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1、中科地信中科地信vArcGIS在国土资源应用系列课件 坐标系基础和定义坐标系坐标系基础和定义坐标系闫磊闫磊本章内容本章内容三、高斯投影分带方法三、高斯投影分带方法 一、坐标系的基本概念一、坐标系的基本概念五、定义坐标五、定义坐标二、二、坐标系分类坐标系分类四、四、ArcGISArcGIS坐标文件的说明坐标文件的说明 中科地信出品 闫磊编写 坐标的基本概念v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。v如经纬度下经度、纬度，v平面中X，Y中科地信出品 闫磊编写 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
2、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。 中科地信出品 闫磊编写 坐标系关键l采用球体模型（基准面)l选定原点，规定正方向和单位长度。l目的：坐标系的建立主要是便于计算 。中科地信出品 闫磊编写 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。v1、地心
3、基准面地心基准面v2、区域基准面、区域基准面中科地信出品 闫磊编写 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 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坐标系中科地信出品 闫磊编写 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 中
4、科地信出品 闫磊编写 几种常用的地准面v1、北京54v2、西安80v3、国家2000v4、WGS1984中科地信出品 闫磊编写 几种基准面说明v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 v北京北京5454坐标系坐标系:1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃v西安西安8080坐标系坐标系:也称国家大地坐标系， 1980年，原点在西安附近中科地信出品 闫磊编写 几种基准面说明说明vGPS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
5、标系。原点是地球的质心。v2000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 中科地信出品 闫磊编写 椭球体参数的区别的区别 v北京54:长半轴a=6378245m 短半轴b=6356863m 扁率 f=1/298.3v西安80:长半轴a=6378140m; 短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25注:扁率:f=（a-b）/a 中科地信出品 闫磊编写 WGS84WGS84和和20002000坐标参数坐标参数vWGS-84:长半轴a=6378137m; 短半轴b=6356753.314 m 扁率f=1/298.25 v2000坐标系，a
6、=6378137m b=6356752.31414m 扁率 f f=1/298.257222101 中科地信出品 闫磊编写 注意问题注意问题由于长、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，各个坐标系的经纬各个坐标系的经纬度是不一样的度是不一样的北京北京5454和西安和西安8080是二维坐标系是二维坐标系WGS84WGS84和和20002000是三维坐标系是三维坐标系中科地信出品 闫磊编写 长半轴和短半轴长半轴和短半轴NSEWOaba中科地信出品 闫磊编写 更多来自更多来自中科地信出品 闫磊编写 二、坐标系分类v1、全局坐标系或球坐标系，
7、例如经纬度。这些坐标系通常称为地理坐标系地理坐标系。 v2、基于横轴墨卡托、阿尔伯斯等积或罗宾森等地图投影的投影坐标系投影坐标系，这些地图投影（以及其他多种地图投影模型）提供了各种机制将地球球面的地图投影到二维笛卡尔坐标平面上。投影坐标系有时称为地图投影。中科地信出品 闫磊编写 区别区别地理坐标系以以度为单位，度为单位， 地理空地理空间坐标系间坐标系（Geographic coordinate system ），使用基于经纬度坐标经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置。地理坐标系地理坐标系坐标经度范围（-180-180），纬度（-90-90）投影坐标系投影坐标系以以米为单位米为单位中科地信出品
8、闫磊编写 地理坐标系统进一步说明地理坐标系统进一步说明v最常用的地理坐标系是经纬度坐标系，这个坐标系可以确定地球上任何一点的位置，如果我们将地球看作一个球体，而经纬网就是加在地球表面的地理坐标参照系格网，经度和纬度是从地球中心对地球表面给定点量测得到的角度，经度是东西方向，而纬度是南北方向，经线从地球南北极穿过，而纬线是平行于赤道的环线，需要说明的是经纬度坐标系不是一种平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其量测面积长度。中科地信出品 闫磊编写 度(分、秒)和米的转换（高级）度和米严格意义无法转换，因为地球是椭圆的，在不同的参数中不一样，就是统一坐标系统如西安80，经线1度和纬线1度长度
