坐标系统与投影变换及在ARCGIS中的应用

 

首先提几个问题：
是否有遇到坐标转换的问题？又是否有遇到投影转换的问题？坐标转换与投影转换有什么区别？

下面看几个概念：
1、地球椭球体（ Ellipsoid，Spheroid）
2、大地基准面（ Geodetic datum）
3、地理坐标系统（Geographic Coordinate System）

4、投影坐标系统（ Projected Coordinate System）

其中，地理坐标系统包含地球椭球体和大地基准面，即3包含1和2；

地球椭球体包含所选椭球的长半轴、短半轴和扁率。
投影坐标系统包含所需的投影方式（常用的投影有高斯－克吕投影Gauss Kruger简称GK和墨卡托投影Mecator），即东伪偏移量、北伪偏移量、中央子午线、尺度、纬度原点和米单位等。

上面提到的这些信息都是已知的或者包含在文件中，之所以需要转换参数，是因为大地基准面未知，它包含的信息就是转换参数，有了转换参数才能实行不同坐标系之间的转换。

常用的坐标转换使用的是布尔莎7参数法：
1、DX－－X轴偏移量
2、DY－－Y轴偏移量
3、DZ－－Z轴偏移量
4、WX－－X轴旋转角度
5、WY－－Y轴旋转角度
6、WZ－－Z轴旋转角度
7、K－－尺度

其他三参数、四参数等都可以由7参数演变而来。三参数和四参数都不涉及角度旋转问题。

几种常用坐标系统：
1、大地坐标系（ArcGIS里称为地理坐标系），也即常说的经纬度坐标系，表示方法（B,L,H），B=经度，L=纬度，H=海拔
2、空间直角坐标系统，表示方法（X,Y,Z），电子地图很少用这种坐标系统表示
3、平面直角坐标系统，表示方法（X,Y,H）
由于1和3多用于二维电子地图，多用两位来表示坐标，即（B,L)和（X,Y)，H可以作为要素的一个属性字段来表示

下面重点看大地坐标系和平面直角坐标系。这两种坐标系有什么区别呢？大地坐标系（即经纬度坐标系）只包含地理坐标系；而平面直角坐标系既包含地理坐标系也包含投影坐标系。所以，如果只是大地坐标系之间相互转换，就不涉及到投影变换。

大地坐标系之间相互转换分2种情况：

1、参考椭球体相同，大地基准面不同
2、参考椭球体不同，大地基准面也不同

对于第一种情况，因为所选椭球相同，所以椭球圆心是一致的，只是椭球的大小不同而已，即尺度不一样，理论上是只涉及到一个参数（尺度），又因为起始点可能不一样，所以会有偏移，转换需要四个参数（DX、DY、DZ、K）。
对于第二种情况，球心和基准面都不同，需用7参数法来转换。
没有涉及投影变换的转换，ArcTool或其他转换工具可以直接实现转换，不用另外计算参数。

大地坐标系转换到平面直角坐标系分3种情况：

1、参考椭球体相同，大地基准面相同
2、参考椭球体相同，大地基准面不同
3、参考椭球体不同，大地基准面不同

因为平面直角坐标系涉及到投影变换，需用到投影参数。大地坐标系与平面直角坐标系之间的转换是先将大地坐标转换到空间直角坐标，最后再转换到平面直角坐标，可以参考下图。

对于第一种情况，只需要投影参数即可转换，例如北京54经纬度转换到北京54平面直角坐标，不需要另外提供转换参数；
对于第二种情况，除了投影参数外还需要4个转换参数。参数需提供或根据2个已知点计算；
对于第三种情况，就需要投影参数和7个转换参数。参数需提供或根据3个已知点计算。

下面谈谈参数的计算方法。

1、三参数－－1个已知点
2、四参数－－2个已知点
3、7参数－－3个已知点

参数的计算可以使用坐标转换工具COORD.EXE。具体使用见工具帮助

总结：转换数据前先分析源数据的坐标系统信息，再针对情况是否需要投影参数和计算转换参数(投影参数一般是包含在文件中的），最后实现转换。

下面奉上gis27兄的[坐标系统与投影变换及在桌面产品中的应用]，地址：http://bbs.esrichina-bj.cn/ESRI/viewthread.php?tid=20853&extra=&page=1

个人整理文档见附件。

坐标系统与转换相关文档： http://files.cnblogs.com/lauer0246/Coordinate_Convert1.rar

坐标转换与参数计算工具： http://files.cnblogs.com/lauer0246/Coordinate_Convert_Tool.rar