ArcGIS中的坐标系

今天将解决以下问题：1.分清地理坐标系和投影坐标系2.什么地区选什么带号3.如何使用有关“坐标系”的三个工具
今天的内容有点多，咱一次性说明白，可以先收藏，之后遇到再翻也方便（暗示收藏、转发、再看(≧∇≦)）ArcGIS 无疑是应用最广的GIS 软件，上手的第一个“拦路虎”就是坐标系，很多人对坐标系的概念理解方面和实际操作方面不太清楚，对于有些学规划的小伙伴简直就是噩梦啊，会出现cad文件导入ArcGIS里面咋就没坐标了呢？图层要素为啥不在一个平面上？等问题。

所以呢，我就以ArcGIS为工具介绍坐标系的基本概念以及常用操作作为开始（大佬请绕行）。

01

两种坐标系

在ArcGIS中，我们遇到的坐标系一般有两种：①地理坐标系②投影坐标系先看几个定义

地理坐标：就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。
地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系。
地图投影：是按照一定的数学法则将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，使地面点位的地理坐标（φ，λ）与地图上相应的点位的平面直角坐标（x，y）或平面极坐标（δ，ρ）间，建立起一一对应的函数关系，能够实现由地球椭球面向地图平面的科学转变。
看完定义是不是很懵，简单点来说，就是将原来用于表示三维立体的经纬度经过一系列“不可描述”的数学法则转换成的平面二维坐标对。如果还是不明白下面用图来说明。
至于是什么数学法则，建议查阅相关资料，要注意的是，坐标系是数据或地图的属性，而投影是坐标系的属性。
我们必须先有个概念，地理坐标系经过投影后变成投影坐标系，立体向平面的转变，投影坐标系因此由地理坐标系和投影组成，投影坐标系必然包括有一个地理坐标系
(上图数据均为练习数据，以某日国内累计新型冠状病人数为例)
一个数据或一张地图一定有坐标系，而一个坐标系可以有投影也可以没投影，但有投影坐标系就一定有地理坐标系,可以看出地理坐标系的单位是度，投影坐标系的单位是米，以我某日闲来无事做了个国内新冠病毒分布为例，都是同样的数据，比例尺相同，设置相同（图片可能不清晰，可以后台回复"新冠"查看高清图），唯一不同的是上图是地理坐标系WGS_1984，下图是WGS_1984_UTM_Zone_49投影坐标系，同样都是经纬网，地理坐标系的经纬网横平竖直，投影坐标系类似球面有曲度，同样是中国地图，投影之后的地图感觉被压缩，其实是以经度110°为中心向两边将地图展开，尽可能的用平面图去拟合地球曲面，这就是感官上最明显区别。
再仔细看相同地区投影前后形状有所变化，当发生面积、角度、长度等的变化，称为形变。为什么会发生图的形变，那是因为地图投影解决由球面向平面的转换，并不能保持平面与球面之间长度（距离）、角度（形状）、面积等方面完全不变（想想下将地球比作一个橘子，如果要将橘子皮变成平面，靠近橘子中间的部分或许可以不被剥破，但靠近橘子两头的皮则一定会被扯破，但不能让它破了，就只能拉伸）

如果仅仅只是作图的话，没必要深究投影到底发生了什么数学变换（学霸忽略，有兴趣的小伙伴可以了解下《新编地图学》第二章地图的数学基础），直观上了解两个坐标系有啥区别就可以啦，小区域作图，感官上两个坐标系显示没有太大的区别，可以根据需求选择相应坐标系，某些特定的时候，投影坐标系很有必要，（个人会喜欢将数据都转换成需要的投影坐标，方面后续数据空间分析等）。
比如做某些项目，项目会规定用CGCS2000坐标3°带，那所有的数据都必须是这个坐标系(Tips：作图之前养成一个良好的习惯，把所有数据坐标系统一，这会省去很多麻烦），因为地理坐标系虽然对空间位置有利，但难以进行距离、方位、面积的量算，所有需要投影坐标系要计算要素的面积、长度等信息，说到计算面积有的小伙伴就会问，矢量数据面积、长度、坐标等好计算，栅格数据怎么计算呢，不着急，后面慢慢道来。
举个
WGS_1984_UTM_Zone_46NWGS_1984:指出了其地理坐标系为"GCS_WGS_1984".UTM_Zone_46N:使用的投影名为"通用横轴墨卡托(UTM,Universal Transverse Mercator)"其投影带为北半球第46带,"中央经线"为93°在ArcGIS属性里面可以更加详细看到其他参数信息

