地图投影和坐标系统

地图投影和坐标系统在ArcGIS中，每一个dataset都有一个坐标系统。它的目的是在一个通用的坐标框架例如map中集成其它地理数据图层。坐标系统允许你将datasets集成到地图中，同时也做各种各样集成分析的操作，例如叠加不同数据源和坐标系统的图层。什么是坐标系？坐标系允许地理数据集使用通用的位置来集成。坐标系是一个参考系统用于代表地理要素的位置，影像以及观测点，例如通用框架下的GPS点。每一个坐标系统都由以下几部分来定义：（1）它的测量框架要嘛是地理的（球面坐标，从地球中心开始测量）或者是平面的（地理坐标被投影到二维的平面）（2）测量单位（投影坐标一般是feet或者是meters，而球面坐标系一般是经纬度坐标）（3）地图投影的定义是为投影坐标系的（4）其它的测量系统属性，例如大地椭球体，大地水准面以及投影坐标等其它的一个或者多个水平面，中央经线以及可能的X,Y偏移量等。坐标系统的类型：GIS中一般使用两种通用的坐标系统：（1）球体坐标系，例如经纬度。这通常称为地理坐标系统。（2）根据某种地图投影，例如横轴Mercator，Alber等面投影，或者是Robinson投影，投影坐标系统。所有的这些都提供了各种机制将地球表面投影成二维的平面系。投影坐标系统一般称为地图投影。更详细的内容，请参照：地理参考和投影坐标系统投影系统（不论是地理还是投影）提供了定义真实世界坐标的框架。在ArcGIS中，坐标系统用于自动将其它来显示目录的数据集集成到一个通用的数据集中做投影分析用。ArcGIS自动集成坐标系统是Known的数据集ArcGIS中所有地理数据集都有一个定义好的坐标生活经验统允许他们在地球表面上定位。如果你的数据集有一个定义好的坐标系统，那么ArcGIS就会自动将你的数据集跟其它的进行动态投影用于显示，3D可视以及分析等。如果数据集本身不含有空间参考，那么它们就不能很好地集成。你需要事先定义它。什么是ArcGIS中的空间参考？ArcGIS中的空间参考是一系列的参数用于定义投影系统以及其它的空间属性。很典型，在同一个GDB中同样一块区域有同样的空间参考。ArcGIS的空间参考包括：（1）坐标系统（2）坐标精度（坐标分辨率）（3）处理容差（容限值）（4）空间或者地图范围（空间范围）GIS从业人员必须了解的投影基础知识从标系统，通常称为地图投影，是对空间数据的任意指定。它们的目的在于提供地球表面上特点地点或者面积的通用基础的交流。处理坐标系统最关键的问题是了解投影是什么，如何给一个dataset赋以正确的投影信息。有两种的坐标系统：地理和投影。地理坐标系是使用三维的球体表面来定义地球上的位置。它包括角度，本初子午线以及大地水准面（跟球体相关）。在地理坐标系统中，一个点是用经纬度值来进行表达的。经纬度是地球中心到地球表面上点的角度。通常是用度来衡量的。投影坐标系是用于定义一个二维的平面。跟球体坐标系统不同，投影坐标系有固定的长度，角度以及两维的面积。投影坐标系统是一个基于球体坐标系统的。在一个投影坐标系统中，点是用一个Grid中的XY值来表示的。起点就在Grid的中心。每一个位置都有参考于中央位置的两个值。一个说明水平位置，另一个说明垂直位置。当第一个地图投影被发明了，它是假定，地球是平的。这是不正确的。之后，这个假设被修改，把地球表面假设为一个标准的球体。在18世纪，人们又发现地球不是一个规则的圆。这是制图椭球体概念的开始。为了在地表更精确地定位，地图制作者研究地球的形状，然后创建了椭球体的概念。水准面与椭球体表面某一个部分相连系。近期的水准面都是设计用于符合地球表面非常好。在南美周，用得比较多的基准有：（1）NAD1927（NorthAmericanDatum1927），使用Clarke1866椭球体。（2）NAD1983（NorthAmericanDatum1983），使用GRS1980椭球体。（3）WGS1984（WorldGeodeticsystem1984），使用WGS1984椭球体。