水平参考基准
当您需要在 GIS 中准确输入经纬度坐标时，第一步是给它一个基准面。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，你会在地球上的什么地方？
因为地球是弯曲的，而在 GIS 中我们处理平面地图投影，所以我们需要同时适应世界的弯曲视图和平面视图。在测量和大地测量中，我们使用大地基准准确定义这些属性。
我们开始用球体或椭圆体对地球建模。随着时间的推移，测量员收集了大量的表面测量数据，以更可靠地估计椭球体。
当您结合这些测量值时，我们就得到了大地基准。基准面以纬度和经度精确地指定地球表面上的每个位置。例如，NAD27、NAD83 和 WGS84 是大地基准。
大量的调查基准
为了创建大地基准，测量员在 1800 年代后期收集了大量的纪念碑位置。测量员在每个参考位置安装了黄铜或铝盘。测量员使用 三角测量等数学技术将每个纪念碑位置连接起来。
从统一的测量纪念碑网络，三角测量的结果是1927 年北美基准面 (NAD 27) 。之后，大地测量学家开发了更精确的 NAD 83，我们今天仍在使用它。 NAD 27 和 NAD 83 为地球上的纬度和经度位置提供参考框架。
测量员现在几乎完全依赖全球定位系统 (GPS)来确定地球上的位置并将它们纳入现有的大地测量基准。例如，NAD27、NAD83 和 WGS84 是北美最常见的大地基准。
1. 北美基准面 1927 (NAD27)？
NAD27 代表 North American Datum of 1927。NAD27 是长基线调查的调整。总体而言，它在北美建立了一个标准化的横向职位网络。美国陆军工程兵团的大多数历史USGS 地形图和项目都使用 NAD27 作为参考系统。
水平基准提供了一个参考框架，作为将特定位置放置在椭球体上特定点的基础。大地测量师使用水平基准作为模型，将椭球体/椭球体转换为地球上具有纬度和经度线的位置。
大地基准构成了地球上所有水平位置坐标的基础。我们将地球上的所有坐标都参考水平基准。 North American Datum of 1927 (NAD27)是北美主要的三大大地基准之一。
米德的牧场
NAD27 使用此时使用最小二乘平差收集的所有水平大地测量。该基准面使用堪萨斯州米德牧场的 1866 年克拉克椭球体，经纬度固定。 (北纬39°13'26.686″，西经98°32'30.506″)
测量员选择堪萨斯作为共同参考点，因为它靠近美国本土的中心。北美其他每个点的纬度和经度都是基于它的方向、角度和与米德牧场的距离。测量员可以根据 1866 年的 Clarke Ellipsoid 测量远离该参考点的经纬度的任何点。
测量员在美国和加拿大收集了大约 26,000 个站点。在每个站点，测量员收集纬度和经度坐标。 NOAA 的国家大地测量局使用这些测量站和三角测量来形成 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 250,000 个站点进行了基准测试。这组水平位置构成了 1983 年北美基准面 (NAD83) 的基础。 1983 年，测量员最终用NAD83 取代了 NAD27。
2. 北美基准 1983 (NAD83)？
1983 年北美基准面 (NAD83)是北美最新的基准面。它使用参考椭球 GRS80 提供经纬度和一些高度信息。北美基准 1983 (NAD83) 等大地基准构成了加拿大和美国所有水平位置坐标的基础。
北美基准面 1983 (NAD 83) 是统一的水平基准面或几何基准面，是 NAD27 的后继基准面，为加拿大和美国提供空间参考。
NAD83 通过使用来自地面和多普勒卫星数据的一组更密集的位置，纠正了 NAD27 在距离上的一些失真。 NAD83 是偏移约 2 米的地心基准（参考地球质量中心）。即使在今天，大地测量学家仍在不断改进水平大地测量基准。
3. WGS84：使用 GPS 统一全球椭球模型
直到全球定位系统 (GPS) 的主流使用，我们才开发出统一的全球椭球模型。 GPS 卫星发射的无线电波可实现跨大陆和海洋的极其精确的地球测量。由于计算能力和 GPS 技术的增强，测量员和大地测量师创建了全球椭球模型。
这导致了全球椭球模型的开发，例如 WGS72、GRS80 和 WGS84（当前）。全球定位系统 (GPS) 参考世界大地测量系统 (WGS84)作为其坐标参考系统。
由于 GPS 提供的全球测量集，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、高度数据和大地水准面组成。与 NAD 83 类似，它使用地球的中心质量作为坐标原点。科学家认为误差小于中心质量的 2 厘米。
什么是 EPSG4326？答：EPSG4326就是用EPSG识别WGS84的方法。这是空间参考列表。
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一组更密集的位置，纠正了 NAD27 在距离上的一些失真。大地测量师使用大约 250,000 个站点开发了 NAD83 基准。相比之下，NAD27 数据中仅使用了 26,000 个。
