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1、中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心坐标系和投影基础闫磊闫磊 EMailEMail：中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 2本章内容本章内容1建表点、线、面、注记和编辑2坐标系统介绍3坐标变换和数据换带4常见问题和应用中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 3一、建表点、线、面、注记和编辑一、建表点、线、面、注记和编辑建表点、线、面、注记和编辑在arccatalog中右键操作右键操作中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 4字段类型说明1.短整数值只能介于-32,
2、768 到 32,767 之间2.长整型（介于-2147483648 和 2147483647 3.字符串长度2147483647，对于shp最大是2544.单精度浮点数（浮点型）约为-3.4E38 到 1.2E384特定数值范围内包含小数值的数值5.双精度浮点数（双精度型）约为-2.2E308 到 1.8E3088中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 5二、坐标系统介绍1.ArcGIS1.ArcGIS的坐标，投影文件的含义的坐标，投影文件的含义 一、ArcGIS中坐标系统两种:地理空间坐标系地理空间坐标系与投影投影坐标系（平面直角坐标坐标系（平面直角坐标
3、）地理空间坐标系地理空间坐标系（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。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面；也称球面坐标。如WGS 1984（GPS点），Xian 1980.prj Beijing 1954.prj。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 6ArcGIS的坐标，投影文件的含义l投影坐标系统投影坐标系统（Projection coordinate system）使用基于X,Y值的坐标系统来描述
4、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，也称非地球投影坐标系统（not earth），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，对地理坐地理坐标系标系坐标0360中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 7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
5、，1：100万 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。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 8UTMnUTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是等角横轴割圆柱
6、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=0.999
7、6*Y高斯进行坐标转换。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 92.22.2、北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别 n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 n北京北京5454坐标系坐标系:1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃n西安西安8080坐标系坐标系:也称国家大地坐标系，1980年，原点在西安附近nGPS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
8、，以经纬度为单位存储经纬度为单位存储中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 102.22.2、北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别 n北京54:长半轴a=6378245m:短半轴b=6356863m 扁率 f=1/298.3n西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25nWGS-84:长半轴a=6378137m;短半轴b=6356753.314 m 扁率f=1/298.25 是经纬度坐标系统注: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
9、上同一点，各个坐标系的经纬度是不一样的各个坐标系的经纬度是不一样的WGS84一般是经纬度坐标系中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 11长半轴和短半轴NSEWOaba中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 122.3、3度，6度分带含（中级）分度方法:有3度和6度分带法 66分带法分带法: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，东半球从东半球从东经东经0-60-6为第一带，中央经线为为第一带，中央经线为33，99，15 15 ，依此类推，投影带号为，依此类推，投影带号为1-301-30。其投影带号。
10、其投影带号n n和中央经线经度和中央经线经度L0L0的计算公式为的计算公式为:L0=(6n-3):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)。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 13模型首首子子午午线线第第1带带0126央央子子中中午午线线赤赤 道道 NS中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 142.3、3度，6度分带含义3 3 分带法分带法: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-
11、西经17830，.130-东经130。东半球有东半球有6060个投影带，编号个投影带，编号1-601-60，各带中央经线计，各带中央经线计算公式算公式:L0=3n,:L0=3n,中央经线为中央经线为33、6.1806.180。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中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 15带号和中央经线的计算公式1、3度带中央经线中央经线 L0=3*nL0=3*n带号n:=L0/32、6度带中央经线经度中央经线经度L0L0的计算公式为的计算公式为:L0=(6n-3):L0=
12、(6n-3)带号带号n:=(L0+3)/6n:=(L0+3)/6总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬总之：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。度纬度，经度在地球上表现为东西方向。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 16由经线(X)反算最近带号1 1、3 3度带度带 以中央经线正负2.5度 N=IntN=Int（(X+(X+2.50)/3)2.50)/3)2 2、6 6度带度带 是以中央经线正负3度 N=Int(X/6)+1N=Int(X/6)+1中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 17
13、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度中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 18分带范围对应的excel在：2分带范围.xls中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 193度分带、6度分
14、带对应平面XY规定 在GIS系统中如北京54，西安80，采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影。每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴，纬度方向)，赤道投影后为Y轴(横轴，经度方向)，为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线加500公里（向东平移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，因此规定在横轴坐标前加上带号，如(37318980,2165593)其中37即为带号，同样所定义的偏移值也需要加上带号，如3737带的偏移值为带的偏移值为3750000037500000米。米。中国科学
15、院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 20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）中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 21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？中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 222.4 ArcGIS坐标系统文件说明-北京54在 坐标系Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijin
16、g 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.prjBeijing 1954 GK Zone 11.prjBeijing 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
17、号为16，横坐标前不加带号记忆方式:3 3度分带，前有度分带，前有3.3.中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 232.4 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.prjXian 1980 3 Degree GK Zone 34.prjXian 1980 GK CM 117E.prjXian 1980 GK Zone 13.
