ArcGIS中的坐标系定义与转换

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1、ArcGIS中的坐标系定义与转换2009-06-23 15:481. 椭球体、基准面及地图投影GIS 中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义 则由特定椭球体及其对应的转换参数确定，因此欲正确定义GIS系统坐标系， 首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datu m)及地图投影(Projection) 三者的基本概念及它们之间的关系。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地 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。我国参照前苏联从 1953 年起采用克拉索夫斯基 (

2、Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会 推荐的 1975 地球椭球体建立了西安 80 坐标系，目前大地测量基本上仍以北京 54 坐标系作为参照，北京 54 与西安 80 坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布 的对照表。WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地 心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。地理坐标：为球面坐标。 参考平面地是 椭球面。坐标单位:经纬度 大地坐标：为平面坐标。参考平面地是 水平面 。坐标单位：米、千米等。地理坐标转换到大地坐标的过程可理解为投影。 (投影：将不规则的地球曲 面转

3、换为平面)在ArcGIS中预定义了两套坐标系：地理坐标系(Geographic coordinate system) 和投影坐标系( Projected coordinate system)，1、首先理解地理坐标系(Geographic coordinate system)，是以经纬度为地图的 存储单位的。很明显，Geographic coordinate system是球面坐标系统。我们要将 地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规 则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求我们找到这 样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有

4、长半轴，短半 轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。Spheroid: Krasovsky_1940Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000Inverse Flattening (扁率)：298.300000000000010000然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐 标系统描述中，可以看到有这么一行：Datum： D_Beijing_1954 表示，大地基准面是 D_Beijing_1954。有了 S

5、pheroid 和 Datum 两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。 完整参数：Alias:Abbreviation: （缩写）Remarks:Angular Unit: Degree （0.017453292519943299）Prime Meridian （起始经度）:Greenwich （0.000000000000000000）/（本初子午线）Datum （大地基准面）:D_Bejing_1954Spheroid （参考椭球体）:Krasovsky_1940Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000Semiminor Axis: 635686

6、3.018773047300000000Inverse Flattening: 298.3000000000000100002、接下来便是投影坐标系统（Projection coordinate system）,首先看看投影坐 标系统中的一些参数。Projection: Gauss_Kruger/（t 投影方法）/在东西方向上坐标纵轴向西移了 500km/在南北方向上坐标横轴没有移动/中央经线，同 central longitude比例系数，比如放大缩小就用到了阿。一根尺寸1m的Parameters: （参数）False_Easting: 500000.000000 False_Northin

7、g: 0.000000 Central_Meridian: 117.000000Scale_Factor: 1.000000杆，你想它变成两米，在scale命令下，在长度方向上设置成2, 个ok它就变成两米的了。这是最最最 简单的例子。具体应用就看你自己的题目了Latitude_Of_Origin: 0.000000/ 纬度的起源，这里既赤道Linear Unit: Meter （1.000000）/线性单位Geographic Coordinate System:Name: GCS_Beijing_1954Alias:Abbreviation:/缩写Remarks:Angular Unit:

8、 Degree （0.017453292519943299）Prime Meridian: Greenwich （0.000000000000000000） /本初子午线（0 度经线）Datum: D_Beijing_1954/大地基准面Spheroid: Krasovsky_1940/参考椭球体Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000/长半轴Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000/短半轴Inverse Flattening: 298.300000000000010000/偏心率从参数中可以看出，每一个投

9、影坐标系统都必定会有 Geographic Coordinate System。投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投 影。好了，投影的条件就出来了：a、球面坐标b、转化过程（也就是算法）也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能 使用算法去投影！ 即每一个投影坐标系统都必须要求有 Geographic Coordinate System 参数。“既是投影坐标系=地理坐标系+投影算法函数“关于北京54 和西安 80 是我们使用最多

10、的坐标系先简单介绍高斯-克吕格投影的基本知识，了解就直接跳过，我国大中比 例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按6度和 3度分带投影，1:2.5万 1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺的地形图采用经差 3度分 带。具体分带法是：6度分带从本初子午线（prime meridian）开始，按经差6 度为一个投影带自西向东划分，全球共分 60 个投影带，带号分别为 160；3 度投影带是从东经1度30分经线（1.5）开始，按经差3度为一个投影带自西 向东划分，全球共分 120 个投影带。为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕 格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中

11、央经线为 X 轴，赤 道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点，x值在北半球为正，南半球为负， y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值 均为正值，为了避免 y 值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移 500km， 中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个 点位横坐标y值的百千米位数前加上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示 为YA=20 745 921.8m。（XY轴不理解参照下面的GAUSS-KRUGER 定义）在 Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss Kru

12、gerBeijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：（即有四种方法）Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prjBeijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prjBeijing 1954 GK Zone 13.prjBeijing 1954 GK Zone 13 N.prj注释：GK是高斯克吕格，CM是Central Meridian中央子午线，Zone 是分带号，N是表示不显示带号，对它们的说明分别如下：三度分带法的北京 54 坐标系，中央经线在东 75 度的分带坐标，横坐标前不加带号 三度分带法的北京 54 坐标系，中央经线

13、在东 75 度的分带坐标，横坐标前 加带号六度分带法的北京 54坐标系，分带号为 13，横坐标前加带号 六度分带法的北京 54坐标系，分带号为 13，横坐标前不加带号 在 Coordinate Systems Projected Coordinate Systems Gauss Kruger Xian 1980 目录中，文件命名方式又有所变化：/三分带Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prjXian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj /红色表带数 /六分带Xian 1980 GKCM 75E.prj/黑色表所在带的中央经线Xian 1980 GK

14、 Zone 13.prj西安 80 坐标文件的命名方式、含义和北京 54 前两个坐标相同，但没有出 现“带号+N”这种形式，为什么没有采用统一的命名方式？让人看了有些费解。注意：在实际运用中坐标中加有 40是条带号，去、加条带号既是在上述四种命名投影方法的转换。（用project。），不可人为的移动 40000000，这样是错误的。注意：不知道是否正确（只知道GK或者UTM的坐标的话是没法求带号的因为每个投影 带都是以投影中心以西500KM为坐标原点但是你都知道带号了就相当于知道了投影中心，再往西500KM就是坐标原点啊）大地坐标（Geodetic Coordinate）:大地测量中以参考椭球

15、面为基准 面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点 在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地 子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹 角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。方里网:是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔 整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时 又是平 行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。在 1：1 万1：20 万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直 接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成 网，在内外图廓 间还绘有加密经纬网的加密分划短线（图式中称“分度带”），必要时对应短线相 连就可以构成加密的经纬线网。1：2 5万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加 密分划外，图内还有加密用的十字线。我国的 1：50 万1：100 万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内 图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的 直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四个象限。纵 坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西 为负。虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面