GIS中怎么将投影坐标转换成地理坐标

Posted 2023-05-11

　　1. ArcGIS中的坐标系统
　　ArcGIS中预定义了两套坐标系统，地理坐标系(Geographic coordinate system)和投影坐标系(Projectedcoordinate system)。

　　1.1 地理坐标系
　　地理坐标系 (GCS) 使用三维球面来定义地球上的位置。GCS中的重要参数包括角度测量单位、本初子午线和基准面(基于旋转椭球体)。地理坐标系统中用经纬度来确定球面上的点位，经度和纬度是从地心到地球表面上某点的测量角。球面系统中的水平线是等纬度线或纬线，垂直线是等经度线或经线。这些线包络着地球，构成了一个称为经纬网的格网化网络。
　　GCS中经度和纬度值以十进制度为单位或以度、分和秒 (DMS) 为单位进行测量。纬度值相对于赤道进行测量，其范围是 -90°(南极点)到 +90°(北极点)。经度值相对于本初子午线进行测量。其范围是 -180°(向西行进时)到180°(向东行进时)。
　　ArcGIS中，中国常用的坐标系统为GCS_Beijing_1954(Krasovsky_1940),GCS_Xian_1980(IAG_75),GCS_WGS_1984(WGS_1984),GCS_CN_2000(CN_2000)。

　　1.2 投影坐标系
　　将球面坐标转化为平面坐标的过程称为投影。投影坐标系的实质是平面坐标系统，地图单位通常为米。投影坐标系在二维平面中进行定义。与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。投影坐标系始终基于地理坐标系，即：
　　“投影坐标系=地理坐标系+投影算法函数”。
　　我们国家的投影坐标系主要采用高斯-克吕格投影，分为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(prime meridian)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，中国跨13-23带;3度投影带是从东经1度30分经线(1.5°)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，中国跨25-45带。
　　在CoordinateSystems\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 (Xian 1980) 3 Degree GK CM 117E
　　北京54(西安1980) 3度带无带号
　　Beijing 1954 (Xian 1980) 3 Degree GK Zone 25
　　北京54 (西安1980) 3度带有带号
　　Beijing 1954 (Xian 1980) GK Zone 13
　　北京54 (西安1980) 6度带有带号
　　Beijing 1954 GK Zone 13N
　　Xian 1980 GK CM 75E
　　北京54 (西安1980) 6度带无带号
　　注释：GK 是高斯克吕格，CM 是CentralMeridian 中央子午线，Zone是分带号，N是表示不显示带号。
　　2.ArcGIS中定义坐标系
　　ArcGIS中所有地理数据集均需要用于显示、测量和转换地理数据的坐标系，该坐标系在 ArcGIS 中使用。如果某一数据集的坐标系未知或不正确，可以使用定义坐标系统的工具来指定正确的坐标系，使用此工具前，必须已获知该数据集的正确坐标系。
　　该工具为包含未定义或未知坐标系的要素类或数据集定义坐标系，位于ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations—Define Projections

　　Input Dataset：要定义投影的数据集或要素类
　　CoordinateSystem：为数据集定义的坐标系统
　　3.基于ArcGIS的投影转换
　　在数据的操作中，我们经常需要将不同坐标系统的数据转换到统一坐标系下，方便对数据进行处理与分析，软件中坐标系转换常用以下两种方式：
　　3.1 直接采用已定义参数实现投影转换
　　ArcGIS软件中已经定义了坐标转换参数时，可直接调用坐标系转换工具，直接选择转换参数即可。工具位于ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations——Feature—Project(栅格数据投影转换工具 Raster—Project raster)，在工具界面中输入以下参数：
　　Inputdataset：要投影的要素类、要素图层或要素数据集。
　　OutputDataset：已在输出坐标系参数中指定坐标系的新要素数据集或要素类。
　　out_coor_system：已知要素类将转换到的新坐标系。
　　GeographicTransformation:列表中为转换参数，以GCS_Beijing_1954转为GCS_WGS_1984为例，各转换参数含义如下：
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_1 15918 鄂尔多斯盆地
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_2 15919 黄海海域
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_3 15920 南海海域-珠江口
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_4 15921 塔里木盆地
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_5 15935 北部湾
　　Beijing_1954_To_WGS_1984_6 15936鄂尔多斯盆地
　　3.2 自定义三参数或七参数转换
　　当ArcGIS软件中不能自动实现投影间直接转换时，需要自定义七参数或三参数实现投影转换，以七参数为例，转换方法如下：
　　3.2.1 自定义七参数地理转换
　　在ArcToolbox中选择Create CustomGeographic Transformation工具，　在弹出的窗口中，输入一个转换的名字，如wgs84ToBJ54。在定义地理转换方法下面，在Method中选择合适的转换方法如 COORDINATE_FRAME，然后输入七参数，即平移参数、旋转角度和比例因子。

