ArcGIS10.2-学习课程——2.坐标系基础和投影变换

中国信息化高级技术培训中心坐标系基础和投影变换闫磊EMail：[e-mail]中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page2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、坐标介绍中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page3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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page4什么是坐标系？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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page5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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page6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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page7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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page8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、区域基准面中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page9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坐标系中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page10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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page11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，原点在西安附近中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page12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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page13几种常用的地准面1、北京542、西安803、国家20004、WGS1984中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page14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=1/298.25WGS-84:长半轴a=6378137m;短半轴b=6356753.314m扁率f=1/298.252000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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page15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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page16二、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.常见问题解决中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page17二、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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page18帮助中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page19ArcGIS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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page20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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page21UTMUTM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。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page22比较中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page233、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)°。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page243、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°中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page25分割方法60中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page26叠加中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page27单个模型首子午线第1带0°12°6°央子中午线赤道NS中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page28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）。中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page29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中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page30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度中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page31分带范围中国信息化高级技术培训中心欢迎你Page323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