ArcGis中的地理坐标系和投影坐标系？

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ArcGis中的地理坐标系和投影坐标系？

1、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。下图将地球显示为具有经度和纬度值的地球。在球面系统中，水平线（或东西线）是等纬度线或纬线。垂直线（或南北线）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。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。用 X 表示经度值并用 Y 表示纬度值可能会有帮助。这样，显示在地理坐标系上定义的数据就如同度是线性测量单位一样。此方法与普通圆柱投影基本相同。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。）在赤道上方和下方，用来定义纬度线的圆将逐渐变小，直到最终在南极点和北极点处变为一个点，所有经线均在此处相交。由于经线沿极点方向逐渐集中，所以一经度所表示的距离最终将减小为零。在Clarke 1866 旋转椭圆体上，赤道上的一经度等于 111.321 km，而在纬度为 60°度位置，只有55.802 km。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。

在坐标系间移动数据时，有时会包括在地理坐标系间进行变换。

由于地理坐标系包含基于椭圆体的基准面，因此地理变换还会更改基础椭圆体。在基准平面间进行变换的方法很多，这些方法具有不同的精度和范围。特定变换的精度范围可以从厘米到米，具体要取决于方法和质量，以及可用于定义变换参数的控制点数量。地理变换始终在特定的方向上定义。上图显示了从 1927北美洲基准面 (NAD) (North American Datum(NAD) 1927) 向 1984 世界大地坐标系(WGS) (World Geodetic System (WGS) 1984) 进行的变换。使用地理变换时，如果未指出方向，应用程序或ArcMap 等工具会自动处理方向性。例如，如果从 WGS1984 向 NAD1927 转换数据，可以选取一个名为 NAD_1927_到_WGS_1984_3的变换，然后软件即可正确应用它。(ArcMap会自动加载一个地理变换。它被设计用于美国本土的 48 州在 NAD1927 和 NAD 1983 之间进行变换。）北美数据的一般变换发生在 NAD1983 和 WGS 1984 之间，例如在GCS_North_American_1983 和GCS_WGS_1984 地理坐标系之间。有关如何确定在 NAD 1983 和 WGS1984 之间使用哪种变换的提示，请参阅ESRI 支持知识库文章 24159。地理变换始终都会转换地理（纬度–经度）坐标。某些方法会将地理坐标转换为地心（X、Y、Z）坐标、变换 X、Y、Z 坐标，最后再将新值转换回地理坐标。

这些方法包括地心变换、莫洛金斯基方法和坐标框架方法。

2、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。在地理坐标系中处理数据时，有时用 X 轴表示经度值并用 Y 轴表示纬度值很有用。

ArcGIS文档文件夹的projected_coordinate_systems.pdf文件中提供了受支持的投影坐标系列表。

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