ArcGIS坐标与转换介绍ppt课件.pptx

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1、ArcGIS坐标与转换介绍,1,坐,标,与,投,影,椭球体、基准面及地图投影,GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此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。,椭球体、基准面及地图投影,ArcGIS中坐标系统两种：地理坐标系与投影坐标系地理坐标系统（Geographic coordinate system），是以经纬度为地图的存储单位的，也称球面坐标 。如WGS 1984（GPS点），Xian 1980.prj

2、 ，Beijing 1954.prj。投影坐标系统 （Projection coordinate system）平面坐标系统地图单位通常为米 ，也称非地球投影坐标系统 （not earth），或者是平面坐标。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，对地理坐标系坐标0360。,地理坐标系统,地球是一个不规则的椭球，为了将数据信息以科学的方法放到椭球上，这就需要有一个可以量化计算的椭球体。具有长半轴，短半轴，偏心率。以下几行便是克拉索夫斯基Krasovsky_1940椭球及其相应参数。 Spheroid（椭球体）: Krasovsky_1940

3、 Semimajor Axis（长半轴）: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis（短半轴）: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000,地理坐标系统,然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描 述中，可以看到有这么一行： Datum: D_Beijing_1954 表示，大地基准面是D_Beijing_1954。 有了椭球体和大地基准面两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。以下几行是GCS_Xian_1980

4、椭球及其相应的参数。Geographic Coordinate System: GCS_Xian_1980/地理坐标系Datum: D_Xian_1980/大地基准面Prime Meridian: Greenwich/起始经度（本初子午线）Angular Unit: Degree/角度单位,投影坐标系统,将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法 。投影的条件： a、球面坐标 b、转化过程（也就是算法） 即每一个投影坐标系统都必须要求有地理坐标系统（Geographic Coordinate System）参数。,投影坐标系统

5、,以下是投影坐 标系统中的一些参数Projection: Gauss_Kruger /投影方法Parameters: /参数False_Easting: 500000.000000 /在东西方向上坐标纵轴向西移了500kmFalse_Northing: 0.000000 /在南北方向上坐标横轴没有移动Central_Meridian: 117.000000 /中央经线，同central longitudeScale_Factor: 1.000000 /比例系数Latitude_Of_Origin: 0.000000 / 纬度的起源，这里即赤道Linear Unit: Meter (1.0000

6、00) /线性单位Geographic Coordinate System: Name: GCS_Beijing_1954 Alias: /别称,投影坐标系统,Abbreviation: /缩写Remarks: /附注Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) /角度单位Prime Meridian: Greenwich (0.00000000000000000) /本初子午线(0度经线)Datum: D_Beijing_1954 /大地基准面Spheroid: Krasovsky_1940 /参考椭球体Semimajor Axis: 6378245

7、.000000000000000000 /长半轴Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 /短半轴Inverse Flattening: 298.300000000000010000 /偏心率,从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有地理坐标系统（Geographic Coordinate System）。,2,坐,标,系,简,介,1,坐,标,与,投,影,坐标系介绍,北京54坐标系与西安80坐标系都是以高斯-克吕格（Gauss Kruger）为基础，经局部平差后产生的坐标系 。北京54坐标系： 1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联194

8、2年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系。属于参心大地坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。长半轴a=6378245m 短半轴b=6356863m 扁率 f=1/298.31954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸,但也还不能说它们完全相同。,坐标系介绍,西安80坐标系： 1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系，属参心大地坐标系。1980年西安坐标系采用1975国际椭球, 大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇,采用多点定位所建立的大地坐标系。其椭球参数采用1975年国际大

9、地测量与地球物理联合会推荐值。长半轴a=6378140m 短半轴b=6356755m 扁率f=1/298.25,坐标系介绍,WGS-84坐标系：为经纬度坐标系统，是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值。长半轴a=6378137m 短半轴b=6356752.314 m 扁率f=1/298

