，也可以定义一些大比例尺的UTM投影（Universal Transverse Mercatol Projection，即通用横轴墨卡托投影）、等积割圆锥投影等等，提高系统的投影精度。坐标系是GIS系统的基石，正确设置坐标系是系统成败的关键