ArcGIS 投影.doc

UTM投影
UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，英文名称为Universal Transverse Mercator，是一种等角横轴割圆柱投影，圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，被许多国家用作地形图的数学基础，如中国采用的高斯-克吕格投影就是UTM投影的一种变形，很多遥感数据，如Landsat和Aster数据都应用UTM投影发布的。
UTM投影将北纬84度和南纬80度之间的地球表面积按经度6度划分为南北纵带(投影带)。从180度经线开始向东将这些投影带编号，从1编至60(北京处于第50带)。每个带再划分为纬差8度的四边形。两条标准纬线距中央经线为180KM左右，中央经线比例系数为0.9996。
UTM北半球投影北伪偏移为零，南半球则为10000公里。
在ArcGIS中UTM投影坐标文件名的N和S的区别。N代表北半球，S代表南半球，文件内容的区别在与参数False_Northing—北伪偏移值。
中国UTM投影带号：中国国境所跨UTM带号为43-53。
UTM投影带号计算，如WGS_1984_UTM_Zone_49N，这个49的计算方法：
49：从180度经度向东,每6度为一投影带，第49个投影带
49=（114+180）/6，这个114为49投影带的最大经线层次

ArcGIS 坐标系统文件
ArcGIS自带了多种坐标系统，在${ArcGISHome}\Coordinate Systems\目录下可以看到三个文件夹，分别是Geographic Coordinate Systems、Projected Coordinate Systems、Vertical Coordinate Systems，中文翻译为地理坐标系、投影坐标系、垂直坐标系。

1 Geographic Coordinate Systems
在Geographic Coordinate Systems目录中，我们可以看到已定义的许多坐标系信息，典型的如Geographic Coordinate Systems\World目录下的WGS 1984.prj。

2 Projected Coordinate Systems
在Projected Coordinate Systems目录中同样存在许多已定义的投影坐标系，我国大部分地图所采用的北京54和西安80坐标系的投影文件就在其中，它们均使用高斯-克吕格投影，前者使用克拉索夫斯基椭球体，后者使用国际大地测量协会推荐的IAG 75地球椭球体。
北京54和西安80是我们使用最多的坐标系，在ArcGIS文件中，对于这两种坐标系统的命名有一些不同，简单看去很容易让人产生迷惑。在此之前，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，1:2.5万－1:50万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=20 745 921.8m。

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 75E.prj
Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
Beijing 1954 GK Zone 13.prj
Beijing 1954 GK Zone 13N.prj
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 75E.prj
Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
Xian 1980 GK CM 75E.prj
Xian 1980 GK Zone 13.prj
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。

3 Vertical Coordinate Systems
Vertical Coordinate Systems定义了测量海拔或深度值的原点，具体的定义，英文描述的更为准确：
A vertical coordinate system defines the origin for height or depth values. Like a horizontal coordinate system, most of the information in a vertical coordinate system is not needed unless you want to display or combine a dataset with other data that uses a different vertical coordinate system.
Perhaps the most important part of a vertical coordinate system is its unit of measure. The unit of measure is always linear (e.g., international feet or meters). Another important part is whether the z values represent heights (elevations) or depths. For each type, the z-axis direction is positive "up" or "down", respectively.
One z value is shown for the height-based mean sea level system. Any point that falls below the mean sea level line but is referenced to it will have a negative z value. The mean low water system has two z values associated with it. Because the mean low water system is depth-based, the z values are positive. Any point that falls above the mean low water line but is referenced to it will have a negative
坐标转换简介
坐标系统之间的坐标转换既包括不同的参心坐标之间的转换，或者不同的地心坐标系之间的转换，也包括参心坐标系与地心坐标系之间的转换以及相同坐标系的直角坐标与大地坐标之间的坐标转换，还有大地坐标与高斯平面坐标之间的转换。 在两个空间角直坐标系中，假设其分别为O-XYZ和O-XYZ，如果两个坐标系的原来相同，通过三次旋转，就可以两个坐标系重合；如果两个直角坐标系的原点不在同一个位置，通过坐标轴的平移和旋转可以取得一致；如果两个坐标系的尺度也不尽一致，就需要再增加一个尺度变化参数；而对于大地坐标和高斯投影平面坐标之间的转换，则需要通过高斯投影正算和高斯投影反算，通过使用中央子午线的经度和不同的参考椭球以及不同的投影面的选择来实现坐标的转换。
我们通常说的WGS-84坐标是指经纬度这种坐标表示方法，北京54坐标通常是指经过高斯投影的平面直角坐标这种坐标表示方法。为什么要进行坐标转换？我们先来看两组参数，如表1所示：
表1 BJ54与WGS84基准参数

