GIS中坐标系相关知识及投影工具的使用

ArcGIS的入门有两大难点：坐标系和属性表，如果掌握了GIS中的坐标系和属性表操作之后，基本上就可以用ArcGIS做一些数据处理了。

这次就先讲解下坐标系的相关知识及“定义投影”和“投影”工具的使用，GIS中的坐标系分为两大类：地理坐标系（英文简写GCS，Geographical Coordinate System）和投影坐标系（英文简写PCS，Projection Coordinate System），简单的可以把地理坐标系理解为空间三维球面坐标系，投影坐标系即为平面直角坐标系，投影坐标系是地理坐标系通过不同的投影方式转换而得到的。常用的投影方式有墨卡托投影、高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)、UTM投影等等。

1. 投影坐标系与地理坐标在ArcGIS中界面显示的区别

如果数据框是地理坐标系，页面的右下角显示的单位则是十进制度（如果不在数据框属性里对其坐标系进行设置，数据框就会以加载进来的第一个图层的坐标系作为它的坐标系），后面加载图层进来，系统会进行一个动态的投影，使图层的坐标系动态转换为数据框的坐标系（但实际上图层的坐标系是没有变化的，只是视觉上给我们一个假象，可能理解起来有点拗口，举个简单的例子，王者荣耀中有个叫元哥的英雄，他的一技能是伪造一个敌方的英雄，使敌方把这个假英雄视为自己同一队列的人，而他自己的真身是没有变的。这样做的目的是为了在视觉上达到一致的效果，在相同的数据框坐标系下可以更好的看出不同图层在空间位置上的分布）

（这就是伪装的作用，创造视觉上的假象）

如果数据框是投影坐标系，页面的右下角显示的单位则是米，后面加载的图层进来，同样会对图层进行一个动态投影，使图层的坐标系动态转换为数据框的坐标系。

地理坐标系的图层与投影坐标系的图层在属性里也会有所区别，可以对比上下两张属性截图。

2. 在什么情况下需要将地理坐标系转换为投影坐标系？

当我们需要计算图层的长度、面积或者对图层进行空间分析的时候，需要将地理坐标系转换为投影坐标系。例如对某个点图层进行缓冲区分析、欧氏距离分析、泰森多边形分析、邻近点距离分析……的时候就需要先将其转换为投影坐标系，基本上涉及到距离的分析都是要先将需要分析的图层的坐标系转换为投影坐标系的。

3. 常见的地理坐标系统

（1）WGS84

美国GPS使用的一个全球地理坐标系统，osm地图、谷歌地图（国外版）、Landsat系列卫星影像图等均使用wgs84地理坐标系，，WGS84使用极其广泛。

（2）CGCS2000

我国的GPS系统-北斗导航系统以及国家发行的“天地图”，用的是这一套地理坐标系统，中文名“中国国家2000地理坐标系统”，目前在国土空间规划中要求统一使用CGCS2000坐标系。

（3）高德、百度坐标系

高德和百度坐标系就是我们俗称的火星坐标系，高德坐标系英文简写GCJ02，是在WGS84坐标系的基础上通过加密算法形成的；百度坐标系英文简写BD09，是在高德加密的基础上二次加密；之所以进行复杂的加密算法，是处于国家保密的需要，在军事对抗中，差之毫厘则失之千里。

在规划云网站中可获取某个位置的三种坐标系下的坐标，网址:http://www.guihuayun.com/tools.php?id=10

4. 常见的坐标投影方式

（1）高斯克吕格（Gauss - Kruger）

具体的投影原理就不多说了，毕竟不是地信专业出身，作为一个像我这样的城规专业小学渣已经够用了。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度带或6度带投影。，如下图所示，按国家规定我国1：2.5—1：50万地形图均采用6度分带（基本上是省域尺度的）；1：1万及更大比例尺地形图采用3度分带（基本上是市域尺度以下的），以保证必要的精度。如果不知道选取多少度带的投影，可以点进去看一下不同带号的中央经线，然后根据研究区域的所在的经纬度选择相应的带号。加带号的目的是因为高斯-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，为了区别某一坐标系统属于哪一带，通常在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。

（2）UTM投影（通用横轴墨卡托投影）

UTM投影现在采用WGS84地理坐标系统进行投影，很多遥感影像图用的就是UTM投影出来的投影坐标系统。

（3）网络墨卡托（WebMercator）投影

我国的高德、百度、腾讯地图，谷歌地图（国内国外均）、osm地图都用了网络墨卡托来平面化展示，只不过国内高德、百度和腾讯地理坐标系统都经过了加密处理。

（4）兰伯特（Lambert）和阿尔伯斯（Albers）投影

我国的全国图一般采用阿尔伯斯投影，我国省区图一般采用兰伯特圆锥投影。两种坐标系如下图所示：

5. “投影”与“定义投影”的区别

很多同学在刚开始使用投影工具的时候都会误用为“定义投影”，我们可以对比一下两个工具帮助栏的介绍，定义投影工具很明确地指出此工具对于数据集的唯一用途是定义未知或不正确的坐标系，如果对已有坐标系的数据集使用此工具，会覆盖它原来的坐标系，例如你把一个原来是地理坐标系的图层直接定义为投影坐标系会导致它在界面上消失的。正确的做法是使用投影工具进行坐标系转换，需要注意的是不同的投影坐标系之间不可以直接进行转换，需要先将其转换为未经投影的地理坐标系，然后再转换为投影坐标系；不同的地理坐标系之间的转换在ArcGIS中能够直接转换的类型有限，例如百度、高德与WGS84之间就不可在ArcGIS中实现。

“投影”工具适用于点、线、面等shpfile数据，如果数据是栅格类型的，对其坐标系的转换可采用“投影栅格”工具。

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ArcGIS关于投影与定义投影（以CGCS2000为例）

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