坐标系基础和定义坐标系解析ppt课件.ppt

,ArcGIS在国土资源应用系列课件,坐标系基础和定义坐标系,闫磊EMail:,中科地信出品 闫磊编写 ,本章内容,三、高斯投影分带方法,一、坐标系的基本概念,五、定义坐标,二、坐标系分类,四、ArcGIS坐标文件的说明,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,坐标系关键,采用球体模型（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 。,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,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 WGS 1984。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,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,几种常用的地准面,1、北京542、西安803、国家20004、WGS1984,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,几种基准面说明,GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984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,中科地信出品 闫磊编写 ,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=1/298.25注:扁率:f=（a-b）/a,中科地信出品 闫磊编写 ,WGS84和2000坐标参数,WGS-84:长半轴a=6378137m; 短半轴b=6356753.314 m 扁率f=1/298.25 2000坐标系，a=6378137m b=6356752.31414m 扁率 f=1/298.257222101,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,长半轴和短半轴,中科地信出品 闫磊编写 ,更多来自,中科地信出品 闫磊编写 ,二、坐标系分类,1、全局坐标系或球坐标系，例如经纬度。这些坐标系通常称为地理坐标系。 2、基于横轴墨卡托、阿尔伯斯等积或罗宾森等地图投影的投影坐标系，这些地图投影（以及其他多种地图投影模型）提供了各种机制将地球球面的地图投影到二维笛卡尔坐标平面上。投影坐标系有时称为地图投影。,中科地信出品 闫磊编写 ,区别,地理坐标系以度为单位， 地理空间坐标系（Geographic coordinate system ），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,中科地信出品 闫磊编写 ,地理坐标系统进一步说明,最常用的地理坐标系是经纬度坐标系，这个坐标系可以确定地球上任何一点的位置，如果我们将地球看作一个球体，而经纬网就是加在地球表面的地理坐标参照系格网，经度和纬度是从地球中心对地球表面给定点量测得到的角度，经度是东西方向，而纬度是南北方向，经线从地球南北极穿过，而纬线是平行于赤道的环线，需要说明的是经纬度坐标系不是一种平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其量测面积长度。,中科地信出品 闫磊编写 ,度(分、秒)和米的转换（高级）,度和米严格意义无法转换，因为地球是椭圆的，在不同的参数中不一样，就是统一坐标系统如西安80，经线1度和纬线1度长度也是不一样的。大概计算如下：西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25经度：以赤道为例：1(经）度=6378140*2*3.1415926/360/1000=111.3km合计1分为：1分大约1.85km，1秒大约30m靠近两级（南北极）数字越小。,中科地信出品 闫磊编写 ,地球模型,中科地信出品 闫磊编写 ,范围说明,位于两极点中间的纬线称为赤道。它定义的是零纬度线。零经度线称为本初子午线。对于绝大多数地理坐标系，本初子午线是指通过英国格林尼治的经线。经纬网的原点 (0,0) 定义在赤道和本初子午线的交点处。这样，地球就被分为了四个地理象限，它们均基于与原点所成的罗盘方位角。南和北分别位于赤道的下方和上方，而西和东分别位于本初子午线的左侧和右侧。其范围是 -180（向西行进时）到 180（向东行进时）。如果本初子午线是格林尼治子午线，则对于位于赤道南部和格林尼治东部的澳大利亚，其经度为正值，纬度为负值。,中科地信出品 闫磊编写 ,ArcGIS的坐标，投影文件的含义,投影坐标系统 （Projection coordinate system）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: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）,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,高斯特点,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,比较,中科地信出品 闫磊编写 ,三、高斯投影分带方法,分度方法:有3度和6度分带法,中科地信出品 闫磊编写 ,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)。,中科地信出品 闫磊编写 ,3 分带法,从东经130起，每3为一带，将全球划分为120个投影带，东经130-430，.17830-西经17830，.130-东经130。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。,中科地信出品 闫磊编写 ,3度西半球分带,西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=360-3n ,中央经线为西经177、.3、0,中科地信出品 闫磊编写 ,分割方法,中科地信出品 闫磊编写 ,叠加,中科地信出品 闫磊编写 ,单个模型,中科地信出品 闫磊编写 ,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:=L0/3我国共包括22个投影带（2445带）。2、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（1323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。,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,分带范围,中科地信出品 闫磊编写 ,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,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。,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,中科地信出品 闫磊编写 ,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）,中科地信出品 闫磊编写 ,中科地信出品 闫磊编写 ,具体见 3ARCGIS10JOINMAP.exe,中科地信出品 闫磊编写 ,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,中科地信出品 闫磊编写 ,四、ArcGIS坐标系统文件说明-北京54,在 坐标系Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954 目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:Beijing 1954 Degree GK CM 102E.prj Beijing 1954 Degree GK Zone 34.prjBeijing 1954 GK Zone 16.prjBeijing 1954 GK Zone 16N.prj,中科地信出品 闫磊编写 ,具体说明,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16 6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.,中科地信出品 闫磊编写 ,举例说明,中科地信出品 闫磊编写 ,ArcGIS坐标系统文件说明-西安80,在 Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss Krugerxian 1980 目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:Xian 1980 3 Degree GK CM 102E.prjXian 1980 3 Degree GK Zone 34.prjXian 1980 GK CM 117E.prjXian 1980 GK Zone 20.prj,中科地信出品 闫磊编写 ,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北半球投影北偏移为零，南半球则为10000公里中央经线L=6*(n-30)-3,中科地信出品 闫磊编写 ,具体如下,中科地信出品 闫磊编写 ,更多来自,中科地信出品 闫磊编写 ,西安80具体说明,3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117E 6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，,中科地信出品 闫磊编写 ,五、定义坐标,前提说明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,中科地信出品 闫磊编写 ,定义坐标系方法,有三种方法1、ArcCatalog右键属性（properties）中xy coord，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,中科地信出品 闫磊编写 ,地理坐标系:GCS_WGS_1984，GCS_Xian_1980 GCS_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3下的数据,中科地信出品 闫磊编写 ,自定义坐标系，点修改,中科地信出品 闫磊编写 ,总结,坐标概念高斯投影中央经线和带号转换如何定义,Thank You !,中国3s技术应用研究中心,