参考椭球体
长半轴
短半轴
扁率
BJ54基准参数
Krasovsky_1940
6378245
6356863.0188
298.3
WGS84基准参数
WGS 84
6378137
6356752.3142
298.257224
很显然，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。
有关WGS84与BJ54的坐标转换问题，实质是WGS-84椭球体到BJ54椭球体的转换问题。如果我们是需要把WGS84的经纬度坐标转换成BJ54的高斯投影坐标，那就还会涉及到投影变换问题。因此，这个转换过程，一般的GPS数据处理软件都是采用下述步骤进行的：
1）（B，L）84—（X，Y，Z）84，空间大地坐标到空间直角坐标的转换。
2）（X，Y，Z）84—（X，Y，Z）54，坐标基准的转换，即Datum转换。通常有三种转换方法：七参数、简化三参数、Molodensky。
3）（X，Y，Z）54—（B，L）54，空间直角坐标到空间大地坐标的转换。
4）（B，L）54—（x，y）54，高斯投影正算。
从以上步骤不难看出，转换的关键是第二步，转换的参数。鉴于我国曾使用不同的坐标基准（BJ54、State80、Correct54），各地的重力值又有很大差异，所以很难确定一套适合全国且精度较好的转换参数。在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样。
必须了解，在不同的椭球之间的转换是不严密的。那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法，即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）。国内参数来源的途径不多，一般当地测绘部门会有。通行的做法是：在工作区内找三个以上的已知点，利用已知点的BJ54坐标和所测WGS84坐标，通过一定的数学模型，求解七参数。若多选几个已知点，通过平差的方法可以获得较好的精度。如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km（经验值），这可以用三参数，即只考虑3个平移因子（X平移，Y平移，Z平移），而将旋转因子及比例因子（X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K）都视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。北京54和西安80也是两种不同的大地基准面，不同的参考椭球体，他们之间的转换也是同理。在ArcGIS中提供了三参数、七参数转换法。而在同一个椭球里的转换都是严密的，在同一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换，举个例子，在深圳既有北京54坐标又有深圳坐标，在这两种坐标之间转换就用到四参数，计算四参数需要两个已知点。

AutoCAD数据导入ArcGIS后的投影定义与投影转换
1.CAD格式数据转ArcGIS格式数据
虽然ArcGIS可以直接读取CAD数据，但是，由于CAD与ArcGIS的数据管理模型不同，所以如果需要使用CAD数据进行地理处理的时候，还是建议把CAD数据转入到Geodatabase中然后再进行应用。具体操作如下图所示：在ArcCatalog中，打开CAD工程文件，选择相应的要素类型，右键导出到地理数据库中。
2.定义投影
导入到Geodatabas中的数据，这个时候虽然坐标信息显示的和CAD是一样的，但是还没有地理参考信息，如果要想把这个数据展现在地理环境中，这个时候就需要对它进行投影的定义。
首先在CAD的图框上查找相关的地理和投影坐标信息，一般在左下角会有投影坐标信息，比如北京1954坐标，图框的格网线附近还会有相应的分带，带号信息，找到这些信息以后，就可以进行投影定义了，选择，工具箱->数据管理工具->投影与变换->定义投影
3.投影转换
ArcGIS也提供了投影转换的工具，矢量数据的投影转换使用，工具箱->数据管理工具->投影和变换->要素->投影工具。
例如要把北京1954转为WGS84，
在ArcGIS中北京1954转WGS84一共提供了6种可选的参数，每种参数的意思如下：
Beijing_1954_To_WGS_1984_1  15918 China - Orduz basin 鄂尔多斯盆地
Beijing_1954_To_WGS_1984_2  15919 China - offshore Yellow Sea 黄海海域
Beijing_1954_To_WGS_1984_3  15920 China - offshore South China Sea - Pearl River basin 南海海域-珠江口
Beijing_1954_To_WGS_1984_4  15921 China - south and west Tarim basin 塔里木盆地
Beijing_1954_To_WGS_1984_5  15935 China - Bei Bu Basin 北部湾
Beijing_1954_To_WGS_1984_6  15936 China - Orduz basin 鄂尔多斯盆地

1对应内蒙、陕西、山西、宁夏、甘肃、重庆；
2东北三省、北京、天津、河北、河南、山东、江苏、安徽、上海；
3对应浙江、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、海南、贵州、云南、香港、澳门、台湾；
4对应青海、新疆、西藏。