　　3.2.2 投影转换
　　打开工具箱下的Projections and Transformations>Feature>Project，在弹出的窗口中输入要转换的数据以及Output Coordinate System，然后输入第一步自定义的地理坐标系如wgs84ToBJ54，开始投影变换 参考技术A

通过投影变换工具，原始投影根据数据设置为“投影平面直角坐标系”，目的投影设置为“地理坐标系”。

对于数据而言，GIS有两大基本存储模型，一种是矢量数据模型，一种是栅格数据模型。如图2所示，同样信息的表达，在左边的矢量数据中，我们看到的是清晰的点、线、面的实体，来表达河流、湖泊、地块这样的信息；而右边的栅格数据中，我们看到的则是一个个的格子，相相同的像元值在地图上展示出相同的颜色，从而也呈现出河流、湖泊、地块的形态。虽然都能表达出一样的信息，但是这两种存储模型是完全不同的，矢量是以对象为单位，我们可以把一个湖泊的面积等属性都存储在该对象中；而用栅格表达的话，湖泊是由一组像元组成的，我们不可能将整个湖泊的面积分别赋予每个像元。

在没有测绘，没有RS，没有GPS的年代，我们的老祖先们就是靠脚步来丈量土地，靠眼睛看到的来手绘地图，而现在RS可以通过卫星来给地球拍照，GPS可以实时定位，虽然已经摆脱了“数据基本靠走”的时代，但是想得到数据还是要花费些代价，大多数地理数据还没有开放需要购买，当然像图1中这样比例尺级别（第4部分我们会讨论到）的地图，还是很容易从网上得到，那我们下载后，就可以在GIS软件中打开，将身高数据录入，从而快速的做出一幅地图来。

ArcGIS图层投影与地理坐标系转为投影坐标系的方法

参考技术A

  本文介绍在 ArcMap 软件中，对矢量图层或栅格图层进行投影（即将地理坐标系转为投影坐标系）的原理与操作方法。

  首先，地理坐标系与投影坐标系最简单的区别就是，地理坐标系用经度、纬度作为空间衡量指标，而投影坐标系用米、千米等长度单位作为空间衡量指标。

  在GIS处理中，将原本为地理坐标系的图层转换为投影坐标系是非常常见的操作。本文对ArcMap中矢量要素图层的投影（也就是将原本图层的地理坐标系转为投影坐标系）操作加以详细解释。

  首先，对于一个图层，在图层列表中，右击其名称，选择“Properties”。

  选择“Source”，可以看到，图层的地理坐标系统（“Geographic Coordinate System”）为“WGS_1984”，这是一个地理坐标系，而非投影坐标系。此外，看图层的单位，“Angular Unit”意为角度单位，后面跟的也是角度的单位“Degree”，也就是处于经纬度的状态。

  那么我们如何对其加以转换呢？选择“Toolboxes”→“Data Management Tools.tbx”→“Projections and Transformations”→“Project”。

  为什么这里我没有选择“定义投影”（“Define Project”）而是选择了“投影”（“Project”）呢？是因为，只有在为一个 具有未知坐标系 （在数据集属性中坐标系为“未知”）的数据集指定一个已知坐标系，或为一个 没有正确定义坐标系 （例如坐标以 UTM 米为单位，而坐标系则定义为地理坐标系）的数据集指定正确的坐标系时，我们才会使用“Define Project”；而在本文中，图层的地理坐标系统（“Geographic Coordinate System”）为“WGS_1984”，这是一个正确的地理坐标系，因此我们就用“投影”即可。

  配置好输入、输出图层；输入图层的坐标系是灰色的，因为这个坐标系是人家自带的，肯定不需要我们手动去修改；输出图层的坐标系（“Output Coordinate System”），我选择了UTM的50带。

  其中，UTM的带数计算方法为：（研究区域经度整数位除以6）的整数部分+31。例如，假如经度为115.1，那么115.1/6=19.1833，取19；19再加31就是50，说明带号应该为50。

  点击“OK”。依据前述方法，打开新建图层的“Properties”，可以看到已经存在投影坐标系，且单位已经变为了“Linear Unit”，也就是线性单位，且后面跟的是“Meter”，说明目前已经是米作为单位了。