ArcGIS102-学习课程——2坐标系基础和投影变换.pptx

中国信息化高级技术培训中心欢迎你,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,#,单击此处编辑母版标题样式,坐标系基础和投影变换,闫磊,EMail,：,arcobjects,Page,2,坐标系基础和投影变换,四、练习,四、文本、,excel,生成点,本章内容,三、投影变换,二、坐标系介绍,一、坐标介绍,Page,3,坐标的基本概念,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,。,如经纬度下经度、纬度，,平面中,X,，,Y,Page,4,什么是坐标系？,比方说，公路里碑上的公里数，通常是从大城市起算的；说某某建筑有多高，一般是从地面算起。这就是说，地球上任何一点的位置都是相互联系，都有一定相对关系。我们测绘地面上点的位置，也是一样，也要有一个起算标准，不然就分不出高低、这了。测绘地面上某个点的位置时，需要两个起算点：一是平面位置，一是高程。计算这两个位置所依据的系统，就叫坐标系统和高程系统。,Page,5,坐标系关键,采用球体模型（椭球体，基准面,),选定原点，规定正方向和单位长度。,目的：坐标系的建立主要是便于计算。,Page,6,基准面（,Datum,）,在,测量学中，大地基准面（,Geodetic datum,），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以,6,个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。,GIS,中的基准面通过当地基准面向,WGS1984,的转换,7,参数来定义，转换通过相似变换方法实现，假设,Xg,、,Yg,、,Zg,表示,WGS84,地心坐标系的三坐标轴，,Xt,、,Yt,、,Zt,表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的,7,参数分别为：三个平移参数,X,、,Y,、,Z,表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数,x,、,y,、,z,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。每个国家或地区均有各自的基准面，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。,Page,7,椭球体（,Spheroid,）,众所周知我们的地球表面是一个凸凹不平的表面，而对于地球测量而言，地表是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量和制图的基准面。假想一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体。地球椭球体表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，所以在测量和制图中就用它替代地球的自然表面。因此就有了地球椭球体的概念。,地球椭球体有长半径和短半径之分，长半径（,a,）即赤道半径，短半径（,b,）即极半径。,f=(a-b)/a,为椭球体的扁率，表示椭球体的扁平程度。由此可见，地球椭球体的形状和大小取决于,a,、,b,、,f,。因此，,a,、,b,、,f,被称为地球椭球体的三要素。,Page,8,基准面,当一个旋转椭球体的形状与地球相近时，基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置。基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架。它定义了经线和纬线的原点及方向。,1,、,地心基准面,2,、区域基准面,Page,9,地心基准面,在过去的,15,年中，卫星数据为测地学家提供了新的测量结果，用于定义与地球最吻合的、坐标与地球质心相关联的旋转椭球体。地球中心（或地心）基准面使用地球的质心作为原点。最新开发的并且使用最广泛的基准是,WGS 1984,。它被用作在世界范围内进行定位测量的框架。,还有目前国家,2000,坐标系,Page,10,区域基准面,区域基准面是在特定区域内与地球表面极为吻合的旋转椭球体。旋转椭球体表面上的点与地球表面上的特定位置相匹配。该点也被称作基准面的原点。原点的坐标是固定的，所有其他点由其计算获得。如北京,54,，和西安,80,Page,11,几种,基准面说明,北京,54,坐标系与西安,80,坐标系都是以,Gauss_Kruger,为基础，经局部平差后产生的坐标系,北京,54,坐标系,:1954,建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃,西安,80,坐标系,:,也称国家大地坐标系，,1980,年，原点在西安附近,Page,12,几种,基准面,说明,GPS,系统所采用的是,1984,年世界大地坐标系,(Word Geodetic System 1984,即,WGS-84),。,WGS-84,坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系。原点是地球的质心,。