ArcGIS10.2 学习课程——2.坐标系基础和投影变换PPT学习课件

坐标系基础和投影变换 闫磊EMail arcobjects Page 2 坐标系基础和投影变换 四 练习 四 文本 excel生成点 三 投影变换 二 坐标系介绍 一 坐标介绍 Page 3 坐标的基本概念 坐标是GIS数据的骨骼框架 能够将我们的数据定位到相应的位置 为地图中的每一点提供准确的坐标 如经纬度下经度 纬度 平面中X Y Page 4 什么是坐标系 比方说 公路里碑上的公里数 通常是从大城市起算的 说某某建筑有多高 一般是从地面算起 这就是说 地球上任何一点的位置都是相互联系 都有一定相对关系 我们测绘地面上点的位置 也是一样 也要有一个起算标准 不然就分不出高低 这了 测绘地面上某个点的位置时 需要两个起算点 一是平面位置 一是高程 计算这两个位置所依据的系统 就叫坐标系统和高程系统 Page 5 坐标系关键 采用球体模型 椭球体 基准面 选定原点 规定正方向和单位长度 目的 坐标系的建立主要是便于计算 Page 6 基准面 Datum 在测量学中 大地基准面 Geodeticdatum 设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式 它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义 此关系能以6个量来定义 通常 但非必然 是大地纬度 大地经度 原点高度 原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角 GIS中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义 转换通过相似变换方法实现 假设Xg Yg Zg表示WGS84地心坐标系的三坐标轴 Xt Yt Zt表示当地坐标系的三坐标轴 那么自定义基准面的7参数分别为 三个平移参数 X Y Z表示两坐标原点的平移值 三个旋转参数 x y z表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时 分别绕Xt Yt Zt的旋转角 最后是比例校正因子 用于调整椭球大小 每个国家或地区均有各自的基准面 我们通常称谓的北京54坐标系 西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面 Page 7 椭球体 Spheroid 众所周知我们的地球表面是一个凸凹不平的表面 而对于地球测量而言 地表是一个无法用数学公式表达的曲面 这样的曲面不能作为测量和制图的基准面 假想一个扁率极小的椭圆 绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体 地球椭球体表面是一个规则的数学表面 可以用数学公式表达 所以在测量和制图中就用它替代地球的自然表面 因此就有了地球椭球体的概念 地球椭球体有长半径和短半径之分 长半径 a 即赤道半径 短半径 b 即极半径 f a b a为椭球体的扁率 表示椭球体的扁平程度 由此可见 地球椭球体的形状和大小取决于a b f 因此 a b f被称为地球椭球体的三要素 Page 8 基准面 当一个旋转椭球体的形状与地球相近时 基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置 基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架 它定义了经线和纬线的原点及方向 1 地心基准面2 区域基准面 Page 9 地心基准面 在过去的15年中 卫星数据为测地学家提供了新的测量结果 用于定义与地球最吻合的 坐标与地球质心相关联的旋转椭球体 地球中心 或地心 基准面使用地球的质心作为原点 最新开发的并且使用最广泛的基准是WGS1984 它被用作在世界范围内进行定位测量的框架 还有目前国家2000坐标系 Page 10 区域基准面 区域基准面是在特定区域内与地球表面极为吻合的旋转椭球体 旋转椭球体表面上的点与地球表面上的特定位置相匹配 该点也被称作基准面的原点 原点的坐标是固定的 所有其他点由其计算获得 如北京54 和西安80 Page 11 几种基准面说明 北京54坐标系与西安80坐标系都是以Gauss Kruger为基础 经局部平差后产生的坐标系北京54坐标系 1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃西安80坐标系 也称国家大地坐标系 1980年 原点在西安附近 Page 12 几种基准面说明 GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系 WordGeodeticSystem1984即WGS 84 WGS 84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系 原点是地球的质心 2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现 其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 Page 13 几种常用的地准面 1 北京542 西安803 国家20004 WGS1984 Page 14 椭球体参数的区别 北京54 长半轴a 6378245m短半轴b 6356863m扁率f 1 298 3西安80 长半轴a 6378140m 短半轴b 6356755m扁率f 1 298 25WGS 84 长半轴a 6378137m 短半轴b 6356753 314m扁率f 1 298 252000坐标系 a 6378137mb 6356752 31414m扁率f 1 298 257222101注 扁率 f a b a由于长 短半轴不一样 西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密不存在统一的公式地球上同一点 各个坐标系的经纬度是不一样的 