空间坐标系统

– 高斯投影每一个投影带都是相对于本带坐标原点的相 对坐标值。我国位于北半球，全部的X坐标值都为正 值，但在每个投影带中有一半的Y坐标值为负，为了 使我国境内的坐标均取正值，规定将各带纵坐标西移 500公里。 – 由于采用分带方法，各带的投影完全相同，某一坐标 值在每一投影带中均有一个，在全球则有60个，不能 确切表示一个点的位置。因此，通常在Y坐标值前冠 以带号，这样的坐标称为通用坐标。 – 如华东师大的高斯投影坐标值约是：347900m， 3456000m，通用坐标则为21347900m，3456000m 。
• 平面直角坐标（x，y）与经纬度（φ，λ ） 可用两个方程式表示： x = f1(φ，λ) y = f2(φ，λ) • 由于平面直角坐标是从地理坐标转换而 来，因此，坐标值同样与Datum有关。
• 有三种基本类型投影：
– 圆锥投影 – 圆柱投影 – 平面投影
圆锥投影
圆柱投影
平面投影
• 投影选择
• 演示：
– 地理坐标数据转换成投影坐标数据。 – 不同投影坐标数据的相互转换。
USA_Contiguous_Albers_Equal_Area_Conic
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矢量数据的几何校正
• 利用ArcGIS中的Spatial Adjustment模块 可以对矢量数据进行几何校正，从而实 现两个不同坐标系统矢量数据的配准。
海福特（Hyford） 1910
常用的椭球体数据
• 1954年以前我国采用美国海福特椭球参数。 • 新中国成立初期，我国采用克拉索夫斯基椭球 参数，大地原点是原苏联的普尔科沃，利用该 基准建立的坐标称为北京54坐标。 • 由于54坐标存在许多缺点和问题，1980年，采 用了1975年国际大地测量学联合会第16届大会 上的推荐的地球椭球定义，大地原点定在我国 中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，利用该基准 建立的坐标称为西安80坐标。 • 目前GPS所采用的坐标系统是World Geodetical System-84（世界大地坐标系-84）， 简称 WGS-84坐标。
• 采用的Datum不同，同一控制点或明显地 物点所计算出来的地理坐标是不一样的， 位椭球面是曲面，地图是平面。地球 椭球面不能直接展开成平面，只能通过 投影方式把地球表面上的点投影到平面 或可展开为平面的圆柱面或圆锥面上。 • 投影坐标系统是以平面直角坐标（x，y） 表示地面点与坐标原点的距离。
定义坐标系统信息 对话框
• 对话框提供三种方式定义坐标系统信息：
– 选择预定义的坐标系统（Select）。 – 从其它数据（有坐标系统定义）中输入坐标 系统（Import）。 – 新建一个坐标系统（New）。
• 选择预定义的坐标系统是在ArcGIS坐标系统 库中选择相应的坐标系统，目前ArcGIS中有 几百种已定义的坐标系统。
• 经纬度的测量首先是要建立大地测量基 准（Datum） ，即确定地球椭球数据、 椭球的定位和定向以及大地原点等参数。
– 地球椭球数据是指地球的形状与大小，一般 用长半径a（赤道半径）、短半径b（极轴半 径）以及扁率f =（(a-b)/a）来定义。 – 椭球的定位和定向是指椭球的位置与指向。 – 大地原点是指国家大地控制网起算点，地球 椭球模型与实际地球在该点是完全重合。
• 定义坐标系统信息并不改变原有数据的 空间坐标值。但定义坐标系统信息一方 面可以更好地认识数据，另一方面，可 以在视图窗口中实现空间坐标的实时转 换。
• 视图窗口的坐标 系统可以在Data Frame Properties对 话框中定义。右 击图例窗口中的 Layers， Data Layers 在Data Frame Properties对 话框中点击 Coodinate System。
• 由于地球表面是一个起伏不平、十分不 规则的表面，因此不可能建立一个与实 际情况完全一致的模型。因此，一个国 家或地区在建立大地坐标系时，为使地 球椭球面更切合本国或本地区的自然地 球表面，往往需选择合适的椭球参数、 确定一个大地原点的起始数据，并进行 椭球的定位和定向。 • 同一点采用不同的大地测量基准，所得 到的坐标值是有差异。
• 坐标系统的转换包括：
– 不同基准（Datum）地理坐标的相互转换 – 地理坐标与投影坐标转换（可以包括Datum 转换） – 不同投影坐标转换（可以包括Datum 转换） – 未定义（或未知）坐标与已定义坐标的转换
• 坐标系统的变换将产生空间数据坐标值 的变化，即产生新的空间数据。在 ArcGIS中，可以利用Project工具实现已 知坐标系统信息数据的相互转换，也可 以利用几何校正模块实现未知坐标系统 信息数据（矢量数据和栅格数据）的相 互转换。
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已知坐标系统信息数据的转换
• 对已知坐标系统信息的数据可通过 Project工具实现坐标系统的转换。
要求输入数据有坐标系统信息
定义输出数据的坐标系统信息
选择不同Datum相互转换模型
