1、三、空間坐標系統 空間坐標系統類型空間坐標系統類型 定義空間數據的坐標系統信息 空間坐標系統轉換 空間數據與其它數據的最大區別在于空間數據具有空間位置信息。 空間位置可以由不同的坐標系統來描述，同一實體，在不同坐標系統中具有不同坐標值。 坐標系統分地理坐標系統（Geographic Coordinate System，GCS）和投影坐標系統（Projected Coordinate System，PCS）兩大類型。 以經度和緯度表示任何一點的位置。經度是觀測點所在子午線與初始子午線之間的角度（大多數GCS以格林威治為初始子午線，也有一些國家選用其他地方為初始子午線）；緯度是觀測點與赤道之間的角

2、度。地理坐標系統1 經度和緯度一般是以十進制度或度分秒（DMS）來表示。緯度值從90（南極）到90（北極）；經度自西向東從180到 180。 經緯度的測量首先是要建立大地測量基準（Datum） ，即確定地球橢球數據、橢球的定位和定向以及大地原點等參數。 地球橢球數據是指地球的形狀與大小，一般用長半徑a（赤道半徑）、短半徑b（極軸半徑）以及扁率f =（(a-b)/a）來定義。 橢球的定位和定向是指橢球的位置與指向。 大地原點是指國家大地控制網起算點，地球橢球模型與實際地球在該點是完全重合。 由于地球表面是一個起伏不平、十分不規則的表面，因此不可能建立一個與實際情況完全一致的模型。因此，一個國家或

3、地區在建立大地坐標系時，為使地球橢球面更切合本國或本地區的自然地球表面，往往需選擇合適的橢球參數、確定一個大地原點的起始數據，并進行橢球的定位和定向。 同一點采用不同的大地測量基準，所得到的坐標值是有差異。WGS84、NAD27大地測量基準所定義的橢球面與實際的地球橢球面比較 由于采用不同資料推算，目前有幾百種地球橢球體參數定義。名稱年代短半軸扁率Bessel1841 63560791:299.15Clarke188063565151:293.50海福特（Hyford） 191063783881:297.00克拉索夫斯基194063568631:298.30WGS 721972 6378135

4、 1:298.26WGS 841984 63781371:298.26常用的橢球體數據 1954年以前我國采用美國海福特橢球參數。 新中國成立初期，我國采用克拉索夫斯基橢球參數，大地原點是原蘇聯的普爾科沃，利用該基準建立的坐標稱為北京54坐標。 由于54坐標存在許多缺點和問題，1980年，采用了1975年國際大地測量學聯合會第16屆大會上的推薦的地球橢球定義，大地原點定在我國中部地區的陜西省涇陽縣永樂鎮，利用該基準建立的坐標稱為西安80坐標。 目前GPS所采用的坐標系統是World Geodetical System-84（世界大地坐標系-84）， 簡稱WGS-84坐標。 采用的Datum不同

5、，同一控制點或明顯地物點所計算出來的地理坐標是不一樣的，位置誤差可以達到1km。 地球橢球面是曲面，地圖是平面。地球橢球面不能直接展開成平面，只能通過投影方式把地球表面上的點投影到平面或可展開為平面的圓柱面或圓錐面上。 投影坐標系統是以平面直角坐標（x，y）表示地面點與坐標原點的距離。投影坐標系統2 平面直角坐標（x，y）與經緯度（， ）可用兩個方程式表示： x = f1(，) y = f2(，) 由于平面直角坐標是從地理坐標轉換而來，因此，坐標值同樣與Datum有關。 有三種基本類型投影： 圓錐投影 圓柱投影 平面投影圓錐投影圓柱投影平面投影 投影選擇 地圖投影不可避免會造成空間誤差（面積、

6、形狀、距離等），但我們可以選擇不同投影來保證其中的某些空間特性沒有誤差或誤差很小。如用于面積量算，一般選擇等積投影；用于航海，一般選擇等角投影。我國主要類型地圖所采用的地圖投影地圖類型所用投影中國全圖斜軸等面積（或等角）方位投影中國分省地圖正軸等角（或等面積）割圓錐投影1:100萬地形圖正軸等角割圓錐投影1:5-1:50萬地形圖高斯克呂格投影（6度分帶）1:5000-1:2.5萬高斯克呂格投影（3度分帶）1:500-1:5000局部坐標的高斯投影 高斯克呂格投影 高斯克呂格投影是等角橫切橢圓柱投影，與通用橫軸墨卡托投影（UTM投影，等角橫軸割圓柱投影）之間差異很小。自1952年起，我國將其作為