,2000,国家大地坐标系是全球,地心坐标系,在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的,质量中心,Page,13,几种常用的地准面,1,、北京,54,2,、西安,80,3,、国家,2000,4,、,WGS1984,Page,14,椭球,体参数,的区别,北京,54:,长半轴,a=6378245m,短半轴,b=6356863m,扁率,f=1/298.3,西安,80:,长半轴,a=6378140m;,短半轴,b=6356755m,扁率,f=1/298.25,WGS-84:,长半轴,a=6378137m;,短半轴,b=6356753.314m,扁率,f=1/298.25,2000,坐标系，,a=6378137m b=,6356752.31414,m,扁率,f,=1/298.257222101,注,:,扁率,:,f=,（,a-b,）,/a,由于长、短半轴不一样，西安,80,坐标系与北京,54,坐标系转换是不严密不存在统一的公式,地球上同一点，,各个坐标系的经纬度是不一样的,Page,15,注意问题,由于长、短半轴不一样，,不,同坐标系如,西安,80,坐标系与北京,54,坐标系转换是不严密不存在统一的公式,地球上同一点，,各个坐标系的经纬度是不一样的,北京,54,和西安,80,是二维坐标系,WGS84,和,2000,是三维坐标系,N,S,E,W,O,a,b,Page,16,二、,坐标系介绍,1.ArcGIS,的坐标，投影文件的含义,2,.,北京54,坐标系、西安,80,坐标系、,WGS84,的区别,3,.,3,度，,6,度分带,含义,4.ArcGIS,坐标系统文件说明,5.ArcGIS,坐标系中两个坐标系统,6.,定义坐标系,7.,常见问题解决,Page,17,二、坐标系统介绍,1.ArcGIS,的坐标，投影文件的含义,一、,ArcGIS,中坐标系统两种,:,地理坐标系,与,投影坐标系（平面直角坐标）,地理坐标系,以,度为单位，,地理空间坐标系,（,Geographic coordinate system,），使用基于,经纬度坐标,描述地球上某一点所处的位置。,地理坐标系,坐标,经度,范围（,-180-180,），纬度（,-90-90,）,投影坐标系,以,米为单位,Page,18,帮助,Page,19,ArcGIS,的坐标，投影文件的含义,投影坐标系统,（,Projection coordinate system,）使用基于,X,Y,值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米，或者是平面直角坐标。,投影坐标系由以下两项参数确定,:,地理坐标系（由基准面确定，比如,:,北京,54,、西安,80,、,WGS84,）,投影方法（比如高斯克吕格、,Lambert,投影）,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,。,Page,20,投影方法介绍,1,、兰伯特等角园锥投影,用于小比例尺的地图投影如,1:50,万，,1,：,100,万，,1:400,等小比例尺，经线为辐射直线，纬线为同心圆圆弧。指定两条标准纬度线,Q1,，,Q2,，在这两条纬度线上没有长度变形,即,M=N=1,。此种投影也叫等角割圆锥投影，,2,、高斯,克吕格投影（等角横切椭圆柱投影）,用于如,1/10,万，,1/5,万、,1/,万等比例尺,高斯一克吕格投影（后，除中央经线和赤道为直线外，其他经线均为对称于中央经线的曲线。高斯,-,克吕格投影没有角度变形，在长度和面积上变形也很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大处在投影带内赤道的两端。,Page,21,UTM,UTM,投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是等角横轴割圆柱投影（高斯,-,克吕格为等角横轴切圆柱投影），圆柱割地球于南纬,80,度、北纬,84,度两条等高圈，该投影将地球划分为,60,个投影带，每带经差为,6,度，已被许多国家作为地形图的数学基础。,UTM,投影与高斯投影的主要区别在南北格网线的比例系数上，高斯,-,克吕格投影的中央经线投影后保持长度不变，即比例系数为,1,，而,UTM,投影的比例系数为,0.9996,。,UTM,投影沿每一条南北格网线比例系数为常数，在东西方向则为变数，中心格网线的比例系数为,0.9996,，在南北纵行最宽部分的边缘上距离中心点大约,363,公里，比例系数为,1.00158,。高斯,-,克吕格投影与,UTM,投影可近似采用,Xutm=0.9996*X,高斯，,Yutm=0.9996*Y,高斯进行坐标转换。,Page,22,比较,Page,23,3,、,3,度，,6,度分带,含义,（中级）,分度方法,:,有,3,度和,6,度分带法,6,分带法,:,从格林威治零度经线起，每,6,分为一个投影带，全球共分为,60,个投影带，,东半球从东经,0-6,为第一带，中央经线为,3,，,9,，,15,，依此类推，投影带号为,1-30,。其投影带号,n,和中央经线经度,L0,的计算公式为,:L0=(6n-3),；,西半球投影带从,180,回算到,0,，编号为,31-60,，投影代号,n,和中央经线经度,L0,的计算公式,L0=360-(6n-3),。,Page,24,3,、,3,度，,6,度分带含义,3,分带法,:,从东经,130,起，每,3,为一带，将全球划分为,120,个投影带，东经,130-430,，,.17830-,西经,17830,，,.130-,东经,130,。,东半球有,60,个投影带，编号,1-60,，各带中央经线计算公式,:L0=3n,中央经线为,3,、,6.180,。