1、解讀ArcGIS空間參照系統(tǒng)和地圖投影 ESRI中國（北京）有限公司劉卓穎講座內(nèi)容一 地球橢球體與大地基準(zhǔn)面二 大地測量參考系統(tǒng) 三.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 四.地圖投影 四. 常用地圖投影六. 地圖投影變換 七. Arcgis的空間參考八. 地圖投影選擇 九.資源 GIS數(shù)據(jù)的空間參照系統(tǒng) 空間參照系統(tǒng)是GIS的重要組成部分它主要用來解決空間信息的定位以及與 之相關(guān)的地圖制圖、坐標(biāo)變化等問題?？臻g參照系一般分為：（1） 未知坐標(biāo)系（2） 地理坐標(biāo)系（3） 投影坐標(biāo)系(4) 垂直坐標(biāo)系統(tǒng)完整的坐標(biāo)參數(shù)往往包括大地基準(zhǔn)、地圖投影參數(shù)等,它是關(guān)于大地坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)的綜合概念。地球的形狀地球像一個倒放著的大鴨梨

2、，兩極略扁,中間略大的不規(guī)則球體地球橢球體決定地球橢球體形狀和大小的參數(shù)：橢圓的長半徑a，短半徑b,扁率。橢球體參數(shù)長半徑a（赤道半徑） 短半徑b（極半徑） 扁 率=(a-b)/a 第一偏心率 e2=(a2- b2)/ a2 第二偏心率 e2=(a2- b2)/ b2 參考橢球 vs 大地基準(zhǔn)面 確定了地球的形狀與大小之后，還必須確定橢球體與大地水準(zhǔn)面的相對 關(guān)系，這項工作稱為橢球定位與定向。 參考橢球一旦確定，則標(biāo)志著一個大地基準(zhǔn)或個形狀、大小都已確定而 且經(jīng)過定位和定向的地球橢球，稱為參考橢球體大地坐標(biāo)系的建立。 大地測量參考系統(tǒng)ArcGIS CoordinateSystems大地測量參考

3、系統(tǒng)（Geodetic System） 坐標(biāo)參考系統(tǒng)：以旋轉(zhuǎn)橢球為參照體建立的坐標(biāo)系統(tǒng)， 分為大地坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系兩種形式。 高程參考系統(tǒng)：以大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正高，以似大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正常高， 以旋轉(zhuǎn)橢球面為參照面的高程系統(tǒng)稱為大地高。 重力參考系統(tǒng)：重力觀測值的參考系統(tǒng)。陳俊勇,中國大地測量科學(xué)發(fā)展的若干問題，地球科學(xué)進(jìn)展，第16 卷第5 期,2001 年10 月大地坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系） 大地坐標(biāo)系就是以橢球體面為參考面，以法線為依據(jù)，大地經(jīng)度和大地緯度表示地面點在橢球體表面上的位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。空間直角坐標(biāo)系 原點若設(shè)在地球質(zhì)心，則稱地心空間直角坐標(biāo)系。

4、 原點若設(shè)在參考橢球的中心，則稱參心空間直角坐標(biāo)系。Z軸為橢球旋轉(zhuǎn)軸，X軸指向本初子午面與赤道的交點，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。ArcGIS中的大地坐標(biāo)系 Beijing 1954.prj GEOGCSGCS_Beijing_1954, DATUMD_Beijing_1954, SPHEROIDKrasovsky_1940,6378245,298.3, PRIMEMGreenwich,0, UNITDegree,0.017453292519943295參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系 大地坐標(biāo)系可分為參心大地坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系。 指經(jīng)過定位與定向后，地球橢球的中心不與地球質(zhì)心重合而是接近地