• ArcGIS有几百种不同Datum之间的转换 模型（主要是与WGS84的转换），但目 前还没有与北京54以及西安80的转换模 型。 • ArcGIS有几百种通用的地图投影以及不 同地图投影间的转换模型，但对于自定 义投影，需要定义投影参数才能建立转 换模型。
• 演示：
– 两个不同坐标系统的数据（UTM坐标和上海 地方坐标）在未定义坐标系统信息情况下在 ArcMap中的显示。 – 利用Define Projection工具分别定义两个数据 的空间坐标信息。 – 在ArcMap中显示有空间坐标信息情况下两 个不同坐标系统数据的坐标整合。
• 空间坐标系统类型 • 定义空间数据的坐标系统信息 • 空间坐标系统转换
• 高斯—克吕格投影
– 高斯—克吕格投影是等角横切椭圆柱投影， 与通用横轴墨卡托投影（UTM投影，等角横 轴割圆柱投影）之间差异很小。自1952年起， 我国将其作为国家大地测量和地形图的基本 投影，亦称为主投影。 – 1：2.5万至1：50万比例尺的地形图均采用 6°分带，1：1万比例尺地形图采用3°分带。
• 配准步骤：
– 在Tools菜单下点击Customize菜单项，打开 Customize对话框，选中Spatial Adjustment扩 展模块，将显示Spatial Adjustment工具条。
– 在一个视图窗口中同时显示两个不同坐标系统的数 据。 点击Spatial Adjustment菜单下Set Adjust Data 菜 单项，打开选择校正数据对话框。以其中一个数据 的坐标系统为基准，对另一个数据的坐标系统进行 几何校正（需校正的数据处于编辑状态）。可以对 整个数据进行校正，也可以只对选中数据进行校正， 如对整个数据进行校正，则选择All feature in these。
• 独立坐标系
– 一些城市采用独立坐标系，以城市中的某一 点作为坐标原点。 – 上海市地方坐标以国际饭店为原点，该点的 经纬度约为：121.46；31.23
• 空间坐标系统类型 • 定义空间数据的坐标系统信息 • 空间坐标系统转换
• 在新建空间数据时，可以定义空间数据 的坐标系统信息，也可以不定义空间数 据的坐标系统信息。如果没有定义空间 数据的坐标系统信息，用户就不能很好 地了解空间数据，另一方面，也不能利 用已有的坐标转换模型进行坐标转换。 因此，在数据采集时，尽可能定义空间 数据的坐标系统信息。
三、空间坐标系统
• 空间坐标系统类型 • 定义空间数据的坐标系统信息 • 空间坐标系统转换
• 空间数据与其它数据的最大区别在于空 间数据具有空间位置信息。 • 空间位置可以由不同的坐标系统来描述， 同一实体，在不同坐标系统中具有不同 坐标值。 • 坐标系统分地理坐标系统（Geographic Coordinate System，GCS）和投影坐标系 统（Projected Coordinate System，PCS） 两大类型。
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坐标系统信息的形式
• 坐标系统信息用于描述空间数据坐标特 性。 • 对文件形式的数据，定义投影后将产生 一个投影文件（*.prj），投影文件是一 个文本文件。对数据库形式的数据，定 义投影后，将把坐标系统信息增加到空 间参照表中。
prj文件中记录的空间坐标系统信息
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定义坐标系统信息
• 在ArcGIS中，可以在新建数据时 （ArcCatalog环境下）定义坐标系统信息， 也可以利用Define Projection工具 （ArcToolbox\Data Management Tools\Projections and Transformations\Define Projection）对已 有的数据定义坐标系统信息。 • 这两种方式显示的对话框是一致的。
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地理坐标系统
• 以经度和纬度表示任 何一点的位置。经度 是观测点所在子午线 与初始子午线之间的 角度（大多数GCS以 格林威治为初始子午 线，也有一些国家选 用其他地方为初始子 午线）；纬度是观测 点与赤道之间的角度。
• 经度和纬度一般是以十进制度或度分秒 （DMS）来表示。纬度值从－90°（南 极）到＋90°（北极）；经度自西向东 从－180°到＋ 180°。
WGS84、NAD27大地测量基准所定义的椭 球面与实际的地球椭球面比较
• 由于采用不同资料推算，目前有几百种地球椭 球体参数定义。 名称 Bessel Clarke 克拉索夫斯基 WGS 72 WGS 84 年代 1841 1880 1940 1972 1984 短半轴 6356079 6356515 6378388 6356863 6378135 6378137 扁率 1:299.15 1:293.50 1:297.00 1:298.30 1:298.26 1:298.26
• 如加载图层前没有定义坐标系统，则加载的第 一个图层作为视图窗口的坐标系统，以后增加 的图层如与第一个图层的坐标系统不一致，则 可以自动转换空间坐标系统进行显示。 • 必须注意只是显示的坐标发生变化，实际的数 据没有变化。如要改变数据的坐标系统，则可 以在图例窗口中选中图层，右击鼠标，点击 Data\Export Data，以数据框架的坐标系统输出 新的数据。