GIS基础教程之坐标系

“ 最近帮助学弟学妹做毕业设计还有其他咨询解答发现，很多使用GIS的同学搞不清一些关于GIS的基本概念，在这里出一些基础教程统一进行解答”

GIS基础是坐标系，坐标系如果错了，后面全都对不了，在这里用比较简略和通俗的语言对坐标系进行介绍，如果有大神发现有啥错误纰漏欢迎指正哈。

我设想了两篇基础教程，坐标系是第一篇，第二篇是关于GIS常用数据格式与ArcGIS数据交换基础，如果有人想了解其他的，欢迎留言，看看能不能做成一个系列。

本文主要讲了以下几个问题：

1、坐标系基本概念（下文1，2，3节）

2、如何选择投影坐标系（第4节）

3、各种坐标系之间的转换（第5节）

4、经纬度格式转换方法（第6节）

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坐标系的分类

首先介绍坐标系的类别，坐标系分为两大类：

1、地理坐标系（Geographic Coordinate System, GCS）

2、投影坐标系（Projected Coordinate System, PCS）

一份数据，或者一张地图，一定有坐标系，但是不一定有投影！

地理坐标系是没有投影的，只有投影坐标系是有投影的！

坐标系就如同一个橘子：

地理坐标系就是一个完整的橘子，球体。

投影坐标系就是一个剥开的橘子皮，在桌子上铺开压上的那种。

简单来说，把地图投影的过程就是一个剥橘子的过程。不要关注我的蜜汁画风，领会精神就好

橘子瓣中间那个黑线，就是中央子午线啦

橘子瓣不太好划，你们就当它是均匀的吧

有的瓣比较大，你可以把它当成6°带，瓣小的，就是3°带了。

地理坐标系和投影坐标系最容易区分的地方就是它们的单位不一样：

地理坐标系  度°分'秒"

投影坐标系 米m

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地理坐标系

中科院地理所李郎平老师的这篇文章对于坐标系的基本概念讲述的很清楚了，我就不过多赘述，只在这里补充说明一些我认为比较重要的地方。有兴趣的同学可以详细阅读下面李郎平老师的文章：

在这里简单介绍一下常用的地理坐标系，在我国，最常见的就是北京54（Beijing54），西安80（Xian80）和国家2000（CGCS2000）坐标系。其中北京54和西安80是参心坐标系，国家2000是地心坐标系。国家2000坐标系是适用于卫星定位系统的坐标系，在精度要求不高的情况下可以定义为美国WGS_84坐标系。

全国地理信息资源目录服务系统发布的全国1：100万地理数据库即采用CGCS2000坐标系，目前我国所有的新生产测绘成果也均要求采用CGCS2000坐标系。

地理坐标系的特征，单位是度，在ArcGIS右下角显示如下：

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投影坐标系

将地理坐标系进行投影后，即得到投影坐标系。最常用的适用于我国的地图有以下几种：

1、高斯克吕格（Gauss Kruger）投影

是以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。

2、通用横轴墨卡托（Universal Transverse Mercator, UTM）投影

其实质是等角横割圆柱投影，它是以圆柱为投影面，使圆柱割于地球椭球体的两条等高圈上，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的经纬线投影到圆柱面上，再将其展成平面而得。

（UTM投影和高斯克吕格投影的区别：

（1）中央经线长度比不同，UTM投影是0.9996，而高斯-克吕格投影是1。

（2）带的划分相同，而带号的起算不同。

（3）对于中、低纬度地区，UTM投影的变形优于高斯-克吕格投影。

（4）西方国家（美、英、德、法）多采用UTM投影作为国家基本地形图投影，东方国家（中、苏、蒙、朝）多采用高斯-克吕格投影作为国家基本地形图投影。

3、兰伯特正形圆锥（Lambert Conformal Conic）投影

多用于国家和区域制图，东西方向的区域。正形投影中角度是真实的，距离只有在沿标准基线方向是真实的。两条基准纬线，是由地图制作人员选定。兰伯特正形圆锥投影，保证了地图形状的准确性。

4、阿尔伯斯等面积圆锥（Albers Equal Area Conic）投影

和兰伯特正形圆锥投影类似，同样需要定义两条基准纬线。不同的是阿尔伯斯投影是等面积投影，地图的面积和真实面积相同。地图存在形状和距离的变形。

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投影坐标系的选择

上面讲了坐标系的基本概念，下面就是比较实在的内容了。如何选择投影坐标系呢？以下用几种常见的情况来概况一下坐标系的选择方法：（1）研究区东西跨度较小，数据来源主要为遥感影像

