CoordCalc 测绘计算器

美国州平面坐标转换(State Plane)

本工具在 NAD83 州平面坐标与经纬度之间双向转换。选择州与分带,输入以米、美制测量英尺或 国际英尺表示的东距与北距即可得到经纬度;也可以反向粘贴经纬度读取带内坐标。 50 州全部 134 个 NAD83 州平面分带内置,投影计算与 EPSG 参考实现一致(优于 0.05 mm)。 免费、纯浏览器本地运行、无需登录、不上传数据。

经纬度可用十进制度,也可用度分秒如 38 12 00 N。西经与南纬取负值。 需要度分秒转换?用度分秒转换器。

请输入有效数字后再转换。

结果 —

计算原理

州平面坐标是一种投影平面坐标,把它转回经纬度,就是把当初的投影“逆”回去。 共用到两种投影,选哪个分带决定了用哪一种。

兰勃特等角圆锥(Lambert Conformal Conic, 2SP)分带用于大致东西向延伸的条带, 由两条标准纬线定义。圆锥常数为 n = ln(m₁ / m₂) ÷ ln(t₁ / t₂),其中 m = cos φ ÷ √(1 − e² sin²φ),等距函数为 t = tan(45° − φ/2) ÷ ((1 − e sinφ) ÷ (1 + e sinφ))^(e/2)。 点到锥顶的半径为 ρ = a F tⁿ,F = m₁ ÷ (n t₁ⁿ), 平面坐标由 E = E₀ + ρ sin θ、N = N₀ + ρ₀ − ρ cos θ 给出, 其中 θ = n (λ − λ₀)。

横轴墨卡托(Transverse Mercator)分带用于大致南北向延伸的条带,由一条中央子午线和 一个略小于 1 的比例因子定义——通常为 0.9999,阿拉斯加为 0.9996—— 使格网距离在整个带宽内尽量接近实地距离。东距与北距由 Snyder 级数按子午线弧长 M 与相对中央子午线的经差展开。

反方向(州平面 → 经纬度)则是先反算子午线弧长求出垂足纬度,再代入反算级数; 兰勃特分带则对极坐标方程做迭代求解。两种路径都使用 GRS80 椭球 (a = 6,378,137 m,1/f = 298.257222101),这正是 NAD83 的椭球。

什么是州平面坐标系统

州平面坐标系统诞生于 20 世纪 30 年代,原因是平面格网远比经纬度便于计算。每个州—— 大州内部再细分——都有各自的投影平面,选取的原则是“把地球展平”带来的变形控制在限差之内。 最初的设计目标是长度误差不超过约万分之一,即带内每一千英尺约 0.1 英尺。

为守住这个限差,各州划分了分带。南北向的窄带用横轴墨卡托投影,因为横置的圆柱可以 沿一条子午线紧贴椭球;东西向的宽带用兰勃特等角圆锥投影,因为圆锥能贴合一段纬度带。 又宽又高的州就分多个带——得克萨斯 5 个、加利福尼亚 6 个、阿拉斯加 10 个—— 每个点在它所属的带内换算。

每个分带由一小组参数定义:投影原点的经纬度、标准纬线或中央子午线比例因子, 以及假定东距与假定北距。假定值的存在只是为了让带内所有坐标保持正值且数字简短—— 这也是为什么那么多分带的假定东距恰好是 500,000 米或 2,000,000 米。

兰勃特与横轴墨卡托:各州如何选择

本工具内置的 134 个 NAD83 分带中,74 个是兰勃特等角圆锥,60 个是横轴墨卡托。 这种划分按地理形态而非行政决定。

投影带形典型分带定义参数
兰勃特等角圆锥(2SP) 宽,东西向延伸 得克萨斯 North / Central / South Central;加利福尼亚 1–6 带的一部分;堪萨斯、内布拉斯加、艾奥瓦、达科他、蒙大拿、华盛顿 两条标准纬线加一个假定原点
横轴墨卡托 窄,南北向延伸 阿拉斯加 1–10 带;亚利桑那 East / Central / West;伊利诺伊 East / West;印第安纳 East / West;多数东部沿海州 中央子午线加比例因子(0.9999,阿拉斯加 0.9996)

投影选择有实际影响。兰勃特带内,长度误差随离开标准纬线南北的距离增大; 横轴墨卡托带内,误差随离开中央子午线东西的距离增大。因此在错误的带内换算, 仍会得到一组经纬度,但点偏离应属的分带越远,误差越大。若点位靠近分带边界, 请使用该点在资料中登记的带,并在成果中注明坐标属于哪个带—— 不带分带号的州平面坐标不是一份完整的坐标。

