ArcGIS10.2-学习课程——2.坐标系基础和投影变换课件

1、坐标系基础和投影变换闫磊EMail：坐标系基础和投影变换 四、练习 四、文本、excel生成点 本章内容三、投影变换 二、坐标系介绍一、坐标介绍 2坐标的基本概念坐标是GIS数据的骨骼框架，能够将我们的数据定位到相应的位置，为地图中的每一点提供准确的坐标。如经纬度下经度、纬度，平面中X，Y3什么是坐标系？ 比方说，公路里碑上的公里数，通常是从大城市起算的；说某某建筑有多高，一般是从地面算起。这就是说，地球上任何一点的位置都是相互联系，都有一定相对关系。我们测绘地面上点的位置，也是一样，也要有一个起算标准，不然就分不出高低、这了。测绘地面上某个点的位置时，需要两个起算点：一是平面位置，一是高程。

2、计算这两个位置所依据的系统，就叫坐标系统和高程系统。 4坐标系关键采用球体模型（椭球体，基准面)选定原点，规定正方向和单位长度。目的：坐标系的建立主要是便于计算 。5基准面（Datum）在测量学中，大地基准面（Geodetic datum），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。GIS中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义，转换通过相似变换方法实现，假设 Xg、Yg、Zg表示WGS84 地心坐

3、标系的三坐标轴，Xt、Yt、Zt 表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的 7参数分别为：三个平移参数X、Y、Z表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数 x、y、z表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时，分别绕 Xt、Yt、Zt 的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京 54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。6椭球体（Spheroid）众所周知我们的地球表面是一个凸凹不平的表面，而对于地球测量而言，地表是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量和制图的基准面。假想一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所

4、形成的规则椭球体称之为地球椭球体。地球椭球体表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，所以在测量和制图中就用它替代地球的自然表面。因此就有了地球椭球体的概念。地球椭球体有长半径和短半径之分，长半径（a）即赤道半径，短半径（b）即极半径。f=(a-b)/a为椭球体的扁率，表示椭球体的扁平程度。由此可见，地球椭球体的形状和大小取决于a、b、f 。因此，a、b、f 被称为地球椭球体的三要素。7基准面 当一个旋转椭球体的形状与地球相近时，基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置。基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架。它定义了经线和纬线的原点及方向。1、地心基准面2、区域基准面8地心基准面在过去

5、的 15 年中，卫星数据为测地学家提供了新的测量结果，用于定义与地球最吻合的、坐标与地球质心相关联的旋转椭球体。地球中心（或地心）基准面使用地球的质心作为原点。最新开发的并且使用最广泛的基准是 WGS 1984。它被用作在世界范围内进行定位测量的框架。还有目前国家2000坐标系9区域基准面 区域基准面是在特定区域内与地球表面极为吻合的旋转椭球体。旋转椭球体表面上的点与地球表面上的特定位置相匹配。该点也被称作基准面的原点。原点的坐标是固定的，所有其他点由其计算获得。如北京54，和西安80 10几种基准面说明北京54坐标系与西安80坐标系都是以Gauss_Kruger为基础，经局部平差后产生的坐标

6、系 北京54坐标系:1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃西安80坐标系:也称国家大地坐标系， 1980年，原点在西安附近11几种基准面说明GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)。WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系。原点是地球的质心。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 12几种常用的地准面1、北京542、西安803、国家20004、WGS198413椭球体参数的区别 北京54:长半轴a=6378245m 短半轴b=6356863m 扁

7、率 f=1/298.3西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25WGS-84:长半轴a=6378137m;短半轴b=6356753.314m 扁率f=1/298.25 2000坐标系，a=6378137m b=6356752.31414m 扁率 f=1/298.257222101 注:扁率:f=（a-b）/a 由于长、短半轴不一样，西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密不存在统一的公式地球上同一点，各个坐标系的经纬度是不一样的14注意问题由于长、短半轴不一样，不同坐标系如西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密不存在统一的公式地球上同一点，

8、各个坐标系的经纬度是不一样的北京54和西安80是二维坐标系WGS84和2000是三维坐标系NSEWOab15二、坐标系介绍1.ArcGIS的坐标，投影文件的含义2.北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别3.3度，6度分带含义4.ArcGIS坐标系统文件说明5.ArcGIS坐标系中两个坐标系统6.定义坐标系7.常见问题解决16二、坐标系统介绍1.ArcGIS的坐标，投影文件的含义 一、ArcGIS中坐标系统两种:地理坐标系与投影坐标系（平面直角坐标 ）地理坐标系以度为单位， 地理空间坐标系（Geographic coordinate system ），使用基于经纬度坐标描述地球上某一点

