ArcGIS中的坐标系统和投影变换

2、投影变换
在ArcToolBox->Data Management Tools>Projections and Transformations中提供了如下工具：
（1）、Define Projection （2）、Feature->Project （3）、Raster->Project Raster （4）、Create Custom Geographic Transformation
ArcGIS中的坐标系统和投影变换
主要内容
一、地球椭球体(Ellipsoid) 二、大地基准面（Geodetic datum） 三、空间参考系统(Spatial Reference)
四、坐标系统和投影变换在桌面产品中的应用
五、两种配准方式（Spatial Adjustment和
Georeferencing ）
GCS NAD1927 NAD1983 WGS1984
经度
-122.46690368652 -122.46818353793 -122.46818353793
纬度
48.7440490722656 48.7438798543649 48.7438798534299
投影坐标系统（Projected Coordinate Systems ）
3、严密的投影变换 在对数据的空间信息要求较高的工程中往往不 能适用，有比较明显的偏差。在项目的前期数据准 备工作中，需要进行更加精确的三参数或七参数投 影转换。在ArcGIS中可以通过动态投影和投影变 换工具Feature->Project与Raster->Project Raster两种方式进行转换。
地理坐标系统（Geographic coordinate system）
Geographic coordinate system（GCS）是 球面坐标系统，以经纬度为存储单位（° ′ ″）。 GCS坐标系包含两个方面：椭球体和基准面。
ArcGIS中GCS的完整参数
Alias: 别名 Abbreviation: 缩写
三、空间参考(Spatial Reference)
一个空间参考包括了描述要素X,Y,Z位置的坐标系统 （Coordinate System），以及描述要素X,Y,Z值的分 辨率（resolution）和容限（tolerance）。 分辨率：分辨率反映了数据库中可以存储的坐标值的最 小地图单位长度。 容限：容限反映了数据的坐标精度，也就是坐标值之间 的最小距离，小于这个容限的将会被认为是同一个点。 对于以米为单位的投影坐标系统，默认的容限值是 0.001，也就是10倍的分辨率值。用户可以自定义容限 值，但是不要小于分辨率的2倍大小。 坐标系统（Coordinate System）：分为地理坐标系统 （Geographic coordinate system）和投影坐标系统 （Project coordinate system）两种，分别用来表示 三维的球面坐标和二维的平面坐标。
Remarks: 标注
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 Inverse Flattening: 298.300000000000010000
2、不严密的动态投影： 将动态投影后的数据按datafram的投影方式导出， பைடு நூலகம்果把一幅wgs84的地图按Beijing54的数据框架 导出，这个时候导出的数据空间参考就变成了 Beijing54，实现了投影变换。但是动态投影针对 将我国Xi’an80和Beijing54坐标向其它坐标系导 出时，由于基准面不一样，需要转换参数，我们在 做动态投影过程又没有输入过7参数或者3参数， 而我国的转换参数不公开，那么ArcGIS只能将这 些参数都设置为0，所以这种动态投影方式实现坐 标转换是不严密的。
ArcGIS中西安80坐标系的描述
Xian Xian Xian Xian
1980 1980 1980 1980
3 Degree GK CM 75E.prj 3 Degree GK Zone 25.prj GK CM 75E.prj GK Zone 13.prj
四、坐标系统和投影变换在桌面产品中的应用
一、地球椭球体(Ellipsoid)
为了测量成果的计算和制 图工作的需要，选用一个同大 地体相近的，可以用数学方法 来表达的旋转椭球体来代替地 球。这个旋转椭球是一个椭球
椭球体三要素： 长轴a（赤道半径） 短轴b（极半径） 椭球扁率f=(a-b)/a
North Pole
绕其短轴旋转而成，其表面成
Polar Axis
为旋转椭球面。
b a
Equatorial Axis
Equator
South Pole
参考椭球体参数
椭球名称 年代 a
6 378 245.000m
b
6 356 863.019m
e
1/298.3
克拉苏夫斯基 1940 椭球体
IUGG椭球体 1975
WGS-84椭 球体 1984
6 378 140.000m
Beijing Beijing Beijing Beijing 1954 1954 1954 1954 3 Degree GK CM 75E.prj 3 Degree GK Zone 25.prj GK Zone 13.prj GK Zone 13N.prj
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。
首先让我们来看看ArcGIS产品中对于北京54投影坐标系统的定义参数：