,西半球有,60,个投影带，编号,1-60,，各带中央经线计算公式,:L0=360-3n,中央经线为西经,177,、,.3,、,0,Page,25,分割方法,6,0,Page,26,叠加,Page,27,单个模型,首,子,午,线,第,1,带,0,12,6,央,子,中,午,线,赤,道,N,S,Page,28,带号和中央经线的计算公式,1,、,3,度带,中央经线,L0=3*n,带号,n:=L0/3,2,、,6,度带,中央经线经度,L0,的计算公式为,:L0=(6n-3),带号,n:=(L0+3)/6,我国共包括,11,个投影带（,1323,带）。,总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬度纬度，经度在地球上表现为东西方向。,我国共包括,22,个投影带（,2445,带）。,Page,29,由经线,(X),反算最近带号,1,、,3,度带,以中央经线正负,1,.5,度,N=Int,（,(X+,1,.50)/3),2,、,6,度带,是以中央经线正负,3,度,N=Int(X/6)+1,Page,30,中国经纬度范围,中国经纬度范围,最东端 东经,135,度,2,分,30,秒 黑龙江和乌苏里江交汇处,最西端 东经,73,度,40,分 帕米尔高原乌兹别里山口（乌恰县）,最南端 北纬,3,度,52,分 南沙群岛曾母暗沙,最北端 北纬,53,度,33,分 漠河以北黑龙江主航道（漠河县）,2,日本朝鲜韩国,经度为,73 135,，,3,度为,25,带,-45,带，,6,度带,13,（对应中央经线为,75,度）,-23,（对应中央经线为,135,度）,纬度为,3,度,-53,度,Page,31,分带范围,Page,32,3,度分带、,6,度分带对应平面,XY,规定,高斯,-,克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴,(Y),赤道投影为横轴,(X),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐标出现负值，使用不便。,Page,33,3,度分带、,6,度分带对应平面,XY,规定,规定将坐标,X,轴东移,500,公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加,500,公里。由于高斯,-,克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号，如,(21655933m,，,4231898m),，其中,21,即为带号。,Page,34,思考两个问题,1,、,X,为负值,加,500KM,向东平移,500km,2,、区别不同投影,加带号,Page,35,Page,36,平面坐标范围，以标准分幅为例,平面坐标,:,坐标,X,，,Y,（在,ArcGIS,中），,X,在前，,Y,在后,X,坐标不加带号，是六位，加带号是八位,Y,是七位,（,纬度大于,10,）,Page,37,Page,38,具体见,2ARCGIS10JOINMAP.exe,Page,39,问题,什么时候采用地理坐标，什么时候,采用投影坐标,？,投影坐标采用,3,度带,，,6,度带？,1:2.5,万,1:50,万采用,6,度,Page,40,4,ArcGIS,坐标系统文件说明,-,北京,54,在,坐标,系,Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954,目录中，我们可以看到四种不同的命名方式,:,Beijing 1954,Degree GK CM 102E.prj,Beijing 1954,Degree GK Zone 34.prj,Beijing 1954 GK Zone 1,6,.prj,Beijing 1954 GK Zone 16N.prj,说明如下,:,3,度分带法的北京,54,坐标系，中央经线在东,102,度的分带坐标，横坐标前不带加号,3,度分带法的北京,54,坐标系，,34,分带，中央经线在东,102,度的分带坐标，横坐标前加带号，分带确定，中央经线就确定,16 6,度分带法的北京,54,坐标系，分带号为,16,，横坐标前加带号,16N6,度分带法的北京,54,坐标系，分带号为,16,，横坐标前不加带号,记忆方式,:,3,度分带，前有,3.,Page,41,举例说明,Page,42,ArcGIS,坐标系统文件说明,-,西安,80,在,Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss Krugerxian 1980,目录中，我们可以看到四种不同的命名方式,:,Xian 1980 3 Degree GK CM 102E.prj,Xian 1980 3 Degree GK Zone 34.prj,Xian 1980 GK CM 117E.prj,Xian 1980 GK Zone,20.prj,3,度分带法的西安,80,坐标系，中央经线在东,102,度的分带坐标，横坐标前不带加号,3,度分带法的西安,80,坐标系，,34,分带，中央经线在东,102,度的分带坐标，横坐标前加带号,117E 6,度分带法的西安,80,坐标系，分带号为,20,，中央经线,117,，横坐标前不加带号,20,度分带法的西安,80,坐标系，分带号为,20,，中央经线,117,，横坐标前加带号,20,记忆方式,:,3,度分带，前有,3,，,Page,43,UTM,UTM,投影自西经,180,起每隔经差,6,度自西向东分带，第,1,带的中央经度为,-177,，因此高斯,-,克吕格投影的第,1,带是,UTM,的第,31,带。