ARCGIS坐標系-中陜核工業(yè)集團測繪院有限公司

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ARCGIS坐標系

2016-04-26

坐標是GIS數據的骨骼框架，能夠將我們的數據定位到相應的位置，為地圖中的每一點提供準確的坐標。
ArcGIS自帶了多種坐標系統(tǒng)，在${ArcGISHome}Coordinate Systems目錄下可以看到三個文件夾，分別是Geographic Coordinate Systems、Projected Coordinate Systems、VerticalCoordinate Systems，中文翻譯為地理坐標系、投影坐標系、垂直坐標系。

  關于地理坐標系和投影坐標系的區(qū)別，網絡上有相關的文章介紹－－地理坐標系與投影坐標系的區(qū)別，簡而言之，投影坐標系＝地理坐標系＋投影過程。
  1Geographic Coordinate Systems
在GeographicCoordinate Systems目錄中，我們可以看到已定義的許多坐標系信息，典型的如GeographicCoordinate SystemsWorld目錄下的WGS1984.prj，里面所定義的坐標參數：
GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree",0.017453292519943295]]
里面描述了地理坐標系的名稱、大地基準面、橢球體、起始坐標參考點、單位等。
  2Projected Coordinate Systems
在ProjectedCoordinate Systems目錄中同樣存在許多已定義的投影坐標系，我國大部分地圖所采用的北京54和西安80坐標系的投影文件就在其中，它們均使用高斯-克呂格投影，前者使用克拉索夫斯基橢球體，后者使用國際大地測量協(xié)會推薦的IAG75地球橢球體。如Beijing1954 3 Degree GK CM 75E.prj定義的坐標參數：
PROJCS["Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_75E",GEOGCS["GCS_Beijing_1954",DATUM["D_Beijing_1954",SPHEROID["Krasovsky_1940",6378245.0,298.3]],PRIMEM
["Greenwich",0.0],UNIT["Degree",0.0174532925199433]],PROJECTION["Gauss_Kruger"],PARAMETER["False_Easting",500000.0],PARAMETER
["False_Northing",0.0],PARAMETER["Central_Meridian",75.0],PARAMETER["Scale_Factor",1.0],PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],UNIT["Meter",1.0]]
可以看出，參數里除了包含地理坐標系的定義外，還有投影方式的信息。
北京54和西安80是我們使用最多的坐標系，在ArcGIS文件中，對于這兩種坐標系統(tǒng)的命名有一些不同，簡單看去很容易讓人產生迷惑。在此之前，先簡單介紹高斯-克呂格投影的基本知識，了解就直接跳過，我國大中比例尺地圖均采用高斯-克呂格投影，其通常是按6度和3度分帶投影，1:2.5萬－1:50萬比例尺地形圖采用經差6度分帶，1:1萬比例尺的地形圖采用經差3度分帶。具體分帶法是：6度分帶從本初子午線開始，按經差6度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分60個投影帶，帶號分別為1－60；3度投影帶是從東經1度30秒經線開始，按經差3度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分120個投影帶。為了便于地形圖的測量作業(yè)，在高斯-克呂格投影帶內布置了平面直角坐標系統(tǒng)，具體方法是，規(guī)定中央經線為X軸，赤道為Y軸，中央經線與赤道交點為坐標原點，x值在北半球為正，南半球為負，y值在中央經線以東為正，中央經線以西為負。由于我國疆域均在北半球，x值均為正值，為了避免y值出現負值，規(guī)定各投影帶的坐標縱軸均西移500km，中央經線上原橫坐標值由0變?yōu)?/span>500km。為了方便帶間點位的區(qū)分，可以在每個點位橫坐標y值的百千米位數前加上所在帶號，如20帶內A點的坐標可以表示為YA=20745 921.8m。
在CoordinateSystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954目錄中，我們可以看到四種不同的命名方式：
Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
     Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
     Beijing 1954 GK Zone 13.prj
     Beijing 1954 GK Zone 13N.prj
對它們的說明分別如下：
三度分帶法的北京54坐標系，中央經線在東75度的分帶坐標，橫坐標前不加帶號
     三度分帶法的北京54坐標系，中央經線在東75度的分帶坐標，橫坐標前加帶號
     六度分帶法的北京54坐標系，分帶號為13，橫坐標前加帶號
     六度分帶法的北京54坐標系，分帶號為13，橫坐標前不加帶號
在CoordinateSystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980目錄中，文件命名方式又有所變化：
Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
     Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
     Xian 1980 GK CM 75E.prj
     Xian 1980 GK Zone 13.prj
西安80坐標文件的命名方式、含義和北京54前兩個坐標相同，但沒有出現“帶號+N”這種形式，為什么沒有采用統(tǒng)一的命名方式？讓人看了有些費解。
  3Vertical Coordinate Systems
Vertical Coordinate Systems定義了測量海拔或深度值的原點，具體的定義，英文描述的更為準確：
A vertical coordinate system defines the origin forheight or depth values. Like a horizontal coordinate system, most of theinformation in a vertical coordinate system is not needed unless you want todisplay or combine a dataset with other data that uses a different verticalcoordinate system.
Perhaps the most important part of a verticalcoordinate system is its unit of measure. The unit of measure is always linear(e.g., international feet or meters). Another important part is whether the zvalues represent heights (elevations) or depths. For each type, the z-axisdirection is positive "up" or "down", respectively.
One z value is shown for the height-based mean sealevel system. Any point that falls below the mean sea level line but isreferenced to it will have a negative z value. The mean low water system hastwo z values associated with it. Because the mean low water system isdepth-based, the z values are positive. Any point that falls above the mean lowwater line but is referenced to it will have a negative z value.
需要注意的是，大家經常希望能夠通過坐標轉換，將北京54或西安80中的地理坐標系轉換到WGS84，實際上這樣做是不準確的，北京54或西安80的投影坐標可以通過計算轉換到其對應的地理坐標系，但由于我國北京54和西安80中的地理坐標系到WGS84的轉換參數沒有公開，因此無法完成其到WGS84坐標的精準計算。其他公開了轉換參數的坐標系都可以在ArcToolbox中完成轉換。

地理坐標：為球面坐標。參考平面地是橢球面。坐標單位:經緯度

大地坐標：為平面坐標。參考平面地是水平面坐標單位：米、千米等。
地理坐標轉換到大地坐標的過程可理解為投影。（投影：將不規(guī)則的地球曲面轉換為平面）
在ArcGIS中預定義了兩套坐標系：地理坐標系（Geographiccoordinate system）投影坐標系（Projectedcoordinate system），
1、首先理解地理坐標系（Geographiccoordinate system），Geographiccoordinate system直譯為
地理坐標系統(tǒng)，是以經緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographiccoordinate syst
em是球面坐標系統(tǒng)。我們要將地球上的數字化信息存放到球面坐標系統(tǒng)上，如何進行操作
呢？地球是一個不規(guī)則的橢球，如何將數據信息以科學的方法存放到橢球上？這必然要求
我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短
半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應參數。
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening（扁率）:298.300000000000010000
然而有了這個橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準面將這個橢球定位。在坐標系統(tǒng)描
述中，可以看到有這么一行：
Datum: D_Beijing_1954
表示，大地基準面是D_Beijing_1954。
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有了Spheroid和Datum兩個基本條件，地理坐標系統(tǒng)便可以使用。
完整參數：
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian（起始經度）:Greenwich (0.000000000000000000)
Datum（大地基準面）:D_Beijing_1954
Spheroid（參考橢球體）:Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000