5、球質(zhì)心，以這種參考橢球為基準(zhǔn)所建立的大地坐標(biāo)系，稱為參心大地坐標(biāo) 系， 它屬于區(qū)域性大地坐標(biāo)系，是我國基本測圖和常規(guī)大地測量的基礎(chǔ)。如北京54坐標(biāo)系，西安80坐標(biāo)系。 指經(jīng)過定位與定向后，地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，并以總地球橢球為參考所建立的大地坐標(biāo)系，稱為地心大地坐標(biāo)系。如2000國家大地坐標(biāo)系， WGS-84大地坐標(biāo)系。我國常用大地坐標(biāo)系 1954年北京坐標(biāo)系 (參心坐標(biāo)系)1954年北京坐標(biāo)系是原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系在我國的延伸，但略有不同，其要點是：屬參心大地坐標(biāo)系；采用克氏橢球參數(shù)a=6878245m， f = 1：298.3）； 1980年國家大地坐標(biāo)系(參心坐標(biāo)系)I

6、CA-75橢球參數(shù)a = 6 378 140mb = 6 356 755mf =1/298.257 新54年北京坐標(biāo)系(參心坐標(biāo)系)將全國大地網(wǎng)整體平差的結(jié)果整體換算到克拉索夫斯基橢球體上，形成一個新的坐標(biāo)系，稱為新54年北京坐標(biāo)系，它與80年國家大地坐標(biāo)系的軸 定向基準(zhǔn)相同，網(wǎng)的點位精度相同。 2000年國家大地坐標(biāo)系(地心坐標(biāo)系) 原點位于地球質(zhì)量中心的三維國家大地坐標(biāo)系采用GRS80橢球參數(shù)，具體為：長半軸a6378137m；扁率f1/298.257222101等坐標(biāo)系的Z軸由原點指向歷元2000.0的地球參考極的方向，ArcGIS中我國常用大地坐標(biāo)系GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS84坐標(biāo)系 橢

7、球中心O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向H1984.0定義的協(xié)議地極（CTP）方向。 X軸指向BIH1984.0的本初子午面與CTP赤道的交點。 Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。CGCS2000與WGS-84的比較 相同歷元相同框架下的比較.在定義上CGCS2000與WGS-84是一致的，即關(guān)于坐標(biāo)系原點，尺度，定向及定向演變的定義都是相同的。就是扁率有微小差異，在赤道上有1mm誤差。可以認(rèn)為在相同歷元下CGCS2000與WGS-84（G1150） ，兩者誤差一致。 不同歷元相同框架或同一歷元不同框架點坐標(biāo)是不同的。如ITRF97與ITRF2000在1997.0歷元下的點位坐標(biāo)差 異一般在35cm

8、 .demoArcgis大地坐標(biāo)系統(tǒng)的整體框架圓球體、橢球體和大地水準(zhǔn)面與地圖的關(guān)系大地坐標(biāo)系統(tǒng)變換可分為三類： 不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如WGS-84和西安80坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。 同一坐標(biāo)系統(tǒng)不同坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換，如空間直角坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。 同一類坐標(biāo)系統(tǒng)不同實現(xiàn)之間的轉(zhuǎn)換，如北京54坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換。黨亞民 成英燕，薛樹強(qiáng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)及應(yīng)用常用大地坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)變換 WGS-84與ITRF坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 ITRF框架相互變換 CGCS2000與ITRF坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 參心坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 參心坐標(biāo)系與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 相對獨(dú)立平面坐標(biāo)與國家大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換黨

9、亞民 成英燕，薛樹強(qiáng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)及應(yīng)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法 1. 基于方程的轉(zhuǎn)換方法 Geocentric Transalation Molodensky（莫洛金斯基） Molodensky Abridged Position Vector Coordinate Frame Bursa-wolf2. 基于格網(wǎng)的方法 NADCON 和 HARN 方法 國家坐標(biāo)系變換第 2 版 (NTv2) 國家坐標(biāo)系變換第 1 版 (NTv1)demo坐標(biāo)變換地圖投影 地圖投影是一套將三維的地球特征轉(zhuǎn)換為二維顯示的數(shù)學(xué)法則，需要建立地圖平面上的點（x,y)和地球表面上的點(,)之間的函數(shù)關(guān)系。地圖投影 任務(wù)：建立地圖

