Arcgis 地理坐标系和投影坐标系

Posted 2021-02-06 tianwen9579

坐标系

什么是地理坐标系？

地理坐标系 (GCS) 使用三维球面来定义地球上的位置。GCS 往往被误称为基准面，而基准面仅是 GCS 的一部分。GCS 包括角度测量单位、本初子午线和基准面（基于旋转椭球体）。

可通过其经度和纬度值对点进行引用。经度和纬度是从地心到地球表面上某点的测量角。通常以度或百分度为单位来测量该角度。

位于两极点中间的纬线称为赤道。它定义的是零纬度线。零经度线称为本初子午线。对于绝大多数地理坐标系，本初子午线是指通过英国格林尼治的经线。其他国家/地区使用通过伯尔尼、波哥大和巴黎的经线作为本初子午线。经纬网的原点 (0,0) 定义在赤道和本初子午线的交点处。这样，地球就被分为了四个地理象限，它们均基于与原点所成的罗盘方位角。南和北分别位于赤道的下方和上方，而西和东分别位于本初子午线的左侧和右侧。

通常，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。维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）。如果本初子午线是格林尼治子午线，则对于位于赤道南部和格林尼治东部的澳大利亚，其经度为正值，纬度为负值。

尽管使用经度和纬度可在地球表面上定位确切位置，但二者的测量单位是不同的。只有在赤道上，一经度所表示的距离才约等于一纬度所表示的距离。这是因为，赤道是唯一一条长度与经线相同的纬线。（其半径与球面地球半径相同的圆称为大圆。赤道和所有经线都是大圆。）

因为经度和纬度不具有标准长度，所以无法对距离或面积进行精确测量，或者无法很容易地在平面地图或计算机屏幕上显示数据

 

什么是投影坐标系？

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，而后者则是基于球体或旋转椭球体的。

在投影坐标系中，通过格网上的 x,y 坐标来标识位置，其原点位于格网中心。每个位置均具有两个值，这两个值是相对于该中心位置的坐标。一个指定其水平位置，另一个指定其垂直位置。这两个值称为 x 坐标和 y 坐标。采用此标记法，原点坐标是 x = 0 和 y = 0。

在等间隔水平线和垂直线的格网化网络中，中央水平线称为 x 轴，而中央垂直线称为 y 轴。在 x 和 y 的整个范围内，单位保持不变且间隔相等。原点上方的水平线和原点右侧的垂直线具有正值；下方或左侧的线具有负值。四个象限分别表示正负 X 坐标和 Y 坐标的四种可能组合。

 

常用投影

高斯-克吕格 (Gauss-Krüger) 投影:此投影与墨卡托投影类似，不同之处在于圆柱沿经线而不是沿赤道与地球相切。通过这种方法生成的等角投影不会保持真实的方向。

墨卡托 (Mercator) 投影：最初设计该投影的目的是为了精确显示罗盘方位，为海上航行提供保障，此投影的另一功能是能够精确而清晰地定义所有局部形状。

 

由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，故其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。

方法：

1、几何透视法：几何透视法是利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面上的一种投影方法。如假设地球按比例缩小成一个透明的地球仪般的球体，在其球心或球面、球外安置一个光源，将球面上的经纬线投影到球外的一个投影平面上，即将球面经纬线转换成了平面上的经纬线。

2、数学解析法：数学解析法是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。

几何透视法是一种比较原始的投投影方法，有很大的局限性，难于纠正投影变形，精度较低，当前绝大多数地图投影都采用数学解析法。大多数的数学解析法往往是在透视投影的基础上，发展建立球面与投影面之间点与点的函数关系的，因此两种投影方法有一定联系。

分类方法：

1、按变形性质：等角投影、等积投影、等距投影和任意投影。

 

 2、按正轴投影时经纬网的形状：（1）几何投影：方位投影、圆柱投影和圆锥投影；（2）条件投影：伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影。

3、按投影轴与地轴关系：正轴投影（重合）、斜轴投影（斜交）、横轴投影（垂直）。

4、按投影面与地球表面关系：切投影、割投影。

 

 

 

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。

当更改基准面或修正基准面时，地理坐标系（数据的坐标值）将发生改变

 

 

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。

 

区域基准面

局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。

区域基准面的坐标系原点不在地心上。区域基准面的旋转椭球体中心距地心有一定偏移。NAD 1927 和欧洲基准面 1950 (ED 1950) 都是区域基准面。NAD 1927 旨在尽可能与北美洲吻合，而 ED 1950 是为欧洲而构建。因为区域基准面的旋转椭球体只与地表某特定区域吻合得很好，所以它不适用于该区域之外的其他区域

 

 

 

 后面关于地图投影将持续更新，希望大佬指点。