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文档简介
ArcGIS102学习课程——2坐标系基础和投影变换第1页/共66页Page
2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、坐标介绍第2页/共66页Page
3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,Y第3页/共66页Page
4什么是坐标系?
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。计算这两个位置所依据的系统,就叫坐标系统和高程系统。
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5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。第5页/共66页Page
6基准面(Datum)在测量学中,大地基准面(Geodeticdatum),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ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值;三个旋转参数εx、εy、εz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。第6页/共66页Page
7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。第7页/共66页Page
8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、区域基准面第8页/共66页Page
9地心基准面在过去的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WGS1984。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坐标系第9页/共66页Page
10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第10页/共66页Page
11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,原点在西安附近第11页/共66页Page
12几种基准面说明GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(WordGeodeticSystem1984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
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13几种常用的地准面1、北京542、西安803、国家20004、WGS1984第13页/共66页Page
14椭球体参数的区别
北京54:长半轴a=6378245m短半轴b=6356863m
扁率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=1/298.252000坐标系,a=6378137mb=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第14页/共66页Page
15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,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NSEWOab第15页/共66页Page
16二、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.常见问题解决第16页/共66页Page
17二、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(Geographiccoordinatesystem),使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置。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第17页/共66页Page
18帮助第18页/共66页Page
19ArcGIS的坐标,投影文件的含义投影坐标系统(Projectioncoordinatesystem)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,为地图中的每一点提供准确的坐标。第19页/共66页Page
20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。
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21UTMUTM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Xutm=0.9996*X高斯,Yutm=0.9996*Y高斯进行坐标转换。第21页/共66页Page
22比较第22页/共66页Page
233、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)°。第23页/共66页Page
243、3度,6度分带含义3°分带法:从东经1°30′起,每3°为一带,将全球划分为120个投影带,东经1°30′-4°30′,...178°30′-西经178°30′,...1°30′-东经1°30′。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°-3°n,中央经线为西经177°、...3°、0°第24页/共66页Page
25分割方法60第25页/共66页Page
26叠加第26页/共66页Page
27单个模型首子午线第1带0°12°6°央子中午线赤道NS第27页/共66页Page
28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(13—23带)。总之:中央经线和带号只和经线有关,与纬度纬度,经度在地球上表现为东西方向。我国共包括22个投影带(24—45带)。
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29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)+1第29页/共66页Page
30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度)纬度为3度-53度第30页/共66页Page
31分带范围第31页/共66页Page
323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。第32页/共66页Page
333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。第33页/共66页Page
34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第34页/共66页Page
35第35页/共66页Page
36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)第36页/共66页Page
37第37页/共66页Page
38具体见2\ARCGIS10\JOINMAP.exe第38页/共66页Page
39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度第39页/共66页Page
404ArcGIS坐标系统文件说明-北京54在坐标系\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目录中,我们可以看到四种不同的命名方式:
Beijing19543DegreeGKCM102E.prjBeijing19543DegreeGKZone34.prjBeijing1954GKZone16.prjBeijing1954GKZone16N.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166度分带法的北京54坐标系,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.第40页/共66页Page
41举例说明第41页/共66页Page
42ArcGIS坐标系统文件说明-西安80在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\xian1980目录中,我们可以看到四种不同的命名方式:
Xian19803DegreeGKCM102E.prjXian19803DegreeGKZone34.prjXian1980GKCM117E.prjXian1980GKZone20.prj3度分带法的西安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117E6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,第42页/共66页Page
43UTMUTM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公里中央经线L=6*(n-30)-3第43页/共66页Page
445.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就不一样第44页/共66页Page
456、定义坐标系有三种方法1、ArcCatalog右键属性(properties)中xycoord,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第45页/共66页Page
46地理坐标系:GCS_WGS_1984,GCS_Xian_1980GCS_Beijing_1954都是以GCS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\下的数据第46页/共66页Page
476、常见问题没有坐标坐标定义错误第47页/共66页Page
48没有定义\2\dltb.shp第48页/共66页Page
49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2\dgx.shp,
错误解决方法.exe第49页/共66页Page
50三、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。第50页/共66页Page
513.1、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:Datamangementtools下projectionsandtransformations-feature-
project投影
(Project)可以用于数据换带数据使用:2\dgx.shp下数据第51页/共66页Page
52投影数据使用:2\dgx.shp,看“投影.exe”第52页/共66页Page
533.2、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)。第53页/共66页Page
543.3、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_Frame76MoloDensky_Badekas10莫洛坚斯基公式7Nadcon1格网变换美国本土使用8Harn19Ntv2110Longitude_Rotation0第54页/共66页Page
55如何计算三参数和七参数已
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