9、也是不一样的。大概计算如下：西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25经度：以赤道为例：1(经）度=6378140*2*3.1415926/360/1000=111.3km合计1分为：1分大约1.85km，1秒大约30m靠近两级（南北极）数字越小。中科地信出品 闫磊编写 地球模型地球模型中科地信出品 闫磊编写 范围说明范围说明位于两极点中间的纬线称为赤道。它定义的是零纬度线。零经度线称为本初子午线。对于绝大多数地理坐标系，本初子午线是指通过英国格林尼治的经线。经纬网的原点 (0,0) 定义在赤道和本初子午线的交点处。这样，地球就被分为了四个地理象
10、限，它们均基于与原点所成的罗盘方位角。南和北分别位于赤道的下方和上方，而西和东分别位于本初子午线的左侧和右侧。其范围是 -180（向西行进时）到 180（向东行进时）。如果本初子午线是格林尼治子午线，则对于位于赤道南部和格林尼治东部的澳大利亚，其经度为正值，纬度为负值。 中科地信出品 闫磊编写 ArcGISArcGIS的坐标，投影文件的含义的坐标，投影文件的含义l投影坐标系统投影坐标系统 （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
11、米 ，或者是平面直角坐标。投影坐标系由以下两项参数确定: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）中科地信出品 闫磊编写 投影方法介绍投影方法介绍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、1/万等比例尺中科地信出品 闫磊编写 高斯特点高斯特点v高斯一克吕格投影（后，除中央经线和赤道为
12、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。中科地信出品 闫磊编写 UTMUTMvUTM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。中科地信出品 闫磊编写 UTMUTM投影与高斯投影的主要区别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
13、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。中科地信出品 闫磊编写 比较比较中科地信出品 闫磊编写 三、高斯投影分带方法分度方法分度方法: :有有3 3度度和和6 6度分带法度分带法 中科地信出品 闫磊编写 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
14、影带，东东半球从东经半球从东经0-60-6为第一带，中央经为第一带，中央经线为线为33，99，15 15 ，依此类推，依此类推，投影带号为投影带号为1-301-30。其投影带号。其投影带号n n和中央和中央经线经度经线经度L0L0的计算公式为的计算公式为:L0=(6n-3):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)。中科地信出品 闫磊编写 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130-430，.17830-西经17830，.130-东经130。东半球有东半球有6060个投
15、影带，编号个投影带，编号1-601-60，各带中央经线计算公式各带中央经线计算公式:L0=3n ,:L0=3n ,中中央经线为央经线为33、6.1806.180。中科地信出品 闫磊编写 3 3度西半球分带度西半球分带 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、0中科地信出品 闫磊编写 分割方法分割方法60中科地信出品 闫磊编写 叠加叠加中科地信出品 闫磊编写 单个模型单个模型首首子子午午线线第第1带带0126央央子子中中午午线线赤赤 道道 NS中科地信出品 闫磊编写 带号和中央经线的计算公式带号和中央经线的计算公式1、3度带中央
16、经线中央经线 L0=3*nL0=3*n带号带号n:=L0/3我国共包括我国共包括22个投影带（个投影带（2445带）。带）。2、6度带中央经线经度中央经线经度L0L0的计算公式为的计算公式为:L0=(6n-3):L0=(6n-3)带号带号n:=(L0+3)/6我国共包括我国共包括11个投影带（个投影带（1323带）。带）。总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬度纬度，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。经度在地球上表现为东西方向。中科地信出品 闫磊编写 由经线由经线(X)(X)反算最近带号反算最近带号1 1、3 3度带度带 以中央经线正负1.5度 N =