7、國家大地測量和地形圖的基本投影，亦稱為主投影。 1：2.5萬至1：50萬比例尺的地形圖均采用6分帶，1：1萬比例尺地形圖采用3分帶。 6分帶是從格林尼治0子午線起算，自西向東每隔經差6為一個投影帶，全球共分為60個投影帶，即東經06為第1帶，其中央經線為3E，東經612為第2帶，其中央經線為9E。我國領土位于東經72136之間，共包括11個投影帶，即1323帶。計算公式 N=MOD（/6） + 1。 3分帶是從東經130的經線開始，每隔3為一帶，全球劃分為120個投影帶。 高斯投影每一個投影帶都是相對于本帶坐標原點的相對坐標值。我國位于北半球，全部的X坐標值都為正值，但在每個投影帶中有一半的Y

8、坐標值為負，為了使我國境內的坐標均取正值，規定將各帶縱坐標西移500公里。 由于采用分帶方法，各帶的投影完全相同，某一坐標值在每一投影帶中均有一個，在全球則有60個，不能確切表示一個點的位置。因此，通常在Y坐標值前冠以帶號，這樣的坐標稱為通用坐標。 如華東師大的高斯投影坐標值約是：347900m，3456000m，通用坐標則為21347900m，3456000m 。 獨立坐標系 一些城市采用獨立坐標系，以城市中的某一點作為坐標原點。 上海市地方坐標以國際飯店為原點，該點的經緯度約為：121.46；31.23 空間坐標系統類型 定義空間數據的坐標系統信息定義空間數據的坐標系統信息 空間坐標系統轉

9、換 在新建空間數據時，可以定義空間數據的坐標系統信息，也可以不定義空間數據的坐標系統信息。如果沒有定義空間數據的坐標系統信息，用戶就不能很好地了解空間數據，另一方面，也不能利用已有的坐標轉換模型進行坐標轉換。因此，在數據采集時，盡可能定義空間數據的坐標系統信息。坐標系統信息的形式 坐標系統信息用于描述空間數據坐標特性。 對文件形式的數據，定義投影后將產生一個投影文件（*.prj），投影文件是一個文本文件。對數據庫形式的數據，定義投影后，將把坐標系統信息增加到空間參照表中。1prj文件中記錄的空間坐標系統信息定義坐標系統信息 在ArcGIS中，可以在新建數據時（ArcCatalog環境下）定義坐

10、標系統信息，也可以利用Define Projection工具（ArcToolboxData Management ToolsProjections and TransformationsDefine Projection）對已有的數據定義坐標系統信息。 這兩種方式顯示的對話框是一致的。2定義坐標系統信息對話框 對話框提供三種方式定義坐標系統信息： 選擇預定義的坐標系統（Select）。 從其它數據（有坐標系統定義）中輸入坐標系統（Import）。 新建一個坐標系統（New）。 選擇預定義的坐標系統是在ArcGIS坐標系統庫中選擇相應的坐標系統，目前ArcGIS中有幾百種已定義的坐標系統。 如高

11、斯克呂格投影坐標系統，包括不同Datum（如北京54、西安80）、不同投影帶以及是否加帶號的高斯克呂格投影坐標系統。 如地理坐標加帶號，則按照帶號選擇（如Xian 1980 GK Zone 21）；如地理坐標不加帶號，則按照中央經線選擇（如Xian 1980 CM 123E）。 如果需要定義坐標系統信息的數據與已有數據的坐標系統一致，且已有數據已定義坐標系統，則可選擇從其它數據中輸入坐標系統信息。 如ArcGIS坐標系統庫中沒有相應的坐標系統，同時也不能通過已有文件輸入坐標系統信息，在已知坐標系統參數情況下，可新建坐標系統信息文件。定義坐標系統信息的意義 定義坐標系統信息并不改變原有數據的空間

12、坐標值。但定義坐標系統信息一方面可以更好地認識數據，另一方面，可以在視圖窗口中實現空間坐標的實時轉換。3 視圖窗口的坐標系統可以在Data Frame Properties對話框中定義。右擊圖例窗口中的Layers， 在Data Frame Properties對話框中點擊Coodinate System。 如加載圖層前沒有定義坐標系統，則加載的第一個圖層作為視圖窗口的坐標系統，以后增加的圖層如與第一個圖層的坐標系統不一致，則可以自動轉換空間坐標系統進行顯示。 必須注意只是顯示的坐標發生變化，實際的數據沒有變化。如要改變數據的坐標系統，則可以在圖例窗口中選中圖層，右擊鼠標，點擊DataExpo