10、的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，將地球面上的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為平面的坐標(biāo)系統(tǒng)。 投影方法：幾何方法：以學(xué)原理為基礎(chǔ).以視點位置不同分為： 球心，球面，外心投影.數(shù)學(xué)模型分析方法 投影面： 平面,園錐面,圓柱面 投影變形：將不可展的地球橢球面展繪到平面時產(chǎn)生的差異， 包括長度變形，面積變形，角度變形.23投影的構(gòu)成（按地圖投影的數(shù)學(xué)表面：地球橢球面）正軸切圓錐投影正軸割圓錐投影橫軸切圓錐投影橫軸割圓錐投影斜軸切圓錐投影正軸切圓柱投影正軸割圓柱投影斜軸切圓柱投影橫軸切圓柱投影橫方位投影正方位投影斜方位投影地圖投影地圖投影的變形 投影變形：長度變形面積變形角度變形 投影條件：等角投影等面積投影任意投影等距離投影是任意投影的

11、一種地圖投影坐標(biāo)系 地圖投影坐標(biāo)系是依據(jù)一定的投影幾何特征建立的，如GK投影坐標(biāo)系、圓錐投影的坐標(biāo)系、圓柱投影的坐標(biāo)系等。 在不同投影中原點有不同的定義，例如GK投影的原點是投影帶的中央經(jīng)線和赤道的交點，而Mercator投影可以是制圖區(qū)域的中央經(jīng)線和赤道的交點，等等。ArcGIS地圖投影坐標(biāo)系 Projection: Gauss_Kruger False_Easting: 500000.000000 False_Northing: 0.000000 Central_Meridian: 102.000000 Scale_Factor: 1.000000 Latitude_Of_Origin:

12、0.000000 Linear Unit: Meter (1.000000) Geographic Coordinate System: GCS_Xian_1980 Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_Xian_1980 Spheroid: Xian_1980Semimajor Axis: 6378140.000000000000000000Semiminor Axis: 6356755.288157528300000000In

13、verse Flattening: 298.257000000000010000常用地圖投影 墨卡托投影(Mercator) 高斯-克呂格投影（Gauss-Kruger ） 通用墨卡托投影（UTM） 蘭伯特投影（ Lambert ） 阿爾伯斯(Albers)投影墨卡托(Mercator)投影（圓柱投影-等角正圓柱投影） 墨卡托投影為正軸等角圓柱投影，是由墨卡托于1569年專門為航海目的設(shè)計的。其設(shè)計思想是令一個與地軸方向一致的圓柱切于或割于地球，將球面上的經(jīng)緯網(wǎng)按等角條件投影于圓柱表面上，然后將圓柱面沿一條母線剪開展成平面，即得墨卡托投影。用于航海,航空的重要投影；高斯克呂格投影（Gauss-

14、Kruger ）高斯投影特征： 中央經(jīng)線和赤道投影為互相垂直的直線，且為投影的對稱軸 投影后無角度變形，即保角投影 中央經(jīng)線無長度變形 同一條經(jīng)線上，緯度越低，變形越大，赤道處最大同一條緯線上，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)，變形越大；橫軸圓柱投影高斯克呂格投影（Gauss-Kruger ）-投影分帶 12.5萬150萬地形圖采用經(jīng)差6分帶投影1：1萬及更大比例尺地形圖采用經(jīng)差3分帶投影 從0度開始，自西向東每6度分為一個投影帶。 從東經(jīng)1度30分開始，自西向東每3度分為一個投影帶。 UTM投影(橫軸等角割圓柱投影)橢圓柱割地球于南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條割線上沒有變形，中央經(jīng)線上長度比小于