17、N = IntInt（(X + 1.50) / 3)(X + 1.50) / 3)2 2、6 6度带度带 是以中央经线正负3度 N = N = Int(X/6) +1Int(X/6) +1中科地信出品 闫磊编写 中国经纬度范围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
18、度-53度中科地信出品 闫磊编写 分带范围分带范围中科地信出品 闫磊编写 3 3度分带、度分带、6 6度分带对应平面度分带对应平面XYXY规定规定 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。中科地信出品 闫磊编写 3 3度分带、度分带、6 6度分带对应平面度分带对应平面XYXY规定规定 规定将坐标X轴东移500公里当作起始轴，凡是带内
19、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。 中科地信出品 闫磊编写 思考两个问题思考两个问题1、X为负值 加500KM,向东平移500km2、区别不同投影 加带号中科地信出品 闫磊编写 中科地信出品 闫磊编写 平面坐标范围，以标准分幅为例平面坐标范围，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）中科地信出品
20、闫磊编写 中科地信出品 闫磊编写 具体见具体见 3ARCGIS10JOINMAP.exe 3ARCGIS10JOINMAP.exe中科地信出品 闫磊编写 问题问题 什么时候采用地理坐标，什么时候采用投影坐标采用投影坐标？ 投影坐标采用3 3度带度带，6度带？1:2.51:2.5万万1:501:50万采用万采用6 6度度中科地信出品 闫磊编写 四、四、ArcGISArcGIS坐标系统文件说明坐标系统文件说明- -北京北京5454在 坐标系Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954 目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:Beijing
21、 1954 Degree GK CM 102E.prj Beijing 1954 Degree GK Zone 34.prjBeijing 1954 GK Zone 16.prjBeijing 1954 GK Zone 16N.prj 中科地信出品 闫磊编写 具体说明具体说明说明如下: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
22、忆方式:3 3度分带，前有度分带，前有3.3.中科地信出品 闫磊编写 举例说明举例说明中科地信出品 闫磊编写 ArcGISArcGIS坐标系统文件说明坐标系统文件说明- -西安西安8080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.prj中科
23、地信出品 闫磊编写 UTMUTMvUTM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北半球投影北偏移为零，南半球则为10000公里v中央经线中央经线L=6*(n-30)-3L=6*(n-30)-3中科地信出品 闫磊编写 具体如下具体如下中科地信出品 闫磊编写 更多来自更多来自中科地信出品 闫磊编写 西安西安8080具体说明具体说明3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
24、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 3度分带，前有度分带，前有3 3，中科地信出品 闫磊编写 五、定义坐标前提说明v数据有坐标系v地图窗口有坐标系v作用：v1.动态投影v2.在平面坐标下，在在平面坐标下，在arcmap可以查看经纬度，可以查看经纬度，反过来是经纬度坐标系统，反过来是经纬度坐标系统，无法看无法看xy，因为中央经线，因为中央经线不一样，不一样，xy就不一样就不一样中科地信出品 闫磊编写 定义坐标系方法
25、定义坐标系方法v有三种方法1、ArcCatalog右键属性（properties）中xy xy coordcoord，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数据为自己新建表中科地信出品 闫磊编写 地理坐标系地理坐标系:GCS_WGS_1984，GCS_Xian_1980 GCS_Beijing_1954 都是以GCS开头投影坐标系投影坐标系: : 和坐标系的文件一致，和坐标系的文件一致，详细部分，详细部分， detaildetail有向有向东偏移量，东偏移量，500500公里，是公里，是不加带号，大于不加带号，大于500500公里，公里，前两位为带号前两位为带号查看已有的坐标系统查看已有的坐标系统数据自己可以定义时观察，数据自己可以定义时观察，也可以看目前也可以看目前33下的数据下的数据中科地信出品 闫磊编写 自定义坐标系，点修改自定义坐标系，点修改中科地信出品 闫磊编写 总结总结v坐标概念v高斯投影v中央经线和带号转换v如何定义中科地信出品 闫磊编写 中科地信中科地信v中国3s技术应用研究中心