主要区别之一是 NAD83 使用以地球为中心的参考，而不是 NAD27 中的固定站。测量员将所有坐标参考堪萨斯米德牧场（北纬 39°13'26.686″，西经 98°32'30.506″）作为 NAD27 基准。
国家大地测量局在很大程度上依赖于使用多普勒卫星来定位地球的质心。但是，NAD83 不是以地心为中心的，偏移量约为两米。
North American Datum of 1983 基于参考椭球 GRS80，它在物理上大于 NAD27 的 Clarke 椭球。 GRS80 参考椭球的半长轴为 6,378,137.0 米，半短轴为 6,356,752.3 米。相比之下，克拉克椭球的半长轴为 6,378,206.4 米，半短轴为 6,356,583.8 米。
椭球的不同历史准确性
地球是圆的吗地球在赤道比两极凸出大约 70,000 英尺。
自 19 世纪初以来，椭圆体的尺寸至少被计算了 20 次，但精度差异很大。
早期测量椭球体的尝试使用了少量数据，并不能代表地球的真实形状。 1880 年，克拉克椭球被用作其三角测量计算的基础。
美国采用的第一个大地基准是基于克拉克椭球，其起点位于堪萨斯州的米德斯牧场。
一个数据有很多版本和缩写
自 1986 年以来，大地测量学家对 NAD83 进行了多次更新。实际上，由于这些变化，NAD83 的版本不止一个。例如，自 1986 年最初的大地基准估计以来，国家大地测量局已四次调整 NAD83 基准。
| 基准 | 描述 |
|---|---|
| NAD83 (1986) | 此版本旨在以地心为中心并使用 GRS80 椭球体。 |
| NAD83（1991，哈恩，HPGN） | 高精度参考网络 (HARN) 和高精度大地测量网络对 1986 年至 1997 年的大地基准进行了重新设计。 |
| NAD83 (CORS96) | 连续运行参考站 (CORS) 由永久运行的全球定位系统 (GPS) 接收器组成。 |
| NAD83（CSRS、CACS） | 具有 GPS 处理功能的加拿大空间参考系统和加拿大主动控制系统。 |
| NAD83（NSRS 2007、2011） | 国家空间参考系统和当前测量标准，使用基于来自 CORS 的 GNSS 的多年调整位置。 |
基准面变换的重要性
基准基准点的坐标通常在大地基准之间不同。例如，NAD27 基准中的纬度和经度位置不同于 NAD83 或 WGS84 中的相同基准。这种差异被称为基准偏移。
根据您在北美的位置，NAD27 和 NAD83 的水平精度可能相差几十米。 NAD27 和 NAD83 之间的平均修正为向北平均 0.349 英寸和向东 1.822 英寸。
重要的是要注意物理位置没有改变。需要明确的是，大多数纪念碑都没有移动。基准面发生变化是因为调查测量得到改善。此外，当它们更多并且大地测量法发生变化时，也会发生这种情况。随着时间的推移，这会导致更准确的大地基准。构成北美所有水平位置坐标基础的水平基准得到改善。
由于历史上地图是在不同的大地基准中创建的，因此通常需要进行基准转换。尤其是在使用历史数据时更是如此。例如， USGS 地形图通常使用 NAD27 基准发布。使用 NAD83 数据时，您需要应用基准转换。
我们什么时候需要基准转换？
坐标变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式完成的。
大地基准是投影的组成部分。我们将所有坐标引用到一个基准。基准面用数学术语描述地球的形状。基准定义了椭圆体的半径、反展平、半长轴和半短轴。北美基准面 1983 (NAD 83) 是美国的水平基准面或几何基准面。它提供经纬度和一些高度信息。
不幸的是，NAD 83 并不是您会遇到的唯一基准。在当前基准之前，制图师使用不同的起点创建地图。甚至在今天，人们仍在继续更改大地基准以使其更加准确。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。合并来自不同用户或时代的数据时，将所有信息转换为通用大地基准很重要。
投影坐标系基于地理坐标，而地理坐标又参考基准面。例如，美国国家平面坐标系可以参考 NAD83 或 NAD27 大地基准。
NAD27 基准与 NAD83 基准
NAD27 基准基于 1866 年的Clarke Ellipsoid ：
| 半长轴 | 6,378,206.4 米 |
| 半短轴 | 6,356,583.8 米 |
| 逆展平 | 294.98 |
NAD83 基准基于大地测量参考系统 (GRS80) Ellipsoid ：
| 半长轴 | 6,378,137.0 米 |
| 半短轴 | 6,356,752.3 米 |
| 逆展平 | 298.26 |
当您将 NAD83 和 NAD27 地理坐标转换为投影的美国国家平面坐标时，它是相同的投影方法。但是，由于大地基准不同，因此得到的投影坐标也会不同。在这种情况下，需要进行数据转换。
对于坐标需要彼此一致的任何类型的工作，您必须使用相同的大地基准。如果您要标记财产或土地边界或修建道路或规划沿海洪水情景，您必须了解并使用正确的大地基准。
阅读更多：基准转换——将坐标从 NAD27 转换为 NAD83
参考
图片来源：NADCON – 北美基准转换实用程序