当使用遥感影像作为主要的数据来源时，且研究区域较小时，可以使用UTM投影。例如，使用Landsat数据研究城市土地利用变化、热岛效应等，这种情况下一般采用UTM投影，由于卫星数据自带投影信息，统一采用卫星影像的投影信息即可。

石家庄温度分布图

以石家庄热岛效应温度分布图为例，石家庄温度分布图是使用Landsat影像反演而来，坐标系如上，WGS_84坐标，UTM投影，带号50N，中央子午线117度。中央子午线为什么是117度呢？因为石家庄经度范围113°31′～115°29′E，UTM投影6度带分带，50N处于114°~120°范围内，石家庄大部分区域处于这个投影带范围内，因此使用WGS84_UTM_50N投影。

（2）研究区东西跨度较小，数据来源为国内地形数据

国内小范围地形数据目前大多采用CGCS2000坐标系，高斯克吕格投影，如下图所示，烟台市芝罘区区界，即采用CGCS2000坐标系，高斯克吕格投影，3度带分带，带号40，中央子午线120度。以此类数据为基础数据进行制图和分析时，应该将其他种类数据统一转化为上述投影坐标系。

（3）研究区范围大，全国及省区制图

在这种情况下高斯克吕格投影和UTM投影就不再适用了，全国和省区往往跨了好几个3°带甚至6°带，这种情况下高斯克吕格或UTM投影的变形不再可以接受，这时就需要使用阿尔伯斯等面积投影或兰伯特正形圆锥投影。

WGS84坐标阿尔伯斯等面积投影

WGS84坐标兰伯特正形圆锥投影

由于ArcGIS中默认的都是WGS84坐标系统，而我国使用的是CGCS2000系统，这个时候最好是自定义修改一下坐标文件。选择投影后，在上面右击，Copy and Modify，复制并修改

对投影坐标系信息进行修改，如上图所示，红色条纹指向为中央子午线，绿色条纹指向为标准基线1，现在第一条标准纬线是15°N，第二条是黄色条纹指向，65°N，以上都可以根据具体情况进行自定义。蓝色箭头指向就是地理坐标系统的定义了，现在是WGS84坐标，在我国可以改为CGCS2000坐标系。

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坐标系的转换

坐标系的转换是一个复杂的问题，在这里就不对七参数、四参数转换进行详细的介绍了，仅对ArcGIS数据转换进行介绍，这个也是用的最多的情况。

矢量数据的转换：

ArcToolbox-Data Management Tools-Projections and Transformations-Project

矢量数据应该使用数据管理工具-投影和变换-投影工具进行投影。

1是要进行投影变换的要素

2是变换后输出要素的存储目录

3为输出数据的坐标系统

栅格数据的转换：

ArcToolbox-Data Management Tools-Projections and Transformations-Raster-Project Raster

栅格数据需要使用数据管理工具-投影和变换-栅格-投影栅格工具进行处理

红色括号部分和上面矢量数据的投影变换设置方法一致

红色箭头部分是栅格数据处理经常遇到的设置参数，重采样方法：

NEAREST最临近法，运行速度最快也最常用的方法

BILINEAR双线性法

CUBIC三次立方法

MAJORITY大多数法

离散的数据，如土地利用分类栅格，适合使用NEAREST和MAJORITY方法，连续的数据，如DEM，适合使用BILINEAR或CUBIC方法。

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经纬度格式转换

几种方法：

在线转换：

http://www.gzhatu.com/du2dfm.html

网上有很多经纬度在线转换网站，方便省事，傻瓜操作，缺点是只能一个个来，比较慢

EXCEL：

初始数据是度分秒在一个单元格中，为了便于展示，分了两步计算

首先将度分秒单独存放，生成新的度分秒三列

度

=LEFT(B2,FIND("°",B2)-1)

从“°”左边开始取值，取值到“°”的前一个，也就是119

分

=MID(B2,FIND("°",B2)+1,FIND("'",B2)-1-FIND("°",B2))

MID是截取字符串函数

第一个参数，B2，是要截取的单元格

第二个参数，FIND("°",B2)+1，所截取的字符开始位数，也就说，从“°”后面第一个字符开始截取

第三个参数，FIND("'",B2)-1-FIND("°",B2)，需要截取的字符位数

秒

=MID(B2,FIND("'",B2)+1,FIND("""",B2)-FIND("'",B2)-1)

在这里，同样适用MID函数，有一点要注意的就是秒的截取长度，在这里，秒要用双引号，只有这样才能正确截取

然后转化为小数点：

Lat

=E2+F2/60+G2/3600

做好的EXCEL下载链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1y_SxWXwNOAZmCt1HIWi66w

提取码：otlo