投影性質
高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影簡稱“
高斯投影”,又名"等角橫切橢
圓柱投影”,地球橢球面和平面間
正形投影的一種。德國數學家、物理學家、天文學家高斯(Carl FriedrichGauss,1777一 1855)於十九世紀二十年代擬定,後經德國大地測量學家克呂格(Johannes Kruger,1857~1928)於 1912年對投影公式加以補充,故名。該投影按照投影帶
中央子午線投影為直線且長度不變和
赤道投影為直線的條件,確定函式的形式,從而得到高斯一
克呂格投影公式。投影后,除中央子午線和赤道為直線外, 其他
子午線均為對稱於中央子午線的曲線。構想用一個橢圓柱橫切於
橢球面上投影帶的中央子午線,按上述投影條件,將中央子午線兩側一定經差範圍內的
橢球面正形投影於橢圓
柱面。將橢圓柱面沿過南北極的母線剪開展平,即為
高斯投影平面。取中央子午線與赤道交點的投影為原點,中央子午線的投影為
縱坐標x軸,赤道的投影為橫坐標y軸,構成高斯克呂格
平面直角坐標系。
高斯-克呂格投影在長度和面積上變形很小,
中央經線無變形,自中央經線向投影帶邊緣,變形逐漸增加,變形最大之處在投影帶內
赤道的兩端。由於其投影精度高,變形小,而且計算簡便(各投影帶坐標一致,只要算出一個帶的數據,其他各帶都能套用),因此在
大比例尺地形圖中套用,可以滿足軍事上各種需要,能在圖上進行精確的量測計算。
投影分帶
按一定經差將
地球橢球面劃分成若干投影帶,這是
高斯投影中限制
長度變形的最有效方法。分帶時既要控制長度變形使其不大於測圖誤差,又要使帶數不致過多以減少換帶計算工作,據此原則將地球橢球面沿
子午線劃分成經差相等的瓜瓣形地帶,以便分帶投影。通常按經差6度或3度分為六度帶或三度帶。六度帶自0度子午線起每隔經差6度自西向東分帶,帶號依次編為第 1、2…60帶。三度帶是在六度帶的基礎上分成的,它的
中央子午線與六度帶的中央子午線和
分帶子午線重合,即自 1.5度子午線起每隔經差3度自西向東分帶,帶號依次編為三度帶第 1、2…120帶。我國的
經度範圍西起 73°東至135°,可分成六度帶十一個,各帶
中央經線依次為75°、81°、87°、……、117°、123°、129°、135°,或三度帶二十二個。六度帶可用於中小
比例尺(如 1:250000)測圖,三度帶可用於
大比例尺(如 1:10000)測圖,城建坐標多採用三度帶的
高斯投影。
投影坐標
高斯-
克呂格投影是按分帶方法各自進行投影,故各帶坐標成獨立系統。以
中央經線投影為
縱軸(x),
赤道投影為
橫軸(y),兩軸交點即為各帶的坐標原點。
縱坐標以
赤道為零起算,赤道以北為正,以南為負。我國位於北半球,縱坐標均為正值。橫坐標如以中央經線為零起算,中央經線以東為正,以西為負,橫坐標出現負值,使用不便,故規定將
坐標縱軸西移500公里當作起始軸,凡是帶內的橫坐標值均加 500公里。由於
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,為了區別某一
坐標系統屬於哪一帶,在橫軸坐標前加上帶號,如(4231898m,21655933m),其中21即為帶號。
克呂格投影
某些國外的軟體如ARC/INFO或國外儀器的配套軟體如多波束的數據處理軟體等,往往不支持
高斯-克呂格投影,但支持
UTM投影,因此常有把UTM投影坐標當作
高斯-克呂格投影坐標提交的現象。
UTM投影全稱為“通用橫軸
墨卡托投影”,是
等角橫軸割
圓柱投影(高斯-克呂格為等角橫軸切圓柱投影),圓柱割地球於
南緯80度、北緯84度兩條
等高圈,該投影將地球劃分為60個投影帶,每帶經差為6度,已被許多國家作為
地形圖的數學基礎。UTM投影與
高斯投影的主要區別在南北格網線的
比例係數上,高斯-克呂格投影的中央經線投影后保持長度不變,即比例係數為1,而
UTM投影的比例係數為0.9996。UTM投影沿每一條南北格網線比例係數為常數,在東西方向則為變數,中心格網線的比例係數為0.9996,在南北縱行最寬部分的邊緣上距離中心點大約 363公里,比例係數為 1.00158。