此外，两投影的东伪偏移都是,500,公里，高斯,-,克吕格投影北伪偏移为零，,UTM,北半球投影北伪偏移为零，南半球则为,10000,公里,中央经线,L=6*(n-30)-3,Page,44,5.ArcGIS,坐标系中两个坐标系统,数据有坐标系,地图窗口有坐标系,作用：,1.,动态投影,2.,在平面坐标下，在arcmap,可以查看经纬度，反过来是经纬度坐标系统，无法看,xy,，因为中央经线不一样，,xy,就不一样,Page,45,6,、,定义坐标系,有三种方法,1,、,ArcCatalog,右键属性（,properties,）中,xy coord,，,select,是自己选择一个坐标系统，,import,是按另一个文件设置本文件,2,、,ArcToolbox-,定义投影,3,、批量定义坐标系统,右键,数据为自己新建表,Page,46,地理坐标系,:GCS_WGS_1984,，,GCS_Xian_1980 GCS_Beijing_1954,都是以,GCS,开头,投影坐标系,:,和坐标系的文件一致，详细部分，,detail,有向东偏移量，,500,公里，是不加带号，大于,500,公里，前两位为带号,查看已有的坐标系统,数据自己可以定义时观察，也可以看目前,2,下的数据,Page,47,6,、常见问题,没有坐标,坐标定义错误,Page,48,没有定义,2dltb.shp,Page,49,打开,dgx,.shp,在,arcmap,中加载地图，出现右图的错误，如何解决？,数据用,2,dgx,.shp,错误解决方法,.exe,Page,50,三、坐标变换和数据换带（中级）,同一,椭球体,：,一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移。,不同椭球体,:,当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换,。,Page,51,3.,1,、坐标变换,基于同一椭球体,，如北京54,，地理坐标和平面坐标，可以有固定公式转换，,ArcGIS,可以直接转换，误差可以达到,0.1mm,，,实现北京,54,经纬度，和北京,54,平面（,xy,）之间转换,实现西安,80,经纬度，和西安,80,平面（,xy,）之间转换,工具的位置,:Data mangement tools,下,projections and transformations-feature-,project,投影,(,Project,),可以用于数据换带,数据使用,:,2,dgx,.shp,下数据,Page,52,投影,数据使用,:,2,dgx,.shp,，看“投影,.exe”,Page,53,3.,2,、不同基准面坐标的转换,主要是,:,三参数和七参数法。个别,4,参数,三参数转换含义,X,平移，,Y,平移，,Z,平移 （如果区域范围不大，最远点间的距离不大于,30Km,（经验值）,四参数转换含义,见右图,-,七参数转换含义,3,个平移因子（,X,平移，,Y,平移，,Z,平移），,3,个旋转因子（,X,旋转，,Y,旋转，,Z,旋转），一个比例因子（也叫尺度变化,K,）。,Page,54,3.,3,、,ArcGIS,中投影变换,序号,方法名称,参数个数,含义,说明,1,GeoCentric_Translation,3,地心偏移,2,MoloDensky,3,莫洛坚斯基,公式简化,方法 精度,稍低,3,MoloDensky_Abridged,3,莫洛坚斯基公式简化,4,Position_Vector,7,布尔莎,-,沃尔夫七参数，旋转角度的定义不同,涉及到投影变换基本用,7,参数法,5,Coordinate_Frame,7,6,MoloDensky_Badekas,10,莫洛坚斯基公式,7,Nadcon,1,格网变换,美国本土使用,8,Harn,1,9,Ntv2,1,10,Longitude_Rotation,0,Page,55,如何计算三参数和七参数,已知几个原始点坐标，和转换后几个点坐标，如何计算三参数和七参数，使用如下工具,:1,三和七参数计算,坐标转换软件,CoordCOORD.exe,或则,MapGIS,软件,Page,56,1,、创建自定义地理,(,坐标,),变换,Create Custom Geographic Transformation,2,、投影,project,2.,3,、三参数例子,Create Custom Geographic Transformation,数据使用：,2,dgx,.shp,，操作过程看,:,不同坐标转换,.exe,Page,57,3.,3,、删除已定义坐标转换,C,:Documents and SettingsAdministratorApplication DataESRIDesktop10.0ArcToolboxCustomTransformations,删除对应文件,Page,58,3.,3,、注意,:,定义坐标系统和坐标转换区别,坐标转换是真正改变坐标（,xy,）值,：,投影变换：投影变换是研究从一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的理论和方法。,Page,59,3.,4,、数据换带,换带的目的,1.,解决投影带的统一性。,如一个县区的数据跨两个带，,3.,解决投影变形大的问题。,换带分类,:,从一个,3,度度到另一个,从,3,度到,6,度带,说明：,ArcGIS,支持动态投影，不同带的数据，可以自动叠加，不需要进行数据投影变化,使用,投影,(project),Page,60,4,、文本生成点,创建要素类,Page,61,创建,XY,事件图层,Page,62,4,、练习,有文本点，创建点文件，投影变换,Page,63,同一个点,3,度和,6,度中间经线一样坐标一样（高级,),Page,64,自定义坐标系统（高级,),Page,65,本章应该掌握内容,arcgis,的坐标系文件,定义投影和投影区别,