Page 15 注意问题 由于长 短半轴不一样 不同坐标系如西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密不存在统一的公式地球上同一点 各个坐标系的经纬度是不一样的北京54和西安80是二维坐标系WGS84和2000是三维坐标系 Page 16 二 坐标系介绍 1 ArcGIS的坐标 投影文件的含义2 北京54坐标系 西安80坐标系 WGS84的区别3 3度 6度分带含义4 ArcGIS坐标系统文件说明5 ArcGIS坐标系中两个坐标系统6 定义坐标系7 常见问题解决 Page 17 二 坐标系统介绍 1 ArcGIS的坐标 投影文件的含义一 ArcGIS中坐标系统两种 地理坐标系与投影坐标系 平面直角坐标 地理坐标系以度为单位 地理空间坐标系 Geographiccoordinatesystem 使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置 地理坐标系坐标经度范围 180 180 纬度 90 90 投影坐标系以米为单位 Page 18 帮助 Page 19 ArcGIS的坐标 投影文件的含义 投影坐标系统 Projectioncoordinatesystem 使用基于X Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置 这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的 它对应于某个地理坐标系 平面坐标系统地图单位通常为米 或者是平面直角坐标 投影坐标系由以下两项参数确定 地理坐标系 由基准面确定 比如 北京54 西安80 WGS84 投影方法 比如高斯 克吕格 Lambert投影 坐标是GIS数据的骨骼框架 能够将我们的数据定位到相应的位置 为地图中的每一点提供准确的坐标 Page 20 投影方法介绍 1 兰伯特等角园锥投影用于小比例尺的地图投影如1 50万 1 100万 1 400等小比例尺 经线为辐射直线 纬线为同心圆圆弧 指定两条标准纬度线Q1 Q2 在这两条纬度线上没有长度变形 即M N 1 此种投影也叫等角割圆锥投影 2 高斯 克吕格投影 等角横切椭圆柱投影 用于如1 10万 1 5万 1 万等比例尺高斯一克吕格投影 后 除中央经线和赤道为直线外 其他经线均为对称于中央经线的曲线 高斯 克吕格投影没有角度变形 在长度和面积上变形也很小 中央经线无变形 自中央经线向投影带边缘 变形逐渐增加 变形最大处在投影带内赤道的两端 Page 21 UTM UTM投影全称为 通用横轴墨卡托投影 是等角横轴割圆柱投影 高斯 克吕格为等角横轴切圆柱投影 圆柱割地球于南纬80度 北纬84度两条等高圈 该投影将地球划分为60个投影带 每带经差为6度 已被许多国家作为地形图的数学基础 UTM投影与高斯投影的主要区别在南北格网线的比例系数上 高斯 克吕格投影的中央经线投影后保持长度不变 即比例系数为1 而UTM投影的比例系数为0 9996 UTM投影沿每一条南北格网线比例系数为常数 在东西方向则为变数 中心格网线的比例系数为0 9996 在南北纵行最宽部分的边缘上距离中心点大约363公里 比例系数为1 00158 高斯 克吕格投影与UTM投影可近似采用Xutm 0 9996 X高斯 Yutm 0 9996 Y高斯进行坐标转换 Page 22 比较 Page 23 3 3度 6度分带含义 中级 分度方法 有3度和6度分带法6 分带法 从格林威治零度经线起 每6 分为一个投影带 全球共分为60个投影带 东半球从东经0 6 为第一带 中央经线为3 9 15 依此类推 投影带号为1 30 其投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为 L0 6n 3 西半球投影带从180 回算到0 编号为31 60 投影代号n和中央经线经度L0的计算公式L0 360 6n 3 Page 24 3 3度 6度分带含义 3 分带法 从东经1 30 起 每3 为一带 将全球划分为120个投影带 东经1 30 4 30 178 30 西经178 30 1 30 东经1 30 东半球有60个投影带 编号1 60 各带中央经线计算公式 L0 3n 中央经线为3 6 180 西半球有60个投影带 编号1 60 各带中央经线计算公式 L0 360 3 n 中央经线为西经177 3 0 Page 25 分割方法 Page 26 叠加 Page 27 单个模型 Page 28 带号和中央经线的计算公式 1 3度带中央经线L0 3 n带号n L0 32 6度带中央经线经度L0的计算公式为 L0 6n 3 带号n L0 3 6我国共包括11个投影带 13 23带 总之 中央经线和带号只和经线有关 与纬度纬度 经度在地球上表现为东西方向 我国共包括22个投影带 24 45带 Page 29 由经线 X 反算最近带号 1 3度带以中央经线正负1 5度N Int X 1 50 3 2 6度带是以中央经线正负3度N Int X 6 1 Page 30 中国经纬度范围 中国经纬度范围最东端东经135度2分30秒黑龙江和乌苏里江交汇处最西端东经73度40分帕米尔高原乌兹别里山口 乌恰县 最南端北纬3度52分南沙群岛曾母暗沙最北端北纬53度33分漠河以北黑龙江主航道 漠河县 2日本朝鲜韩国经度为73 135 3度为25带 45带 6度带13 对应中央经线为75度 23 对应中央经线为135度 纬度为3度 53度 Page 31 分带范围 Page 32 3度分带 6度分带对应平面XY规定 高斯 克吕格投影是按分带方法各自进行投影 故各带坐标成独立系统 以中央经线投影为纵轴 Y 赤道投影为横轴 X 两轴交点即为各带的坐标原点 纵坐标以赤道为零起算 赤道以北为正 以南为负 我国位于北半球 纵坐标均为正值 横坐标如以中央经线为零起算 中央经线以东为正 以西为负 横坐标出现负值 使用不便 Page 33 3度分带 6度分带对应平面XY规定 规定将坐标X轴东移500公里当作起始轴 凡是带内的横坐标值均加500公里 