ArcGIS中的坐标系知识大全!

发布于 2022-01-01 21:23:31

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

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。

01

两种坐标系

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在ArcGIS中,我们遇到的坐标系一般有两种:

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,坐标系数据或地图的属性,而投影坐标系的属性。

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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)

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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。

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举例:WGS_1984_UTM_Zone_46N

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WGS_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

解决完国际通用之后解决国内特有:

①CGCS2000_3_Degree_GK_CM_105E

②CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35

③CGCS2000_GK_CM_105E

④CGCS2000_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。

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

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。

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