米、美制测量英尺与国际英尺

无论选哪种单位,投影本身不变,变的只是数字。州平面坐标既有米制定义也有英尺制定义, 英尺版只是把米制定义重新表述,二者之间是固定的比例换算。

陷阱在于“英尺”有两种。2023 年 1 月 1 日之前,州平面坐标通常以美制测量英尺发布, 1 英尺 = 1200 ÷ 3937 = 0.304800609601219 m。测量英尺废止后, 现行成果使用米或国际英尺,1 英尺严格等于 0.3048 m。 两者相差约百万分之二,即每英里 0.0106 英尺(约 3.2 毫米)。基线一长, 用错英尺的坐标会偏离应有位置好几米,而且乍看毫无破绽。

单位要跟资料走,不要跟习惯走。1990 年代的图纸写英尺,几乎必然是美制测量英尺; 当年的图纸写英尺则几乎必然是国际英尺。由于同一个带同时存在米制与测量英尺制两个 EPSG 代码,查源数据的 EPSG 代码是裁决的最可靠办法。

算例

取肯塔基 North 带(EPSG:2205)中的一点,该带标准纬线为 37°58′ 与 38°58′, 假定原点 37°30′ N, 84°15′ W,假定东距 500,000 米。点 38.200000° N, 84.500000° W 换算得东距 478,102.274 m、北距 77,727.277 m。由于该带以米定义, 同一点的美制测量英尺东距为 1,568,573.877 ftUS——米值乘以 3937 ÷ 1200。

检查州平面坐标有个实用口诀:北距应为正,量级与该带到带原点纬线的距离相当; 东距应落在假定东距附近几百公里之内。若东距远离假定东距,或本不应出现负北距的带里 出现负值,几乎可以断定是选错了带或用错了单位。

覆盖范围与精度

本工具覆盖 50 州全部 134 个 NAD83 州平面分带——凡用兰勃特等角圆锥(2SP)或 横轴墨卡托定义的带都在其中。两组被有意排除:Albers 等积面积的 statewide 系统 (如 Alaska Albers、Hawaii Albers),它们是制图格网而非州平面带; 以及密歇根 GeoRef 斜轴墨卡托带,它采用不同的投影公式,不属于经典州平面带。

精度方面,我们把实现与 EPSG 参考定义在覆盖两类投影、多个州的检验点上作了对比: 最大偏差正向 0.017 mm、反向 0.046 mm——远低于任何测量的精度,也低于你读到的坐标的 舍入位数。换句话说,算术不是瓶颈:输入精度,以及源坐标的基准与历元,才是。

一个限制要明说。本工具基于 NAD83。NAD27 下的坐标与 NAD83 相差可达约 100 米, 这属于基准变换而非投影问题,换一个分带解决不了。若你的数据源是 NAD27, 必须先做基准变换。

延伸阅读

相关工具

常见问题

州平面坐标怎样转换为经纬度?

对东距和北距施加该带投影的逆变换:先减去假定东距与假定北距得到相对投影原点的偏移, 再换算回椭球上的半径或子午线距离,最后解出经纬度。州平面坐标转换器做的就是这件事, 而且必须指明分带——同一组数字在不同带里代表不同的位置。

我在哪个州平面带里?

分带按州定义,大州再按区域细分。先选州,再选包含作业区域的带。若靠近边界, 使用你的点在资料中登记的带,并始终把带号与坐标一起记录。

应该输入米还是英尺?

按资料来。历史上的州平面坐标通常是美制测量英尺(每英尺 1200/3937 米); 现行成果通常是米或国际英尺(每英尺严格 0.3048 米)。两者相差约百万分之二—— 每英里 3.2 毫米——长边上的影响不可忽略。

哪些州用兰勃特带,哪些用横轴墨卡托?

大致东西向延伸的带用兰勃特等角圆锥(两条标准纬线);大致南北向延伸的带用 横轴墨卡托(中央子午线加 0.9999 比例因子,阿拉斯加 0.9996)。 选定分带后,本工具会自动套用正确的投影。

州平面坐标系统用什么基准?

现行分带同时存在于 NAD83 与 NAD27 两种基准下。本工具使用 NAD83(GRS80 椭球)。 NAD27 坐标与 NAD83 相差局部可达约 100 米,必须先做基准变换。

转换精度如何?

在覆盖全部带型的检验点上,本实现与 EPSG 参考实现的最大偏差为正向 0.017 mm、 反向 0.046 mm。更大的误差来源几乎总是你的输入精度和源坐标的基准。

为什么很多带的假定东距都是 500,000 米?

因为假定东距不承担地理含义——它只需要保证带内所有坐标为正且数字足够短。 取整 500,000 米就能满足宽几百公里的带,于是各州沿用同一数值。

这个转换器免费吗?

免费,无需登录、无账户、无使用次数限制。每次转换都在你的浏览器本地完成, 坐标不会上传。

所有计算均在浏览器本地完成,结果仅供核对与参考;用于施工、放样或结算前, 请按项目采用的坐标系统与技术标准复核。 关于 · 隐私与 Cookie · 使用条款 · 开发者