18、prj3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17 度分带法的西安80坐标系，分带号为17，中央经线99，横坐标前加带号记忆方式:3 3度分带，前有度分带，前有3 3，中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 24UTMnUTM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
19、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n中央经线中央经线L=6*(n-30)-3L=6*(n-30)-3中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 252.5 定义坐标系n有三种方法1、ArcCatalog右键属性（properties）中xy coordxy 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数据为自己新建表中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心
20、Page 26地理坐标系地理坐标系:GCS_WGS_1984，GCS_Xian_1980 GCS_Beijing_1954 都是以GCS开头投影坐标系投影坐标系:和坐标系的文件一致，和坐标系的文件一致，详细部分，详细部分，detaildetail有向有向东偏移量，东偏移量，500500公里，是公里，是不加带号，大于不加带号，大于500500公里，公里，前两位为带号前两位为带号2.6查看已有的坐标系统数据自己可以定义时观察，数据自己可以定义时观察，也可以看目前也可以看目前22下的数据下的数据中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 27打开坐标定义错误1，坐标定义
21、错误2在arcmap中加载地图，出现右图的错误，如何解决？数据用数据用11坐标定义错误坐标定义错误1.shp,1.shp,错误错误1 1解决方法解决方法.exe.exe坐标定义错误坐标定义错误3.shp 3.shp 错误错误2 2解决方法解决方法.exe.exe中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 28三、坐标变换和数据换带（高级）坐标变换分地理变换和坐标变换分地理变换和投影变换投影变换地理变换地理变换: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
22、地理变换或基准面平移。投影变换投影变换: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。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 293.1、坐标变换 基于同一基准面，如北京基于同一基准面，如北京5454，地理坐标和平面坐，地理坐标和平面坐标，可以有固定公式转换，标，可以有固定公式转换，ArcGISArcGIS可以直接转换，可以直接转换，误差可以达到误差可以达到0.1mm0.1mm，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
23、位置:Data mangement tools下 projections and transformations-feature-projectprojectProjectProject可以用于数据换带可以用于数据换带数据使用:2coord93.gdb下数据中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 303.2、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）四参数转换含义四参数转换含义,见右图见右图-七参数转换含义七参数转换含义 3个平移因子（X
24、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）。中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 313.3、ArcGIS中投影变换序号方法名称参数个数含义说明1GeoCentric_TranslGeoCentric_Translationation3 3地心偏移2MoloDensky3莫洛坚斯基公式简化方法 精度稍低3MoloDensky_Abridged3莫洛坚斯基公式简化4Position_VectorPosition_Vector7 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5Coord
25、inate_Frame76MoloDensky_Badekas10莫洛坚斯基公式7Nadcon1格网变换美国本土使用8Harn19Ntv2110Longitude_Rotation0中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 32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软件中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 331、创建自定义地理(坐标)变换Create Custom Geographic T
26、ransformation2、投影 project3.3、三参数例子 Create Custom Geographic Transformation数据使用：2coord93.gdbxy54，操作过程看:254t080.exe中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 343.3、删除已定义坐标转换nC:Documents and SettingsAdministratorApplication DataESRIDesktop10.0ArcToolboxCustomTransformationsn删除对应文件中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所
27、教育中心Page 353.3、注意:n定义坐标系统和坐标转换区别n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。n在平面坐标下，在在平面坐标下，在arcmaparcmap可以查看经纬度，反可以查看经纬度，反过来是经纬度坐标系统，无法看过来是经纬度坐标系统，无法看xyxy，因为中央，因为中央经线不一样，经线不一样，xyxy就不一样就不一样中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 363.4、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
28、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)中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 374、使用过程中的常见问题1、某些菜单，按钮不可用，或则灰色，提示Lic2、arcgis geodatabase版本问题3、空间数据要设置坐标系统中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 381、某些菜单，按钮不可用，或则灰色1、灰色如右图2、功能很少3、没有部分菜单4、部分功能被锁中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育
29、中心Page 39提示LIC5、删除拓扑时，如删除删除topcheck.mdbtttt_Topologytopcheck.mdbtttt_Topology 中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 401、某些菜单，按钮不可用，或则灰色，解决办法1、看LIC的权限2、加扩展模块，arcmap 和ArcCatalog都要加中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 41geodatabase版本问题Arcgis9.3使用arcgis9.3的geoDatabase不能版本数据可能会出现各种各样的问题，解决办法1：数据升级2、新建geodatabase,复制过来中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 424、应用有文本点，创建点文件，投影变换中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心Page 43本章应该掌握内容1.创立要素类2.arcgis的坐标系文件3.定义投影和投影区别