ArcGIS中的坐标系

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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。

完(●ˇ∀ˇ●)

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