ArcGIS中的坐标系及一些坐标系常见问题

地理空间的数学基础是空间分析的基准，在GIS中，所有的空间数据都要划归到统一的空间参考下才可以进行进一步的空间分析。地球空间参考解决的是地球的空间定位和数学描述问题，投影解决的是将地球曲面信息映射到二维平面。

01几个名词

• 地球表面

地球表面是凹凸不平的，对于测量来说，无法用标准的数学公式来进行建模表达

• 大地水准面

由德国的大地测量学家利斯延于1873提出。假设海水面处于静止平衡状态下，将其延伸到大陆下面，构成一个遍及全球的闭合曲面，这个曲面就是大地水准面。

• 旋转椭球体

在测绘工作中用以模拟地球形状和大小的旋转椭球，用于代表地球大小和形状的数学曲面，大小和形状通常用长半径和扁率来表示。

• 参考椭球体

具有一定几何参数、定位及定向的用于代表某一地区大地水准面的地球椭球

• 大地基准面

用于尽可能与大地水准面贴合的一个椭球曲面，人为规定的，一个椭球体可以确定多个水准面。

02常用参考椭球

如下图所示，从凹凸不平难以用数学建模的地球自然表面再到参考椭球，整个过程是在逐层逼近。

限制条件不同、研究方法不同，得到的地球椭球也不同，因此目前使用的参考椭球种类非常多，我国常用的参考椭球主要有

【注：CGCS2000和西安80坐标系变率，从小数点第6位开始有差异】

有了参考椭球之后，指定大地水准面，即可以建立局部地区的地理空间坐标系统。

03 坐标系统分类

教科书上关于地理空间坐标的分类更加具体，但是实际上我们常用的就两类，地理坐标系（球面坐标系）和投影坐标系（平面坐标系）。

3.1 地理坐标系

地理坐标系（球面坐标系）是以经纬度为单位的地球坐标系统，包含两个重要部分，即地球椭球体（Spheroid）和大地基准面（Datum）。

当然，根据坐标原点的不同，地理坐标系又细分为参心坐标系和地心坐标系。

1. 参心坐标系

参心坐标系是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系，参心即指参考椭球的中心。目前我国比较常用的参心坐标系为：

北京54坐标系：克拉索夫斯基椭球体

西安80坐标系：IAG75椭球体

2. 地心坐标系

地心坐标系是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面建立的大地坐标系。我国常用的地心坐标系及椭球分别为：

WGS84坐标系：WGS84椭球体（GPS星历的坐标系，全球统一使用，最新版于2002年修正）

CGCS2000坐标系：CGCS2000椭球体（事实上，CGCS2000椭球和WGS84椭球极为相似，偏差仅有0.11mm，完全可以兼容使用）

我国常见的地理坐标系如下图：

3.2 投影坐标系

投影坐标系是利用一定的数学法则，将地球上的经纬网表示到平面上，属于平面坐标系，数学法则指的是投影类型。

同样根据坐标原点的不同，投影坐标系也分为参心坐标系和地心坐标系。

投影坐标系的种类是非常多的，我国常见的投影坐标系有：

①

②通用横轴墨卡托投影（UTM投影）

--横轴等角割圆柱投影

UTM投影=0.996高斯投影

基于纬度80°S和84°N，中央经线投影后，是原长度的0.996倍

我国各种遥感影像的常用投影--在ArcGIS中的定义

WGS_1984_UTM_Zone_50N【WGS1984的GCS下，进行UTM投影，投影带是50N】

③墨卡托投影--正轴等角圆柱投影         

无角度变形面积变形较大，随远离纬度而增大

具有等角航线表示成直线的特性，广泛用于编制航海航空图

④兰伯特投影（Lambert）--等角圆锥投影

无角度变形

⑤阿伯斯投影（Albers）

⑥Web墨卡托（Web Mercator）

以上是我国一些比较常用的投影，各个投影的应用场景大致如下：

04坐标系转换

4.1 基本概念

GIS中的坐标系转换说到底还是空间直角坐标系的移动、旋转问题。上一章提过不管是地理坐标系还是投影坐标系，都可以分为参心坐标系和地心坐标系。

在进行投影转换时，只要设计到椭球体的变化，就需要相应的参数，而参心坐标系和地心坐标系所需要的参数又是不一样的，具体如下：

地心坐标系的原点为地球质心，因此不涉及原点的变化，只要3参数即可，而参心坐标系需要考虑原点。

4.2 ArcGIS中的坐标转换

1. 地理坐标系转地理坐标系【以WGS84转西安80为例】

①【Toolbox】-【数据管理工具】-【投影和变换】-【投影】  

②设置相应的输入输出参数【Wgs84-西安80，坐标原点是不一样的，需要7参数进行转换，7参数在我们国家是保密的，需要去测绘局找

③ 【Toolbox】-【数据管理工具】-【投影和变换】-【投影】

④设置相应参数

⑤回到步骤②，选择设定的地理变换参数，进行投影

2. 地理坐标系转投影，不涉及椭球体变换

05 一些坐标系常见问题

5.1坐标信息缺失

提示信息：以下添加的数据源缺少空间参考信息，虽然可以在ArcMap中绘制这些数据，但不能投影

解决办法：

一般来说，这种数据其实是有问题的，应该直接和数据生产部门沟通，但是大部分这种情况是网上找的数据，所以也不知道是谁生产的数据，这里提供一个可以用的方法

（1）查看图层属性，确定图层的范围

红框中可以看出图层的范围是73到135,3到53，很明显这是经纬度，所以可以给图层设置为地理坐标系

（2）给图层添加地理坐标系（定义投影工具）

5.2 地理坐标系转投影坐标系（自定义地理坐标转换）

一般情况下，图层的坐标点由经纬度表示，单位为度，这是地理坐标系（地理坐标系是地球椭球体上的坐标，用经纬度表示）。但是当需要计算距离、面积等属性的时候，坐标点的单位必须是长度单位，这是投影坐标系（投影坐标系是地球椭球体投影在平面上后的坐标，即平面坐标，用长度表示）。

例如，图层坐标系（地理坐标系 WGS 84）  转换为  投影坐标系 CGCS 2000 来计算图层面积。转换方法为：

1.在搜索栏中搜索 自定义地理（坐标）转换

2.地理（坐标）变换名称：自己定（我定为WGS84-CGCS2000）

3.输入地理坐标系：即选择转换前的坐标系，即图层的坐标系（地理坐标系 WGS 84） 

（1）方法一：直接选择图层坐标系

（2）方法二：选择世界地理坐标系：地理坐标系——World——WGS 1984

3.输出地理坐标系：即选择转换后的坐标系，即想要得到的坐标系（投影坐标系 CGCS 2000 ）：投影坐标系——Gauss Kruger——CGCS2000——CGCS2000 GK CM 105E

根据图层地理位置，选择6度带，我的地图中心为105E（大比例尺选用3度带，小比例尺选择6度带，大小以1：5万分界）

4.选择方法：默认第一个方法

然后确定，最后界面如下：

5.运行完成后，生成的新图层会显示在内容列表中。但是由于这个工程文件是地理坐标系，因此要正确读取这个图层的数据，需要打开一个新的ArcMap（一般情况下不要新建，否则会把当前工程给冲掉），然后导入这个图层，此时就可以计算需要的长度、面积等属性了。

来源：地理信息论坛

END