最近的椭球体是由卫星测量产生的，并且比19th以及20世纪初的更精确。你会发现“GeographicCoordinateSystem”和“datum”是互用的。指定位置的坐标系统可以根据椭贺和基准的变化而变化，即使它使用的是同一个地图坐标和投影参数。比如下面是Bellingham城市的坐标，在三个不同的投影下，它的值是不同的：数据管理最主要的是：从数据源中获取地图坐标信息。不要猜想数据的坐标系统，因为这个会带来数据的不准确性。下面是一些要的参数：如果需要投影坐标参数据的话，例如Albers和Lambert投影需要以下参数：你可以使用以下的选磺来定义数据的坐标系统：（1）Featureclass，rasterdataset以及featuredataset，使用DefineProjectTools（2）Shapefile，使用DefineProjectionTool（3）ArcInfoCoverage：DefineProjectionTool如果数据本身有坐标系统定义，那么它就不需要跟你机构本身所使用到的投影相批配，你可以重投影数据。重投影数据可以使用Projecttools和ProjectRasterTool。关于大地水准面、椭圆体、球体和基准，它们是怎么联系的大地水准面是定义作为地球重力的，它有点类似平均海平面。它是于地球重心力的方面相垂直的。因为大多数地球并不规则，所以重力的方向一直在变，水准面也就不规则了。下面是关于北美大地水准面的定义（NOAA）为了简化模型，各种各样的球体、椭球体都被改进了。这些项用于交互改变。椭球体是一个由二维的椭球而得到的三围椭球体。椭贺是一个椭圆，有长轴和短轴。如果旋转椭圆，那么它所产生的形状就是椭球体。长半柚是主轴长度的一半。短半轴是短轴的一样。对于地球，长半轴是地球中心到赤道距离的一半，而短轴就是地球中心到极地的一样。一个特定的椭球体跟另一个区分就在于长半轴和短半轴。比如说，以下三种椭圆体参数如下：一个特定的椭圆可以选择用于特定的地理区域，因为特定的椭球对于世界的某一个区域它的符合性是非常好的。对于北美，椭球体最好是选择GRS1980，基于NAD83的。基准是建立于你所选择的椭球体，并且可以跟当地的高程变化相互协作。在椭球体中，椭球体的旋转可以创建地球的光滑表面。因为它并不真实地反映现实，所以本地的datum和本地的高程变化会不同符合。基准和椭圆是可以根据坐标值来改变的。识别未知的坐标系统如何识别一个未知的坐标系统坐标信息通常是源自数据源的，但并不总是。下面所描述的技术告诉我们如何来识别一个正确的坐标系统。如果坐标系统是Unknown，那人么你将图层添加到ArcMap中时就会获得一个警告。“你所添加的数据源没有空间参考，这种数据可以被绘制在ArcMap中，但是不能被投影”TermCoordinateSystem可以用十进制的度数来表达，或者投影系统用meters或者feet。Termproject或者是PRJ。如果数据源有定义好的坐标系统，ArcMap可以将其动态投影到不同的坐标系统中。如果数据不含有已定义的坐标系统，ArcMap就不能动态投影。ArcMap只是简单地将其绘制出来。如果你改变Frame的坐标系统，所有ArcMap中的图层都将动态地投影到新的坐标系统中去。如果你设置了DataFrame的投影坐标系统，那么有坐标和无坐标的数据一排列，dataframe的坐标系统就是unknowndata。如何来识别一个Unknown的CoordinateSystem？1.打开ArcMap，然后新建一个空的map，添加一个没有CoordinateSsytem的数据。数据必须没有一个定义好的坐标系统。对于Shapefile而言，它必须没有PRJ文件。2.在TOC中的图层名上右击，然后属性，在图层属性对话框中点击SourceTab，然后检查数据的范围。（1）如果你的数据是十进制的度数，例如经度-180至180，纬度-90到+90，那么你需要识别投影坐标体系，例如NAD1927或者是NAD1983。