15、1；UTM投影條件：中央經(jīng)線投影后為直線，中央經(jīng)線長度比 m0=0.9996;UTM 亦稱之為： m0=0.9996的高斯投影； UTM投影分帶方法與高斯-克呂格投影相似，平面直角系與高斯投影相同是自西經(jīng)180起每隔經(jīng)差6度自西向東分帶，將地球劃分為60個投影帶。UTM投影分帶UTM與高斯-克呂格投影的區(qū)別 帶的劃分相同而帶號的起算不同高斯-克呂格投影分帶從零子午線向東每6度為一帶,UTM的分帶從180度起向東每6度為一帶. 高斯-克呂格投影的第一帶（ 06E）為UTM投影的31帶。UTM的第一帶（ 180174E）是高斯-克呂格投影的31帶。 根本的差別是中央經(jīng)線長度不同高斯-克呂格投影每帶

16、中央經(jīng)線的投影長度比為1。UTM投影每帶中央 經(jīng)線上長度比0.9996。兩投影的東偽偏移都是500公里，高斯-克呂格投影北偽偏移為零，UTM北半球投影北偽偏移為零，南半球則為10000公里。等角圓錐投影蘭勃特(Lambert)正形圓錐投影 此投影是最適用于中緯度的一種投影。它類似于阿爾伯斯等積圓錐投影，不同之處在于其描繪形狀比描繪面積更準(zhǔn)確。 投影方法圓錐投影通常基于兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線，從而使其成為割投影。超過標(biāo)準(zhǔn)緯線的緯度間距將增加。這是唯一常用的將兩極表示為單個點的圓錐投影。也可使用單條標(biāo)準(zhǔn)緯線和比例尺因子定義。如果比例尺因子不等于 1.0，投影實際上將變成割投影。蘭勃特方位等積投影 此投影保留

17、了各多邊形的面積，同時也保留了中心的實際方向。變形的常規(guī)模式為徑向。最適合按比例對稱分割的單個地塊（圓形或方形）。 投影方法：平面投影，從地球儀上任一點投影。這種投影可以包含以下所有投影 方法：赤道投影、極方位投影和斜軸投影。 切點：通過經(jīng)度和緯度指定的單個點，可在任何位置。 局限性：數(shù)據(jù)范圍必須少于一個半球。軟件無法處理距中心點超過 90 的任何區(qū)域。 用途和應(yīng)用：人口密度（面積）。行政邊界（面積）。用于能源、礦物、地質(zhì)和筑造的海洋制圖（方向）。此投影可處理較大區(qū)域；因此，它用于顯示整個大陸和極點區(qū)域。赤道投影：非洲、東南亞、澳洲、加勒比海和洲。斜軸投影：洲、歐洲和亞洲。阿伯斯(Albers

18、)投影（正軸等積割圓錐投影） 阿伯斯投影（亞爾勃斯）， 也稱“雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等積圓錐投影”，是圓錐投影的一種，為阿伯斯（Albers）擬定。投影區(qū)域面積保持與實地相等。 這種投影最適合于東西方向分布的大陸板塊，而不適合南北方向分布的大陸板塊。 在處理顯示400萬、100萬數(shù)據(jù)全國數(shù)據(jù)時為了保持等面積特性 經(jīng)常采用Albers等面積割圓錐投影地圖投影小結(jié) 1) 圓錐投影：該投影按變形性質(zhì)又可分為等角、等面積和任意(主要為等距離)圓錐投影。等角圓錐投影也稱為蘭勃特(Lambert)正形圓錐投影；正軸等面積割圓錐投影亦叫亞爾勃斯(Albers)投影。 2) 圓柱投影：該投影按變形性質(zhì)可分為等角、等面積和

19、任意(包括等距離)圓柱投影。等角圓柱投影亦叫墨卡托(Mercator)投影，它在海圖和小比例尺區(qū)域地圖上有廣泛應(yīng)用。等角橫切橢圓柱投影，即著名的高斯-克呂格(Gallss-kruger)投影，等角橫割橢圓柱投影即通用橫軸墨卡托(UTM)投影，它們都廣泛用于編制大比例尺地形圖。 3) 方位投影：該投影有非方位投影和方位投影之分。非方位投影按變形性質(zhì)可分為等角、等面積和任意(包括等距離)方位投影。等面積方位投影亦稱為蘭勃特(Lambert)等面積方位投影。等距離方位投影又稱為波斯托(Postel)投影。 4) 偽圓錐投影：投影中緯線為同心圓圓弧，經(jīng)線為交于圓心的曲線 5) 偽圓柱投影。 6）偽方位

