ArcGIS 坐标系 整理

刚使用ArcGIS的时候，对坐标系的点一直很混乱，今天想要整理整理。

一、地理坐标系与投影坐标系的区分

首先要能区分地理坐标系（GCS）和投影坐标系（PCS）。

上面的是地理坐标系的举例，简单理解为不同的椭球体和大地基准面（基于椭球体确定，选定与大地水准面最为吻合的作为大地基准面）的组合吧。但还是贴上专业的解答：“地理坐标系由三个参数来定义：角度单位（Angular Unit）、本初子午线（Prime Meridian）和大地测量系统（Datum）。“

上图是投影坐标系的举例，由名称可以看出是在地理坐标系的后面加上了一段。事实上，投影坐标系就是由地理坐标系投影而成，通过各种投影将曲面转换成平面。

二、几种常见的投影

1. 墨卡托投影（Mercator)是 等角正轴切圆柱 投影。假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图。

墨卡托投影没有角度变形，由每一点向各方向的长度比相等，它的经纬线都是平行直线，且相交成直角，经线间隔相等，纬线间隔从标准纬线向两极逐渐增大。墨卡托投影的地图上长度和面积变形明显，但标准纬线无变形，从标准纬线向两极变形逐渐增大，但因为它具有各个方向均等扩大的特性，保持了方向和相互位置关系的正确。

在地图上保持方向和角度的正确是墨卡托投影的优点，墨卡托投影地图常用作航海图和航空图，如果循着墨卡托投影图上两点间的直线航行，方向不变可以一直到达目的地，因此它对船舰在航行中定位、确定航向都具有有利条件，给航海者带来很大方便。

2. 高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影，是一种 等角横轴切圆柱 投影。设想用一个圆柱横切于球面上投影带的中央经线，按照投影带中央经线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，将中央经线两侧一定经差范围内的球面正形投影于圆柱面。然后将圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即获高斯一克吕格投影平面。

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。由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中应用，可以满足军事上各种需要，并能在图上进行精确的量测计算。

为了限制该投影中的长度变形，对投影面进行分带。通常分为六度带或三度带。

六度带中央子午线计算公式：当地经度/6=N；                  中央子午线L=6 * N （带号）
                             当没有除尽，N有余数时，　　　　　中央子午线L=6*N - 3

三度带中央子午线计算公式： 当地经度/3=N；中央子午线L=3 X N

3.UTM（Universal Transverse Mercator）投影，是一种 等角横轴割圆柱 投影。椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。UTM投影分带方法与高斯-克吕格投影相似，是自西经180°起每隔经差6度自西向东分带，将地球划分为60个投影带。我国的卫星影像资料常采用UTM投影。

区分GK和UTM：除了一个是切另一个是割外，从分带方式看，两者的分带起点不同，高斯-克吕格投影自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，第1带的中央经度为3°；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。

三、Arc GIS中的坐标系问题

关键：区分清楚真实坐标系、属性坐标系和地图坐标系。

真实坐标系指原始数据本身对应的坐标系。如何知道数据本身的坐标系呢？打开Arc Map，加载数据后，打开数据属性表，进行“计算几何”操作，见下图。

属性坐标系是指数据文件所标称的坐标系，有两种查看方式。第一种是利用ArcCatalog,打开文件属性进行查看和修改；另一种是利用ArcMap,在图层属性中查看，但无法修改，见下图。

地图坐标系，适用于打开多个图层的情况。动态投影，系统进行临时的坐标系转换，但并不改变每个数据本身的坐标系。同理可推导到地图显示单位。

坐标系编辑：在 数据框属性 下的坐标系进行编辑

坐标系定义：指的是定义数据的属性坐标系。利用ArcToolBox中的工具——定义投影 来实现

定义投影 工具与 投影 工具的区别：

坐标系转化：利用ArcToolBox中的工具——投影 来实现

坐标系猜测：坐标系猜测是指猜测数据的真实坐标系，并且把数据的属性坐标系设置为真实坐标系。

总结：1）使所有数据都有坐标系定义，也即使所有数据都有属性坐标系；2）保证所有数据的坐标系都是正确的，也即使所有数据的属性坐标系都与其真实坐标系吻合；3）统一所有数据的坐标系，利用坐标系转换实现。并且，这种统一的坐标系一般宜为投影坐标系，因为只有在投影坐标系下才能正确地进行距离、长度、面积、坡度等度量的计算。

参考文献：李郎平.ArcGIS中的坐标系http://mp.weixin.qq.com/s/TWfiRm6ozilsLy8Xsle19Q