內(nèi)容提要：GIS中的坐標系定義是GIS系統(tǒng)的基礎，正確定義GIS系統(tǒng)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(qū)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(qū)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(guān)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(zhuǎn)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(tài)和變形特征。根據(jù)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(shù)字環(huán)境下，用戶可對每一個新創(chuàng)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(chuàng)建新的坐標系時，還可以通過修改投影參數(shù)文件（Mapinfow.prj）來實現(xiàn)。這個數(shù)據(jù)文件以分行形式記錄每一個預定義坐標系的參數(shù)表，如坐標系名稱、投影代碼、基準面代碼、坐標單位、原點經(jīng)度、原點緯度、標準緯線1、標準緯線2、方位角、比例系數(shù)等。MapInfo系統(tǒng)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(shù)學參數(shù)，則可以使用代碼在該投影參數(shù)文件中定義這個基準面。
雖然現(xiàn)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(lián)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(tǒng)，則需要自定義基準面。

二、MAPINFOW.PRJ文件的參數(shù)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(nèi)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(guān)該特定坐標系的參數(shù)值。下面一以中國區(qū)域等積投影為例進行分析，詳細分析各參數(shù)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
投影 正軸等面積割圓錐
基準面 GRS 80基準面
單位 英里
原點 110°E, 10°N
標準緯線 25°N、  40°N
東偽偏移 0
北偽偏移 0
第一個參數(shù) 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(shù) 0 代表GRS 80基準面；第三個參數(shù) 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(shù)是東偽偏移和北偽偏移。Equal-Area Projection (China)的列表（表1）。由于參數(shù)的數(shù)目繁多，每種參數(shù)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(shù)序列如下：
高斯-克呂格：投影代號(Type)，基準面(Datum)，單位(Unit)，
中央經(jīng)度(OriginLongitude)，原點緯度(OriginLatitude)，
比例系數(shù)(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(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)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(lián)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(xié)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)多以WGS1984為基準。
上述3個橢球體在MAPINFOW.PRJ文件中參數(shù)如下（表 2）：

橢球體 代號 年代 長半軸 短半軸 1/扁率
Krassovsky 橢球 3 1940 6378245 6356863 298.3
IAG 75橢球 31 1975 6378140 6356755 298.25722101
WGS 84 橢球 28 1984 6378137.000 6356752.314 298.257223563
表 2
橢球體與基準面之間的關(guān)系是一對多的關(guān)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(xiàn)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(lián)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(tǒng)，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(shù)為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
西安80基準面參數(shù)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(shù)為“9999”的基準面。當測數(shù)據(jù)為WGS84坐標數(shù)據(jù)時，由于北京54和西安80坐標系中有8個參數(shù)相同，不同的是參考橢球體參數(shù)，由此類推WGS84的基準面參數(shù)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。
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(jīng)線上，該經(jīng)線即為投影帶的中央經(jīng)線，按等角條件將中央經(jīng)線東西一定范圍內(nèi)的區(qū)域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構(gòu)成了橫軸等角切橢圓柱投影。
在GIS系統(tǒng)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(gòu)成一個獨立的平面直角坐標網(wǎng)，投影帶中央經(jīng)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(jīng)度方向)，為了防止經(jīng)度方向的坐標出現(xiàn)負值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)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(guī)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(qū)位于21帶，即經(jīng)度在120°至126°范圍，該帶的中央經(jīng)度為123°。

3.3吐魯番地區(qū)的分析
吐魯番地區(qū)位于中國西北部的新疆境內(nèi)，經(jīng)度差為2.7°，經(jīng)度位于87°20’ E 和92°E之間�？梢圆捎�3°分帶的高斯-克呂格投影，其中央經(jīng)線為90°。
3.4 創(chuàng)建新的坐標系
前面以對各參數(shù)做了分析，針對吐魯番地區(qū)建立坐標系，要對MAPINFOW.PRJ文件增加坐標系的下列參數(shù)（表3）：
投影 基準面 單位 中央經(jīng)度 原點緯度 比例系數(shù) 東偽偏移 北緯偏移
8 9999 7 90 0 1 30500000 0
表 3
自定義基準面9999為：
北京54基準面參數(shù)為：(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
西安80基準面參數(shù)為：(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0)
WGS84基準面參數(shù)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(shù)：
"--- 吐魯番坐標系統(tǒng)---"
"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, 90, 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, 90, 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, 90, 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(jié)束語
地圖投影在GIS領(lǐng)域中占有重要的地位，通過吐魯番地區(qū)高斯-克呂格（Gauss-Krüger）投影坐標系的定義，也可以定義一些大比例尺的UTM投影（Universal Transverse Mercatol Projection，即通用橫軸墨卡托投影）、等積割圓錐投影等等，提高系統(tǒng)的投影精度。坐標系是GIS系統(tǒng)的基石，正確設置坐標系是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