主要关注地理坐标系和投影信息，如果想了解其他参数含义可以参考ArcGIS技术文档。

02

3度带、6度带傻傻分不清

“坐标系”图里面举例了几个坐标系，看起来相似，细看差别大着呢，国际上通用最常见的地理坐标系是WGS84，但由于地区差异，我国有自己的地理坐标系，如CGCS2000、北京54、西安80等，虽然投影类型五花八门，但是我国基本比例尺地形图除1:100万采用兰勃特投影（Lambert）外，其他均采用高斯-克吕格投影，为减少投影变形，高斯-克吕格投影分为3度或6度带投影。咱们以常见的为例，来聊聊投影带以及投影带计算方式。
地理坐标系根据需求可以选择，投影带如何选择，表面上关乎图好不好看，更深层次关乎数据的精度。
仔细观察下这张图和上面两张图有什么区别（图例等要素位置不同咱就别说了）
这张图用的是WGS_1984_UTM_Zone_46N投影坐标系，中央经线为93°，相对于上面的图，这张图“歪了”，这就是不同投影带的差别，靠近中央经线的地区形变最小，越远形变越大，所有根据经纬度选择对应的投影带也是很重要的哟。

计算UTM投影带很简单，计算公式如下：

北半球地区，选择最后字母为“N”的带，南半球“S”

带号=（经度整数位/6）的整数部分+31

例如汶川县东经102°51′～103°44′

103/6≈17+31=48

即：WGS_1984_UTM_Zone_48N

如果跟我一样懒得计算就对照下表，极其方便（收藏、转发、在看，素质三连）

解决完国际通用之后解决国内特有：①CGCS2000_3_Degree_GK_CM_105E②CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35③CGCS2000_GK_CM_105E④CGCS2000_GK_Zone_18继续①3°分带下的35带投影（横坐标没有带号）②3°分带下的35带投影（横坐标有带号）③6°分带下的18带投影（横坐标没有带号）④6°分带下的18带投影（横坐标有带号）一般，在我国标准地形图上，X坐标的前两位代表所在分度带带号，其余的表示X坐标，为啥要加带号......因为规定。哦~怎么去选，根据具体项目要求任君选择（咱不能直接拿项目直接来说事，要是泄露了数据可咋办，咱也不能凭空捏造、暗度陈仓、无中生有......）但我可以告诉你怎么计算3度带、6度带。3度带带号=（经度+1.5°）/3取整6度带带号=（经度+6°）/6取整例如，不例如了，直接上表
有些教程会说大比例尺用3°带，小比例尺用6°带，咱这里说清楚，1：1万比例尺的地形图按3°分带，1：2.5万~1：50万比例尺地形图按6°分带，可能...大概...也许...有些小伙伴分不清比例尺的大小，比如曾经的我......1：1000和1：10000哪个大呢，1/1000＞1/10000，看成比值就好比较啦。

03

实战

在ArcGIS软件里面有三个常用的工具与坐标有关的工具，分别是：

①定义坐标

此工具对于数据集的唯一用途是定义未知坐标系。使用此工具前，必须已获知该数据集的正确坐标系。

注意：这里定义的可以是栅格数据也可以是矢量数据，只要它本身没有坐标，但是你知道它正确的坐标，就可以用这个工具去定义。
什么时候会出现这种情况呢，比如，CAD的dxg等数据加载到ArcGIS里面是没有坐标系的，但是在CAD画图的时候是有坐标系的，这时候就可以用这个工具去定义正确的坐标系，所以当你拿到一个CAD文件的时候就一定要问画图小哥哥用的是什么坐标系。
②投影将空间数据从一种坐标系投影到另一种坐标系。矢量数据专用。注意哦，这里的矢量数据必须要有坐标系。

③投影栅格

将栅格数据集从一种投影变换到另一种投影。同样的，这里的栅格数据必须要有坐标系。

总结：当数据（无论矢量、栅格，如果是一张已出图的图像，这又是另一种情况，后续具体举例）没有坐标系又知道其正确坐标系时，用“定义投影”工具定义坐标系，当矢量数据需要转换坐标时，用“投影”工具，当栅格数据需要转换坐标时，用“栅格投影”工具。

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ArcGIS坐标系统与投影变换（PPT可下载）

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