13、rt Data，以數據框架的坐標系統輸出新的數據。 演示： 兩個不同坐標系統的數據（UTM坐標和上海地方坐標）在未定義坐標系統信息情況下在ArcMap中的顯示。 利用Define Projection工具分別定義兩個數據的空間坐標信息。 在ArcMap中顯示有空間坐標信息情況下兩個不同坐標系統數據的坐標整合。 空間坐標系統類型 定義空間數據的坐標系統信息 空間坐標系統轉換空間坐標系統轉換 坐標系統的轉換包括： 不同基準（Datum）地理坐標的相互轉換 地理坐標與投影坐標轉換（可以包括Datum 轉換） 不同投影坐標轉換（可以包括Datum 轉換） 未定義（或未知）坐標與已定義坐標的轉換 坐標系

14、統的變換將產生空間數據坐標值的變化，即產生新的空間數據。在ArcGIS中，可以利用Project工具實現已知坐標系統信息數據的相互轉換，也可以利用幾何校正模塊實現未知坐標系統信息數據（矢量數據和柵格數據）的相互轉換。已知坐標系統信息數據的轉換 對已知坐標系統信息的數據可通過Project工具實現坐標系統的轉換。1要求輸入數據有坐標系統信息定義輸出數據的坐標系統信息選擇不同Datum相互轉換模型 ArcGIS有幾百種不同Datum之間的轉換模型（主要是與WGS84的轉換），但目前還沒有與北京54以及西安80的轉換模型。 ArcGIS有幾百種通用的地圖投影以及不同地圖投影間的轉換模型，但對于自定義

15、投影，需要定義投影參數才能建立轉換模型。 演示： 地理坐標數據轉換成投影坐標數據。 不同投影坐標數據的相互轉換。USA_Contiguous_Albers_Equal_Area_Conic矢量數據的幾何校正 利用ArcGIS中的Spatial Adjustment模塊可以對矢量數據進行幾何校正，從而實現兩個不同坐標系統矢量數據的配準。2 配準步驟： 在Tools菜單下點擊Customize菜單項，打開Customize對話框，選中Spatial Adjustment擴展模塊，將顯示Spatial Adjustment工具條。 在一個視圖窗口中同時顯示兩個不同坐標系統的數據。 點擊Spatial

16、 Adjustment菜單下Set Adjust Data 菜單項，打開選擇校正數據對話框。以其中一個數據的坐標系統為基準，對另一個數據的坐標系統進行幾何校正（需校正的數據處于編輯狀態）。可以對整個數據進行校正，也可以只對選中數據進行校正，如對整個數據進行校正，則選擇All feature in these。 先選中需要改變坐標系統的數據（源數據），右擊鼠標，在對話框中選擇Zoom To Layer，使選中數據全圖顯示。在Spatial Adjustment菜單下點擊Preview Window，打開Preview窗口，使基準坐標系統數據（目標數據）全圖顯示。 利用Link工具 在兩個地圖數據

17、中找同名點。先點擊源數據的一個控制點，然后，在目標數據中對同名點進行點擊，建立控制點連接。 至少要確定3個控制點，才能進行幾何校正（ Spatial Adjustment菜單下點擊Adjust菜單項）。 校正后的數據可以輸出作為新的數據保存。 在選擇控制點時，可以打開Link Table，觀察控制點坐標和殘差，對殘差大的控制點，可以刪除。 演示： UTM坐標的上海行政區劃圖通過幾何校正與上海地方坐標的上海行政區劃圖配準。柵格數據的幾何校正 柵格數據屬性明顯，但位置信息隱含，通過頭文件反映。 通用的柵格數據（如tif、jpg等）在頭文件只有行列坐標信息，而沒有實際空間位置坐標信息。 專業的柵格數

18、據一般在頭文件中既包含行列坐標信息，同時又包含實際空間位置坐標信息。3 對通用的柵格數據，可以在同一文件夾下增加一個同名的world文件（ 擴展名加w，如tifw、jpgw ），使得柵格數據能在顯示時進行坐標轉換，即能顯示柵格數據的實際空間位置坐標。 World文件的形式如下：28 x方向的比例尺-5 行旋轉-5 列旋轉-28 y方向的比例尺-34180 左上角像元的x坐標72571 左上角像元的y坐標 World文件是文本文件，可以用記事本或其它文本編輯器產生。從文件中可以看出，利用world文件進行坐標轉換實際上是對柵格數據進行平移、縮放和旋轉，不能進行非線性變換。 ArcGIS中的Georeferencing擴展模塊提供了柵格數據幾何校正功能，它可以對柵格數據幾何進行線性和非線性幾何校正。 在Tools菜單下點擊Customize菜單項，打開Customize對話框，選中Georeferencing擴展模塊，將顯示Georeferencing工具條。 方法和矢量數據幾何校正基本相同，但每選一個控制點，圖像都會進行相應幾何變換。 利用Georeferencing下的Rec