ArcGIS中坐标系统详解

一直以来，总有很多朋友针对地理坐标系、大地坐标系这两个概念吃不透。近日，在网上看到一篇文章介绍它们，非常喜欢。所以在此转发一下，希望能够对制图的朋友们有所帮助。

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（Geographic coordinate system）投影坐标系（Projected coordinate system）

1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate 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，Geographic coordinate 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:

Semimino

Inverse Flattening

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:

Prime Meridian（起始经度）: Greenwich

Datum（大地基准面）: D_Beijing_1954

Spheroid（参考椭球体）: Krasovsky_1940

Semimajor Axis:

2、接下来便是Projection coordinate system（投影坐标系统），首先看看投影坐标系统中的一些参数。Projection: Gauss_Kruger

Parameters:

False_Easting:

False_Northing:

Central_Meridian:

Scale_Factor:

Latitude_Of_Origin:

Linear Unit: Meter

Geographic Coordinate System:

Name: GCS_Beijing_1954

Alias:

Abbreviation:

Remarks:

Prime Meridian: Greenwich

Datum: D_Beijing_1954

Spheroid: Krasovsky_1940

Semimajor Axis:

从参数中可以看出，每一个投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。

关于北京54和西安80是我们使用最多的坐标系

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，1:万－1:50万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=20 。

在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 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

Beijing 1954 3 Degree GK Zone

Beijing 1954 GK Zone

Beijing 1954 GK Zone

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Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目录中，文件命名方式又有所变化：

Xian 1980 3 Degree GK CM

Xian 1980 3 Degree GK Zone

Xian 1980 GK CM

Xian 1980 GK Zone

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。大地坐标（GeodeticCoordinate）:大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。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。