水平参考基准¶

当你需要准确进入 latitude and longitude coordinates 在GIS中，第一步是给它一个数据。大地基准用坐标唯一地定义了地球上的所有位置。

因为**如果不参考它，您在地球上的哪个位置**？

因为地球是弯曲的，在GIS中我们要处理 flat map projections 我们需要同时容纳世界的曲线和平面视图。在测量和 geodesy 我们用大地基准精确地定义这些特性。

我们开始用一个 sphere or ellipsoid。随着时间的推移，测量人员收集了大量的表面测量数据，以便更可靠地估计椭球体。

当你把这些测量值结合起来，我们得到**大地基准**。基准精确地指定地球表面的每个位置 latitude and longitude。例如，NAD27、NAD83和WGS84是大地基准。

庞大的调查基准集合¶

为了创建大地基准，测量员进行了 a mammoth collection of monument locations 在19世纪后期，测量员在每个参考位置安装了黄铜或铝盘。

每个纪念碑位置都是通过 mathematical techniques like triangulation。

从测量碑的统一网络来看，三角测量的结果是 North American Datum of 1927 (NAD 27)。之后，大地测量学发展了更精确的NAD83，我们今天仍然使用它。NAD 27和NAD 83为地球上的纬度和经度位置提供了一个参照系。

测量员现在几乎完全依靠 Global Positioning System (GPS) 确定地球上的位置，并将其纳入现有的大地基准。

例如，NAD27、NAD83和WGS84是北美最常见的大地基准。

什么是1927年北美基准面（NAD27）？¶

米德斯牧场三角测量站，1927年北美基准的基础站

NAD27代表1927年的北美基准。NAD27是对长基线调查的调整。总的来说，它在北美建立了一个标准化水平位置网络。最具历史意义 USGS topographic maps 美国陆军工程兵团的项目使用NAD27作为参考系统。

水平基准提供了一个参考框架，作为在球体上特定点放置特定位置的基础。大地测量学使用水平基准作为模型，将球体/椭球体转换为地球上具有纬度和经度线的位置。大地基准是地球上所有水平位置坐标的基础。地球上的所有坐标都参考水平基准。这个 1927年北美基准（NAD27） 是北美主要的三个大地基准之一。

NAD27使用了所有使用最小二乘平差收集的水平大地测量。该基准面采用克拉克椭球面1866年，在堪萨斯州米德牧场具有固定的经纬度。（北纬39°13'26.686〃，西经98°32'30.506〃）

堪萨斯州被选为一个共同的参照点，因为它靠近毗邻的美国的中心。北美每一点的纬度和经度都是根据它的方向、角度和距离米德牧场而定的。任何一个纬度和经度远离这个参考点的点都可以在1866年的克拉克椭球体上测量。

测量员在美国和加拿大收集了大约26000个站点。在每个测站，测量员收集纬度和经度坐标。 NOAA’s National Geodetic Survey used these survey stations and triangulation 形成NAD27基准。

随着时间的推移，车站的数量也在增加。例如，测量员对大约250000个测站进行基准测量。这组水平位置构成了1983年北美基准面（NAD83）的基础。1983年，Nad27数据最终 替换为NAD83。

什么是1983北美基准面（NAD83）？¶

这个 North American Datum of 1983 (NAD 83) 是北美使用的最新数据。它使用参考椭球GRS80提供纬度、经度和一些高度信息。像1983年北美基准（NAD83）这样的大地基准构成了加拿大和美国所有水平位置坐标的基础。

这个 1983年北美基准 （NAD 83）是一个统一的水平或几何基准，是NAD27的继承者，为加拿大和美国提供了空间参考。

NAD83通过使用来自地面和多普勒卫星数据的更敏感的位置集，纠正了距离上NAD27的一些扭曲。NAD83是一个地心基准（参考地球质量中心），偏移约2米。即使在今天，大地测量学也在不断地改进水平大地测量基准。

WGS84：用GPS统一全球椭球体模型¶

直到全球定位系统（GPS）的主流应用，全球椭球体统一模型才被开发出来。全球定位系统（GPS）卫星发射的无线电波能够在大陆和海洋上进行极其精确的地球测量。由于计算能力和GPS技术的增强，全球椭球体模型得以建立。

这导致了全球椭球体模型的发展，如wgs72、grs80和wgs84（当前）。这个 World Geodetic System (WGS84) 是全球定位系统使用的参考坐标系。

由于全球定位系统提供的全球测量数据，我们以前从未能够如此精确地估计椭球体。它由参考椭球体、标准坐标系、高程数据和大地水准面组成。与NAD83类似，它使用地球的中心质量作为坐标原点。误差被认为是小于2厘米的中心质量。