20、投影。7) 多圓錐投影。地圖投影的變換 地圖投影變換是研究一種地圖投影變換為另一種投影的理 論與方法。它是在兩個平面場之間的轉(zhuǎn)換。（x，y）：原始圖投影點位坐標(biāo)（X，Y）：新編圖投影點位坐標(biāo)投影變換的主要方法 解析變換法解析變換法是建立兩投影間坐標(biāo)變換的解析式的方法。其中最主要的方法是反解變換法，也稱間接變換法，是由資料圖投影求得，后,代入到新投影公式中來實現(xiàn)兩投影間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 數(shù)值變換法當(dāng)原投影公式未知，或不易直接求出兩投影之間的變換關(guān)系式時，可采用多項式的方法建立兩投影之間的變換關(guān)系式。這是一種重要的變換方法，在地圖校正、遙感圖像幾何糾正等方面也得到廣泛使用。Arcgis 投影變換dem

21、oArcgis投影系統(tǒng)的整體框架投影變換ArcGIS 空間參考 SpatialReference：主要用于提供數(shù)據(jù)集的基本空間坐標(biāo)屬性如數(shù)據(jù)流的空間坐 標(biāo)范圍、坐標(biāo)精度和坐標(biāo)系統(tǒng). 空間參考包括x、y、z 值坐標(biāo)系以及 x、y、z 和m 值的容差值和分辨率值。 坐標(biāo)系X,Y 坐標(biāo)通過地理坐標(biāo)系或投影坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)識。- Z坐標(biāo)通過垂直坐標(biāo)系標(biāo)識。 容差- 容差值為坐標(biāo)之間的最小距離，多用于空間查詢/選擇和拓?fù)溥\(yùn)算 分辨率- 分辨率表示要素類記錄地理要素的位置和形狀時所使用的詳細(xì)程度。分辨率 分辨率表示要素類記錄地理要素的位置和形狀時所使用的詳細(xì)程度。分辨率是分隔要素坐標(biāo)中唯一 x 值和唯一 y

22、值的最小距離，使用地圖單位。例如，如果空間參考具有 0.01 的 x,y 分辨率，則 x 坐標(biāo) 1.22 和 1.23 可以被存儲為兩個獨(dú)立的坐標(biāo)值， 但 x 坐標(biāo) 1.222 和1.223 都可以被存儲為 1.22 。容差 空間參考也包含容差值。x、y、z 和m 坐標(biāo)都具有反映坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度的相關(guān)容差值。容差值為坐標(biāo)之間的最小距離。如果一個坐標(biāo)在另一個坐標(biāo)的 容差值范圍內(nèi)，則會將二者視為同一位置。當(dāng)需要確定兩個點是足夠近（可以給定相同的坐標(biāo)值）還是足夠遠(yuǎn)（各自具有其自己的坐標(biāo)值） 時， 會在關(guān)系運(yùn)算和拓?fù)溥\(yùn)算中使用此值。例如，在下圖的同一個要素類中有兩個同等級的線要素。在拓?fù)潋炞C過程中，如果一個折點 V2 位于另一個折點 V1 的 x,y 容差內(nèi)（反之亦然），則這兩個折點都會被移動到一個新位置（例如， 坐標(biāo)之間的加權(quán)平均距離）。demo空間參考設(shè)置坐標(biāo)系定義地圖投影的選擇 世界地圖的投影：保證全球整體變形不大，多圓錐投影，任意偽圓柱投影等。 半球地圖的投影：東西半球有橫軸等面積（等角）方位投影； 南北半球有正軸等面積（等角、等距離）方位投影。 各大洲地圖的投影：各洲都選用了斜軸等面積方位投影，此外，亞洲和洲（ 彭納投影）、歐洲和大洋州（正軸等圓錐投