2009年12月1日星期二

GIS概論 - Introduction GIS (5)

學習GIS在地理Geographic上,首要必須學習到的就是座標系統的觀念。在GIS中,一切的圖形都需要座標系統的定義。座標系統(由其以台灣)其實沒有這麼難,很多時候大家會被搞混,不知道什麼是TWD67、TWD97、TM2等名詞,在這裡筆者就簡單的介紹相關的知識給各位,以便於各位使用地圖及GPS硬體。
First of all, you need to know the Coordinate System(CS) while you study GIS. In Taiwan you usually use WGS84, TWD67, and TWD97 three CS. Those three CS are with different Datum, WGS84 for WGS84 CS, GRS67 for TWD67 CS, and GRS80 for TWD97 CS. TWD67 and TWD97 are with same projection TM2.

一般人對於地球科學所使用的名詞一定不陌生,包含:南北極、赤道、回歸線、經度、緯度等。其實,這就是我們常看到的地球儀,會標示出來的主要主要資訊。南北極相當簡單,就是地球儀夾住的兩個點位,但是,北極會影響到我們在地圖上常看到的名詞正北、方格北這兩項。讀者有興趣可以去Google一下。
其餘赤道與回歸線,筆者就不在贅述。重點在經度與緯度,一般而言經緯度是一種球體座標的描述,因此,如果讀者看到經緯度座標,那就是再用一種球體座標描述空間位置所在。經緯度並沒有做過投影,因此,如果你看到經緯度座標,不要認為他已經是平面的成果了。

地球在地球科學上的描述相當豐富,下面這張圖不是要跟各位讀者講地球科學的概論,主要是要讓大家可以明瞭,我們所居住的地方視在地表,地殼的最外層,薄薄的一層。而物理學家及數學家針對地球的計算成果不一定一樣,因此,在世界上有許多不同的地球大小被計算出來,但是大體上是相同的;這也是下一張簡報會論述到的Datum的部分。

台灣一般常用的Datum有三種,包含WGS84、USGRS67、GRS80等三種,其中WGS84與GRS80兩個地球大地基準面的定義幾乎相同。而WGS84在一般國際上被認可使用,USGRS67就是我們常用的TWD67座標系統的大地基準;GRS80就是現在政府積極推廣的TWD97座標系統的大地基準。如果讀者想要知道得更加詳盡,可以上http://www.sunriver.com.tw/grid_tm2.htm上河文化的網站,裡面講述得相當清楚。

投影沒這麼難,舉例:讀者一定有吃過橘子的經驗,橘子所剝剩下的皮,沒有辦法變成平面的。(這一個舉例,筆者在很多課堂上舉例過)。基本上,投影就是解決這樣的問題,將球體的資料轉換成平面的方法,講的再簡單一些,將地球想像成為一顆透明的氣球,由內打一個燈泡,向外投射出在平面上的,就是投影了。

世界上常用的投影有三種,圓錐投影、圓柱投影及極投影(平面投影)個別適用在不同的的區域。了解投影以後,讀者對於台灣座標系統就不會搞混了。

圓錐投影如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

圓柱投影如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

極投影(平面投影)如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

而台灣使用TM2D投影,如果讀者要看詳細的說明,筆者還是介紹上河文化的網站,這一個地圖出版商的介紹相當詳盡。
http://www.sunriver.com.tw/grid_tm2.htm

筆者在很多專案上提供專業的建議與諮詢,其中在CAD方面,筆者接觸到很多專案,基本上,土木工程師與建築師幾乎搞不清楚座標系統與座標的差異。這是我要再三詳述的。座標在任何圖面上都存在,一般建築與工程在平面上慣用卡式座標系統,也就是X,Y,Z。但是,卡式座標系統的座標值,不代表座標系統。也就是說,一般工程圖上的座標值,不能夠代表TWD67或是TWD97座標系統。
座標系統代表轉換,如同兩個不同國家的人在溝通,必須要找到翻譯。而詮釋資料中的座標系統定義,就如同告訴對方你所講的語言,當知道語系以後,才可以找到可以精通雙方語言的翻譯。因此,傳統CAD製圖中,在圖框附近標示的座標系統名稱,其實就是詮釋資料的表現,圖形裡面的座標值,只是依據特定座標系統所顯示的空間位置值。
所以,在軟體功能性沒有達到座標系統定義的情況下,使用者一定要注意,標明座標系統或是定義好詮釋資料,反向,如果向他人取得資料,也一定要確定對方所使用的座標系統。
有了座標系統,以及正確的座標值後,圖形才可以相互交換套疊。

一般看到座標系統轉換程式講的
WGS84經緯度,就是經緯度座標。
看到WGS84 TM2就是TWD97座標系統。
GRS67 TM2就是TWD67座標系統。

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