Projection: Gauss_Kruger Parameters: False_Easting: 500000.000000 False_Northing: 0.000000 Central_Meridian: 117.000000 Scale_Factor: 1.000000 Latitude_Of_Origin: 0.000000 Linear Unit: Meter (1.000000) Geographic Coordinate System: Name: GCS_Beijing_1954 Alias: Abbreviation: Remarks: Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_Beijing_1954 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening: 298.300000000000010000
1、动态投影
指的是改变ArcMap中的Data Frame（工作区）的空间参 考或是对后加入到ArcMap工作区中数据的投影变换。 ArcMap的Data Frame（工作区）的坐标系统默认为第一 个加载到当前Data Frame（工作区）的那个文件的坐标系 统，后加入的数据，如果和当前工作区坐标系统不同，则 ArcMap会自动做投影变换，把后加入的数据投影变换到当 前坐标系统下显示，但此时数据文件所存储的实际数据坐 标值并没有改变，只是显示形态上的变化，因此叫动态投 影。
投影变换即是实现不同坐标系之间的转换，如 WGS84与BJ54是两种不同的大地基准面，不同 的参考椭球体，因而两种地图下，同一个点的坐 标是不同的，无论是三度带六度带坐标还是经纬 度坐标都是不同的。当要把GPS接收到的点 （WGS84坐标系统的）叠加到BJ54坐标系统的 底图上，那就会发现这些GPS点不能准确的在它 该在的地方，即“与实际地点发生了偏移”。这 就要求把这些GPS点从WGS84的坐标系统转换 成BJ54的坐标系统了。
6 378 137.000m
6 356 755.288m
6 356 752.314m
1/298.257
1/298.257 224
二、大地基准面（Geodetic datum）
参考椭球体定义了地球的形状，而基准面则描 述了这个椭球中心距地心的关系。基准面是建立在 选择的参考椭球体上的，且考虑到了当地复杂的地 表情况。因为参考椭球体还是不能够很好的描述地
球上每个地方的具体情况，可以理解为基准面就是
参考椭球向某个地方的大地水准面逼近的结果，它 与参考椭球是多对一的关系。
二、大地基准面（Geodetic datum）
（1）地心基准面 在过去的15年，使用卫星采集数据给测量学 家们提供了一个很好的模拟地球的椭球体，即地心 坐标系统。地心坐标系是使用地球的质心作为中心， 目前使用最广泛的就是WGS 1984这种地心坐标 系。
（1）、定义投影 当数据在没有任何空间参考信息时，在 ArcCatalog的坐标系统描述（XY Coordinate System）选项卡中会显示为Unknown！这时如 果要对数据进行投影变换就要先利用Define Projection工具来给数据定义一个Coordinate
System。
（2）投影变换
得出投影坐标系所必须的条件是： 1、球面坐标 2、将球面坐标转换成平面坐标的过程（投影） GCS=椭球体+大地基准面 PCS = GCS + 投影过程
ArcGIS中北京54坐标系的描述
在Coordinate systems\Coordinatesystems\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：
每个国家或地区均有自己的大地基准面，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。 我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标 系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975 地球椭球体（IAG75）建立了我国新的大地坐标 系--西安80坐标系。 GPS测量采用的WGS84坐标系采用的是 WGS84基准面和WGS1984椭球体。
（1）严密的动态投影方式 假设原投影坐标系统为Xian80坐标系统，本例选 择为Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_40投影， 中央经线为120度，要转换成 Beijing_1954_3_Degree_GK_Zone_40。 打开View-Data Frame Properties对话框，显示 当前的投影坐标系统为Xian 1980 GK Zone 40， 在下面的选择坐标系统框中选择Beijing 1954 GK Zone 40，在右边有一个按钮为 Transformations...
地球表面、参考椭球体和大地基准面的关系
（2）本地基准面(Local Datum)
本地基准面是将参考椭球体移动到更贴近当地地表形状 的位置，参考椭球体上的某一点必然对应着地表上的某一 位置，这个点就称作大地起算原点。大地起算原点的坐标 值是固定的，其他点的坐标值都可以由该点计算得到。本 地坐标系统的起始位置一般就不在地心的位置了，而是距 地心一定的偏移量。
（2）投影变换
1、投影转换参数 对两个基于不同椭球体的坐标系进行转换是不 严密的，需要涉及到三参数或者七参数。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。 如果说你要转换的坐标系XYZ三个方向上是重 合的，那么我们仅通过平移就可以实现目标，平移 只需要三个参数，并且现在的坐标比例大多数都是 一致的，缩放比默认为一，这样就产生了三参数， 三参就是七参的特例，旋转为零，尺度缩放为一。