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ARCGIS坐标系
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。
ArcGIS自带了多种坐标系统,在${ArcGISHome}Coordinate Systems目录下可以看到三个文件夹,分别是Geographic Coordinate Systems、Projected Coordinate Systems、VerticalCoordinate Systems,中文翻译为地理坐标系、投影坐标系、垂直坐标系。
关于地理坐标系和投影坐标系的区别,网络上有相关的文章介绍--地理坐标系与投影坐标系的区别,简而言之,投影坐标系=地理坐标系+投影过程。
1Geographic Coordinate Systems
在GeographicCoordinate Systems目录中,我们可以看到已定义的许多坐标系信息,典型的如GeographicCoordinate SystemsWorld目录下的WGS1984.prj,里面所定义的坐标参数:
GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree",0.017453292519943295]]
里面描述了地理坐标系的名称、大地基准面、椭球体、起始坐标参考点、单位等。
2Projected Coordinate Systems
在ProjectedCoordinate Systems目录中同样存在许多已定义的投影坐标系,我国大部分地图所采用的北京54和西安80坐标系的投影文件就在其中,它们均使用高斯-克吕格投影,前者使用克拉索夫斯基椭球体,后者使用国际大地测量协会推荐的IAG75地球椭球体。如Beijing1954 3 Degree GK CM 75E.prj定义的坐标参数:
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,参数里除了包含地理坐标系的定义外,还有投影方式的信息。
北京54和西安80是我们使用最多的坐标系,在ArcGIS文件中,对于这两种坐标系统的命名有一些不同,简单看去很容易让人产生迷惑。在此之前,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1-60;3度投影带是从东经1度30秒经线开始,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=20745 921.8m。
在CoordinateSystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954目录中,我们可以看到四种不同的命名方式:
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
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CoordinateSystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980目录中,文件命名方式又有所变化:
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。
3Vertical Coordinate Systems
Vertical Coordinate Systems定义了测量海拔或深度值的原点,具体的定义,英文描述的更为准确:
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,大家经常希望能够通过坐标转换,将北京54或西安80中的地理坐标系转换到WGS84,实际上这样做是不准确的,北京54或西安80的投影坐标可以通过计算转换到其对应的地理坐标系,但由于我国北京54和西安80中的地理坐标系到WGS84的转换参数没有公开,因此无法完成其到WGS84坐标的精准计算。其他公开了转换参数的坐标系都可以在ArcToolbox中完成转换。
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换为平面)
在ArcGIS中预定义了两套坐标系:地理坐标系(Geographiccoordinate system)投影坐标系(Projectedcoordinate system),
1、首先理解地理坐标系(Geographiccoordinate system),Geographiccoordinate system直译为
地理坐标系统,是以经纬度为地图的存储单位的。很明显,Geographiccoordinate syst
em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_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse 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。
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有了Spheroid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:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian(起始经度):Greenwich (0.000000000000000000)
Datum(大地基准面):D_Beijing_1954
Spheroid(参考椭球体):Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000