地方坐标系和国家坐标系的转换（学术交流2000坐标）

《测绘学报》

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本文包含三部分

1、ArcGIS中预定义了两套坐标系统，地理坐标系（Geographic coordinate system）和投影坐标系（Projectedcoordinate system）。

2、在ArcGIS中如何定义坐标系。

3、如何转换投影坐标系。

国土空间规划明确要求“统一采用2000国家大地坐标系”和“1985年国家高程基准”作为空间定位基础，可是很多时候我们拿到的数据坐标并不是“2000国家大地坐标系”，需要进行坐标转换，这可就犯了难？

其实不只是国土空间规划，其他需要应用ArcGIS的行业同理——

坐标系统是GIS数据重要的数学基础，用于表示地理要素、图像和观测结果的参照系统，坐标系统的定义能够保证地理数据在软件中正确的显示其位置、方向和距离，缺少坐标系统的GIS数据是不完善的。

本课，我们来学习下ArcGIS中坐标定义与转换的相关知识。

Part 1

ArcGIS中的坐标系统

ArcGIS中预定义了两套坐标系统，地理坐标系（Geographic coordinate system）和投影坐标系（Projectedcoordinate system）。

1、地理坐标系

• 地理坐标系 (GCS) 使用三维球面来定义地球上的位置。

• GCS中的重要参数包括角度测量单位、本初子午线和基准面（基于旋转椭球体）。

• 地理坐标系统中用经纬度来确定球面上的点位，经度和纬度是从地心到地球表面上某点的测量角。

• 球面系统中的水平线是等纬度线或纬线，垂直线是等经度线或经线。

• 这些线包络着地球，构成了一个称为经纬网的格网化网络。

那么问题来了，经纬度是啥呢？

• GCS中经度和纬度值以十进制度为单位或以度、分和秒 (DMS) 为单位进行测量。

• 纬度值相对于赤道进行测量，其范围是 -90°（南极点）到 90°（北极点）。

• 经度值相对于本初子午线进行测量。其范围是 -180°（向西行进时）到180°（向东行进时）。

常用的坐标系都有哪些？

ArcGIS中，中国常用的坐标系统为GCS_Beijing_1954（Krasovsky_1940）

GCS_Xian_1980（IAG_75）

GCS_WGS_1984（WGS_1984）

GCS_CN_2000（CN_2000）

2、投影坐标系

投影坐标系是个啥？

• 将球面坐标转化为平面坐标的过程称为投影。

• 投影坐标系的实质是平面坐标系统，地图单位通常为米。

• 投影坐标系在二维平面中进行定义。

• 与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。投影坐标系始终基于地理坐标系，即：

“投影坐标系=地理坐标系 投影算法函数“。

我国的投影坐标系——

• 我们国家的投影坐标系主要采用高斯-克吕格投影，分为6度和3度分带投影，1:2.5万－1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺的地形图采用经差3度分带。

• 具体分带法是：

  6度分带从本初子午线（prime meridian）开始，按经差6度为一个投影带自西向东划分，全球共分60个投影带，中国跨13-23带；

  3度分带是从东经1度30分经线（1.5°）开始，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球共分120个投影带，中国跨25-45带。

ArcGIS中的投影坐标系——

在CoordinateSystems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：

• Beijing 1954 (Xian 1980) 3 Degree GK CM 117E

  北京54(西安1980) 3度带无带号

• Beijing 1954 (Xian 1980) 3 Degree GK Zone 25

  北京54 (西安1980) 3度带有带号

• Beijing 1954 (Xian 1980) GK Zone 13

  北京54 (西安1980) 6度带有带号

• Beijing 1954 GK Zone 13N / Xian 1980 GK CM 75E

  北京54 (西安1980) 6度带无带号

注释：GK 是高斯克吕格，CM 是CentralMeridian 中央子午线，Zone是分带号，N是表示不显示带号。

Part 2

ArcGIS定义坐标系

ArcGIS中所有地理数据集均需要用于显示、测量和转换地理数据的坐标系，该坐标系在 ArcGIS 中使用。如果某一数据集的坐标系未知或不正确，可以使用定义坐标系统的工具来指定正确的坐标系，使用此工具前，必须已获知该数据集的正确坐标系。

该工具为包含未定义或未知坐标系的要素类或数据集定义坐标系，位于ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations—Define Projections

Input Dataset：要定义投影的数据集或要素类

CoordinateSystem：为数据集定义的坐标系统

Part 3

ArcGIS投影转换

在数据的操作中，我们经常需要将不同坐标系统的数据转换到统一坐标系下，方便对数据进行处理与分析，软件中坐标系转换常用以下两种方式：

1、采用已定义参数进行投影转换

ArcGIS软件中已经定义了坐标转换参数时，可直接调用坐标系转换工具，直接选择转换参数即可。工具位于ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations——Feature—Project（栅格数据投影转换工具 Raster—Project raster），在工具界面中输入以下参数：

• Inputdataset：要投影的要素类、要素图层或要素数据集

• OutputDataset：已在输出坐标系参数中指定坐标系的新要素数据集或要素类。

• out_coor_system：已知要素类将转换到的新坐标系

GeographicTransformation:列表中为转换参数，以GCS_Beijing_1954转为GCS_WGS_1984为例，各转换参数含义如下：

• Beijing_1954_To_WGS_1984_1 15918 鄂尔多斯盆地

• Beijing_1954_To_WGS_1984_2 15919 黄海海域

• Beijing_1954_To_WGS_1984_3 15920 南海海域-珠江口

• Beijing_1954_To_WGS_1984_4 15921 塔里木盆地

• Beijing_1954_To_WGS_1984_5 15935 北部湾

• Beijing_1954_To_WGS_1984_6 15936鄂尔多斯盆地

该方法转换后会有不同程度的偏差，需要进行地理配准或空间校正。

2、 三参数或七参数转换

当ArcGIS软件中不能自动实现投影间直接转换时，需要自定义七参数或三参数实现投影转换，（首先你要获得参数）以七参数为例，转换方法如下：

• 自定义七参数地理转换

在ArcToolbox中选择Create CustomGeographic Transformation工具，在弹出的窗口中，输入一个转换的名字，如wgs84ToBJ54。在定义地理转换方法下面，在Method中选择合适的转换方法如 COORDINATE_FRAME，然后输入七参数，即平移参数、旋转角度和比例因子，如图所示：

• 投影转换

打开工具箱下的Data management tools—Projections and Transformations>Feature>Project，在弹出的窗口中输入要转换的数据以及Output Coordinate System，然后输入第一步自定义的地理坐标系如wgs84ToBJ54，开始投影变换，如图所示完成投影转换：

来源：ArcGIS带你飞

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