注意：如果你的数据的坐标系被重名为“GCS_Assumed_Geographic_1”，这并不是数据真正的坐标系统。“GCS_Assumed_Geographic_1”是ArcMap猜想的。你需要自己决定。（2）如果你的数据在美国，并且范围值为6,7,8数字的话，那么这可能是StatePlane的一个区或者是UTM的坐标系。（投影坐标系）3.如果你的数据在美国之内，那么在ArcMap中添加对比数据，在C:\ProgramFiles\ArcGIS。4.点击查看，点击DataFrame坐标属性，然后点风靡CoordinateSystemtab。5.选择坐标系，展开预定义，展开投影坐标系，展开StatePlane。一个接一下展开文件加，然后点击一个StatePlane投影文件然后点击Apply。6.如果你的数据在点击StatePalne后还无法画得很好的话，用同样的步骤试试UTMPRJ文件。如何将经纬度数据转成十进制的？FieldCalculatorDimDegreesasDoubleDimMinutesasDoubleDimSecondsasDoubleDimDMSasVariantDimDDasDoubleDMS=Split([Latitude])Degrees=CDbl(DMS(0))Minutes=CDbl(DMS(1))Seconds=CDbl(DMS(2))DD=(Seconds/3600)+(Minutes/60)+Degrees地理坐标系统关于地理坐标系统地理坐标系统GCS使用三维的椭球体来定义地球上的位置。一个GCS通常被称之为datum。但是datum仅仅只是GCS的一部分。一个GCS包含的内容有测量的角度单位，中央经线以及一个datum（基于一个椭球体）。一个点是通过它的经纬度值来定义的。经度和纬度值其与地心的角度值而来的。角度可以用度数来衡量也可用分度来表示。下面来解释地球的经纬度。在球面系统中，水平线或者说东西方向上的线都是等纬度的或者说平行的。上的线或者说是南北方向上的线，都是同经度的或者是子午线。它们称之为经线。两极之间中间的纬线称为赤道。它所定义的是0度纬线。0度经线是称之为本初子午线。对于大多数的地理坐标系，本初子午线是跨越英国格林威治的。其它国家可能用经过Bern,Bogota，Paris作为本初子午线。格子线的起点就定义为迟到和本初子午线相交的地方。这样地球就被分成四部分了。经纬度可以用十进制的度数来表示或者用DMS来表达。纬度，赤道以北，0-90。经度，本初子午线以西-180-0到以东0-180.球体和椭球体GCS表面是用球体或者椭球体来定义的。尽管地球最好是用椭球体来表达的，但是如果地球被作为一个球体来表达的话，数学计算会方便许多。这种假设仅在小比例尺地图，小于500W才可能成立。在这种尺度下，球体和椭球体的差别在地图上不明显。尽管如此，为了获取高精度大比例尺地图例如大于1：100W，就必须用椭球体来表示地示。在这个尺度之间的话，使有和球体还是椭球体取于地图的目的以及对数据的要求。椭圆是用长半轴，短半轴以及扁率来计算的。因为扁率的值太小了，所以一般用1/f来表示。例如：WGS84的椭球体参数为：扁率的大小从0到1。0代表两半轴一样长。地球的扁率是近似于0.003353。跟f一样，还有一个参数叫做偏心率，值为：为了正确制图定义不同的椭球体为了了解地球的不规律性地球已经被测量过好几次了。测量得出好几个表示地示的椭球体。一般说来，我们是针对一个国家或一个特定的地区来选择椭球体的。对于一个地方很好的椭球体并不一定对于其它的地方也一定好。到现在为止，美国数据命名用Clarke1866椭球体。因为重力和表面要素的变换，地球并不是规则的球体或者椭球体。卫星技术已经揭示了一些不规则性。例如，南极距赤道比北极更近卫星测量的椭球体正替代原来地面上测量的椭球体。Datum由于椭球体可以近似地表达地球