由于高斯 克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值 所以各带的坐标完全相同 为了区别某一坐标系统属于哪一带 在横轴坐标前加上带号 如 21655933m 4231898m 其中21即为带号 Page 34 思考两个问题 1 X为负值加500KM 向东平移500km2 区别不同投影加带号 Page 35 Page 36 平面坐标范围 以标准分幅为例 平面坐标 坐标X Y 在ArcGIS中 X在前 Y在后 X坐标不加带号 是六位 加带号是八位 Y是七位 纬度大于10 Page 37 Page 38 具体见2 ARCGIS10 JOINMAP exe Page 39 问题 什么时候采用地理坐标 什么时候采用投影坐标 投影坐标采用3度带 6度带 1 2 5万 1 50万采用6度 Page 40 4ArcGIS坐标系统文件说明 北京54 在坐标系 ProjectedCoordinateSystems GaussKruger Beijing1954目录中 我们可以看到四种不同的命名方式 Beijing1954 DegreeGKCM102E prjBeijing1954 DegreeGKZone34 prjBeijing1954GKZone16 prjBeijing1954GKZone16N prj说明如下 3度分带法的北京54坐标系 中央经线在东102度的分带坐标 横坐标前不带加号3度分带法的北京54坐标系 34分带 中央经线在东102度的分带坐标 横坐标前加带号 分带确定 中央经线就确定166度分带法的北京54坐标系 分带号为16 横坐标前加带号16N6度分带法的北京54坐标系 分带号为16 横坐标前不加带号记忆方式 3度分带 前有3 Page 41 举例说明 Page 42 ArcGIS坐标系统文件说明 西安80 在CoordinateSystems ProjectedCoordinateSystems GaussKruger xian1980目录中 我们可以看到四种不同的命名方式 Xian19803DegreeGKCM102E prjXian19803DegreeGKZone34 prjXian1980GKCM117E prjXian1980GKZone20 prj3度分带法的西安80坐标系 中央经线在东102度的分带坐标 横坐标前不带加号3度分带法的西安80坐标系 34分带 中央经线在东102度的分带坐标 横坐标前加带号117E6度分带法的西安80坐标系 分带号为20 中央经线117 横坐标前不加带号20度分带法的西安80坐标系 分带号为20 中央经线117 横坐标前加带号20记忆方式 3度分带 前有3 Page 43 UTM UTM投影自西经180 起每隔经差6度自西向东分带 第1带的中央经度为 177 因此高斯 克吕格投影的第1带是UTM的第31带 此外 两投影的东伪偏移都是500公里 高斯 克吕格投影北伪偏移为零 UTM北半球投影北伪偏移为零 南半球则为10000公里中央经线L 6 n 30 3 Page 44 5 ArcGIS坐标系中两个坐标系统 数据有坐标系地图窗口有坐标系作用 1 动态投影2 在平面坐标下 在arcmap可以查看经纬度 反过来是经纬度坐标系统 无法看xy 因为中央经线不一样 xy就不一样 Page 45 6 定义坐标系 有三种方法1 ArcCatalog右键属性 properties 中xycoord select是自己选择一个坐标系统 import是按另一个文件设置本文件2 ArcToolbox 定义投影 3 批量定义坐标系统右键 数据为自己新建表 Page 46 地理坐标系 GCS WGS 1984 GCS Xian 1980GCS Beijing 1954都是以GCS开头投影坐标系 和坐标系的文件一致 详细部分 detail有向东偏移量 500公里 是不加带号 大于500公里 前两位为带号 查看已有的坐标系统 数据自己可以定义时观察 也可以看目前2 下的数据 Page 47 6 常见问题 没有坐标坐标定义错误 Page 48 没有定义 2 dltb shp Page 49 打开dgx shp 在arcmap中加载地图 出现右图的错误 如何解决 数据用2 dgx shp 错误解决方法 exe Page 50 三 坐标变换和数据换带 中级 同一椭球体 一种在地理坐标系 基准面 间转换数据的方法 当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时 如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时 需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移 不同椭球体 当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时 需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据 这就需要进行地图投影变换 Page 51 3 1 坐标变换 基于同一椭球体 如北京54 地理坐标和平面坐标 可以有固定公式转换 ArcGIS可以直接转换 误差可以达到0 1mm 实现北京54经纬度 和北京54平面 xy 之间转换实现西安80经纬度 和西安80平面 xy 之间转换工具的位置 Datamangementtools下projectionsandtransformations feature project投影 Project 可以用于数据换带 数据使用 2 dgx shp下数据 Page 52 投影 数据使用 2 dgx shp 看 投影 exe Page 53 3 2 不同基准面坐标的转换 主要是 三参数和七参数法 个别4参数 三参数转换含义X平移 Y平移 Z平移 如果区域范围不大 最远点间的距离不大于30Km 经验值 四参数转换含义 见右图 七参数转换含义3个平移因子 X平移 Y平移 Z平移 3个旋转因子 X旋转 Y旋转 Z旋转 一个比例因子 也叫尺度变化K Page 54 3 3