9、所处的位置。地理坐标系坐标经度范围（-180-180），纬度（-90-90）投影坐标系以米为单位17帮助18ArcGIS的坐标，投影文件的含义投影坐标系统 （Projection coordinate system）使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米 ，或者是平面直角坐标。投影坐标系由以下两项参数确定:地理坐标系（由基准面确定，比如:北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯克吕格、Lambert投影）坐标是GIS数据的骨骼框架，能够将我们的数据定位到相应的位置，为地图中

10、的每一点提供准确的坐标。19投影方法介绍1、兰伯特等角园锥投影用于小比例尺的地图投影如1:50 万，1：100万，1:400等小比例尺，经线为辐射直线，纬线为同心圆圆弧。指定两条标准纬度线Q1，Q2，在这两条纬度线上没有长度变形,即M=N=1。此种投影也叫等角割圆锥投影， 2、高斯克吕格投影（等角横切椭圆柱投影）用于如1/10万，1/5 万、1/万等比例尺高斯一克吕格投影（后，除中央经线和赤道为直线外，其他经线均为对称于中央经线的曲线。高斯-克吕格投影没有角度变形，在长度和面积上变形也很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大处在投影带内赤道的两端。 20UTMUTM

11、投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是等角横轴割圆柱投影（高斯-克吕格为等角横轴切圆柱投影），圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，该投影将地球划分为60个投影带，每带经差为6度，已被许多国家作为地形图的数学基础。UTM投影与高斯投影的主要区别在南北格网线的比例系数上，高斯- 克吕格投影的中央经线投影后保持长度不变，即比例系数为1，而UTM投影的比例系数为0.9996。UTM投影沿每一条南北格网线比例系数为常数，在东西方向则为变数，中心格网线的比例系数为0.9996，在南北纵行最宽部分的边缘上距离中心点大约 363公里，比例系数为 1.00158。高斯-克吕格投影与UTM投影可近似采用

12、Xutm=0.9996 * X高斯，Yutm=0.9996 * Y高斯进行坐标转换。21比较223、3度，6度分带含义（中级）分度方法:有3度和6度分带法 6分带法:从格林威治零度经线起，每6分为一个投影带，全球共分为60个投影带，东半球从东经0-6为第一带，中央经线为3，9，15 ，依此类推，投影带号为1-30。其投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3)；西半球投影带从180回算到0，编号为31-60，投影代号n和中央经线经度L0的计算公式L0=360-(6n-3)。233、3度，6度分带含义3 分带法:从东经130起，每3为一带，将全球划分为120个投影带，东经130-

13、430，.17830-西经17830，.130-东经130。东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=3n ,中央经线为3、6.180。西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=360-3n ,中央经线为西经177、.3、024分割方法6025叠加26单个模型首子午线第1带0126央子中午线赤道 NS27带号和中央经线的计算公式1、3度带中央经线 L0=3*n带号n:=L0/32、6度带中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3)带号n:=(L0+3)/6我国共包括11个投影带（1323带）。总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬度纬度，经度在地

14、球上表现为东西方向。我国共包括22个投影带（2445带）。 28由经线(X)反算最近带号1、3度带 以中央经线正负1.5度 N = Int（(X + 1.50) / 3)2、6度带 是以中央经线正负3度 N = Int(X/6) +129中国经纬度范围中国经纬度范围最东端 东经135度2分30秒 黑龙江和乌苏里江交汇处 最西端 东经73度40分 帕米尔高原乌兹别里山口（乌恰县） 最南端 北纬3度52分 南沙群岛曾母暗沙 最北端 北纬53度33分 漠河以北黑龙江主航道（漠河县）2日本朝鲜韩国经度为73 135，3度为25带-45带，6度带 13（对应中央经线为75度）-23（对应中央经线为135

15、度）纬度为3度-53度30分带范围313度分带、6度分带对应平面XY规定 高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴(Y), 赤道投影为横轴(X),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐标出现负值，使用不便。323度分带、6度分带对应平面XY规定 规定将坐标X轴东移500公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加 500公里。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐

16、标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号，如 (21655933m，4231898m)，其中21即为带号。 33思考两个问题1、X为负值 加500KM,向东平移500km2、区别不同投影 加带号3435平面坐标范围，以标准分幅为例 平面坐标:坐标X，Y（在ArcGIS中），X在前，Y在后, X坐标不加带号，是六位，加带号是八位, Y是七位（纬度大于10）3637具体见 2ARCGIS10JOINMAP.exe38问题 什么时候采用地理坐标，什么时候采用投影坐标？ 投影坐标采用3度带，6度带？1:2.5万1:50万采用6度394 ArcGIS坐标系统文件说明-北京54在 坐标系Projected

17、Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954 目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:Beijing 1954 Degree GK CM 102E.prj Beijing 1954 Degree GK Zone 34.prjBeijing 1954 GK Zone 16.prjBeijing 1954 GK Zone 16N.prj 说明如下:3度分带法的北京54坐标系，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前不带加号3度分带法的北京54坐标系，34分带，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前加带号，分带确定，中央经线就确定16 6度分带法的北京54坐

18、标系，分带号为16，横坐标前加带号16N6度分带法的北京54坐标系，分带号为16，横坐标前不加带号记忆方式:3度分带，前有3.40举例说明41ArcGIS坐标系统文件说明-西安80在 Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss Krugerxian 1980 目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:Xian 1980 3 Degree GK CM 102E.prjXian 1980 3 Degree GK Zone 34.prjXian 1980 GK CM 117E.prjXian 1980 GK Zone 20.prj3度分带法的

19、西安80坐标系，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前不带加号3度分带法的西安80坐标系，34分带，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前加带号117E 6度分带法的西安80坐标系，分带号为20，中央经线117，横坐标前不加带号20 度分带法的西安80坐标系，分带号为20，中央经线117 ，横坐标前加带号20记忆方式:3度分带，前有3，42UTMUTM投影自西经180起每隔经差6度自西向东分带，第1带的中央经度为-177，因此高斯-克吕格投影的第1带是UTM的第31带。此外，两投影的东伪偏移都是500公里，高斯-克吕格投影北伪偏移为零，UTM北半球投影北伪偏移为零，南半球则为10000公里

20、中央经线L=6*(n-30)-3435.ArcGIS坐标系中两个坐标系统数据有坐标系地图窗口有坐标系作用：1.动态投影2.在平面坐标下，在arcmap可以查看经纬度，反过来是经纬度坐标系统，无法看xy，因为中央经线不一样，xy就不一样446、定义坐标系有三种方法1、ArcCatalog右键属性（properties）中xy coord，select是自己选择一个坐标系统，import是按另一个文件设置本文件2、ArcToolbox-定义投影3、批量定义坐标系统 右键数据为自己新建表45地理坐标系:GCS_WGS_1984，GCS_Xian_1980 GCS_Beijing_1954 都是以GC

21、S开头投影坐标系: 和坐标系的文件一致，详细部分， detail有向东偏移量，500公里，是不加带号，大于500公里，前两位为带号查看已有的坐标系统数据自己可以定义时观察，也可以看目前2下的数据466 、常见问题没有坐标坐标定义错误47没有定义 2dltb.shp48打开dgx.shp在arcmap中加载地图，出现右图的错误，如何解决？数据用2dgx.shp, 错误解决方法.exe49三、坐标变换和数据换带（中级）同一椭球体：一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准

22、面平移。不同椭球体:当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换。503.1、坐标变换 基于同一椭球体，如北京54，地理坐标和平面坐标，可以有固定公式转换，ArcGIS可以直接转换，误差可以达到0.1mm，实现北京54经纬度，和北京54平面（xy）之间转换实现西安80经纬度，和西安80平面（xy）之间转换工具的位置:Data mangement tools下 projections and transformations-feature- project投影 (Project)可以用于数据换带数据使用: 2dgx.s

23、hp下数据51投影数据使用: 2dgx.shp，看“投影.exe”523.2、不同基准面坐标的转换主要是:三参数和七参数法。 个别4参数三参数转换含义X平移，Y平移，Z平移 （如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km（经验值） 四参数转换含义,见右图-七参数转换含义 3个平移因子（X平移，Y平移，Z平移），3个旋转因子（X旋转，Y旋转，Z旋转），一个比例因子（也叫尺度变化K）。533.3、ArcGIS中投影变换序号方法名称参数个数含义说明1GeoCentric_Translation3地心偏移2MoloDensky3莫洛坚斯基公式简化方法 精度稍低3MoloDensky_Abridged3莫洛坚斯基公式简化4Position_Vector7布尔莎-沃尔夫七参数，旋转角度的定义不同涉及到投影变换基本用7参数法5Coordinate_Frame