问题：什么是EPSG4326？答：EPSG4326只是使用EPSG识别WGS84的方法。这是 spatial reference list。

大地基准：NAD83与NAD27¶

NAD83通过使用来自地面和多普勒卫星数据的更密集的位置集，纠正了距离上NAD27的一些扭曲。大约有250000个台站用于开发NAD83基准。相比之下，NAD27数据中仅使用了26000个。

NAD83质心

其中一个主要区别是，NAD83使用以地球为中心的基准，而不是NAD27中的固定站。所有坐标均参考了堪萨斯米德牧场（北纬39°13'26.686“，西经98°32'30.506”）的NAD27基准。国家大地测量很大程度上依赖多普勒卫星定位地球的质量中心。然而，NAD83并非地心偏移约2米。

1983年的北美基准面是以参考椭球GRS80为基础的，该参考椭球GRS80的物理尺寸大于NAD27的克拉克椭球。GRS80参考椭球体的半长轴为6378137.0米，半短轴为6356752.3米。相比之下，克拉克椭球体的半长轴为6378206.4 m，半短轴为6356583.8 m。

椭球体的不同历史精度¶

地球是圆的吗？ Earth bulges out more at the equator than at the poles by about 70,000 feet.。

自19世纪初以来，椭球体的尺寸至少计算了20个不同的时间，精度有很大的不同。

早期测量椭球体的尝试使用了少量的数据，并不代表地球的真实形状。1880年，克拉克椭球被用作三角测量计算的基础。美国采用的第一个大地测量基准是基于克拉克椭球体，其起点位于堪萨斯州，被称为米德斯牧场。

具有多个版本和缩写的一个基准¶

自1986年以来，大地测量学对NAD83进行了多次更新。实际上，由于这些变化，有多个版本的NAD83。例如，国家大地测量局自1986年进行原始大地基准估计以来，对NAD83基准进行了四次调整。

• NAD83（1986年） ：此版本旨在以地心为中心，使用GRS80椭球体。

• NAD83（1991年，Harn，Hpgn） ：1986-1997年高精度参考网（HARN）和高精度大地网修改了大地基准。

• NAD83（紧身衣96） ：连续运行的参考站（CORS）由永久运行的全球定位系统（GPS）接收器组成。

• NAD83（CSR、CACS） ：加拿大空间参考系统和带GPS处理的加拿大主动控制系统。

• NAD83（NSRS 2007、2011） ：国家空间参考系统和当前的测量标准，使用来自CORS的基于GNSS的多年调整位置。

NAD27切换到NAD83（图片来源：NADCON–北美基准转换实用程序）

数据转换的重要性¶

测量员（NOAA照片库）

基准基准点的坐标在大地基准之间通常是不同的。例如，NAD27基准中的纬度和经度位置不同于NAD83或WGS84中的同一基准。这种差异称为 datum shift

根据您在北美的位置，对于水平精度，NAD27和NAD83可能在数十米内有所不同。 The average correction between NAD27 and NAD83 is an average of 0.349″ northward and 1.822″ eastward.。

重要的是要注意物理位置没有改变。很明显，大多数纪念碑都没有移动。基准面偏移是由于测量结果的改善而产生的。而且，当更多的方法和大地测量学方法改变时，这种情况也会发生。随着时间的推移，这将导致更精确的大地基准。构成北美所有水平位置坐标基础的水平基准得到了改善。

因为地图是在历史上不同的大地基准上创建的， datum transformations are often necessary。尤其是在使用历史数据时。例如， USGS topographic maps 通常使用NAD27数据发布。使用NAD83数据时需要应用基准转换。

我们何时需要基准转换？¶

基准转换

坐标转换是从非投影坐标系到坐标系的转换。坐标变换是通过一系列数学方程来完成的。

大地基准是投影的组成部分。所有坐标均参照基准。数据用数学术语描述了地球的形状。基准面定义椭球体的半径、反展平、半长轴和半短轴。1983年的北美基准（NAD 83）是美国的水平或几何基准。它提供纬度和经度以及一些高度信息。

不幸的是，NAD83并不是您将遇到的唯一数据。在定义当前基准之前，使用不同的起点创建了许多地图。即使在今天，人们仍在继续改变大地基准，以使其更加精确。一个常见的问题是，不同的坐标位置存储在不同的参考系统中。当组合来自不同用户或ERA的数据时，将所有信息转换为通用的大地基准非常重要。

投影坐标系基于地理坐标，而地理坐标又参照基准。例如， State Plane coordinate systems 可参考NAD83和NAD27大地基准。

NAD27基准与NAD83基准¶

将NAD83和NAD27地理坐标转换为投影状态平面坐标时，使用相同的投影方法。但是，由于大地基准面不同，投影坐标也会不同。在这种情况下，需要进行基准转换。

对于坐标必须一致的任何类型的工作，使用相同的大地基准是至关重要的。如果您正在标记财产或土地边界、修建道路或规划沿海淹没情况，则必须了解并使用正确的大地基准。

阅读更多: Datum Transformations – Converting Coordinates from NAD27 to NAD83