10、.25,坐标系介绍,地方独立坐标系：在许多城市和工程测量中，常常会建立适合本地区的地方独立坐标系。建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与投影面。地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球，该椭球的中心，轴向和扁率与国家参考椭球相同。其椭球半径1增大为:1=+1,1=Hm+0（Hm：当地平均海拔高程,0为该地区的平均高程异常）。,坐标系介绍,高斯平面直角坐标系和UTM：一般的地图均为平面图，其对应的也是平面坐标。因此，需要将椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标。目前世界各国采用最广泛的高斯- 克吕格投影和墨卡托投影(UTM)

11、均是正形投影（等角投影）， 即该投影在小区域范围内使平面图形与椭球面上的图形保持相似。为了限制长度变形，根据国际测量协会规定,将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带，6度带是自零度子午线起每隔经度。,坐标系介绍,百度地图坐标系：百度地图采用加密过的WGS84坐标系，即BD09坐标系，投影使用墨卡托投影。WGS84坐标系：即地球坐标系，国际上通用的坐标系。GCJ02坐标系：即火星坐标系，WGS84坐标系经加密后的坐标系。BD09坐标系：即百度坐标系，GCJ02坐标系经加密后的坐标系。从GPS坐标转到百度坐标有接口提供，反过来不提供,坐标系介绍,天地图坐标系：天地图采用2000国家大地

12、坐标系，投影使用高斯投影。2000国家大地坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：长半轴 a=6378137m 扁率f=1/298.257222101,3,高,斯,克,吕,格,2,坐,标,系,简,介,1,坐,标,与,投,影,高斯-克吕格投影,高斯-克吕格(GAUSS-KRUGER)是等角横切椭圆柱投影，是横轴墨卡托投影的变种，简称高斯投影。该投影以中央经线和赤道

13、投影后为坐标轴，中央经线和赤道交点为坐标原点，纵坐标由坐标原点向北为正，向南为负，规定为X轴，横坐标从中央经线起算，向东为正，向西为负，规定为Y轴。所以，高斯-克吕格坐标系的X、Y轴正好对应MAPGIS坐标系的Y和X。,高斯-克吕格投影,我国大中比例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按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。,6分带法从格林威治零度经线起，每6分为一个投影带，全球分为60个投影带。东半球从东经06为第一带，中央经线为3，依此类推，投影带号为1-30。其投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=(6

14、n-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)带号n:=(L0+3)/6,分带方法,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。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带号n：=L0/3,分带方法,分带方法,3度带 是以中央经线左右（正负）各1.5度6度带是以中央经线

15、左右（正负）各3度,为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统。具体方法是，规定中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点，x值在北半球为正，南半球为负，y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值均为正值，为了避免y值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移500km，中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个点位横坐标y值的百千米位数前加上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示为YA=20 745 921.8m。,平面直角坐标系统,平面直角坐标系统,地理坐标系,投影坐标系,垂直坐标系,1 、地

16、理坐标系在此目录中存放着已定义的许多坐标系信息，里面描述了地理坐标系的名称、大地基准面等。2 、投影坐标系在此目录中同样存在许多已定义的投影坐标系，如北京54和西安80坐标系。3 、垂直坐标系定义了测量海拔或深度值的原点,ArcGIS坐标系统文件说明,为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标在Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prjBeijing 1954 3

17、Degree GK Zone 25.prjBeijing 1954 GK Zone 13.prjBeijing 1954 GK Zone 13 N.prj注释：GK 是高斯克吕格，CM 是Central Meridian 中央子午线，Zone是分带号，N是表示不显示带号,ArcGIS坐标系统文件说明,对它们的说明分别如下：Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前不加带号Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横

18、坐标前加带号Beijing 1954 GK Zone 13.prj六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前加带号Beijing 1954 GK Zone 13 N.prj 六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前不加带号,ArcGIS坐标系统文件说明,在Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980目录中，文件命名方式又有所变化：三分带：Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prjXian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj /红色表带数六分带：

19、Xian 1980 GK CM 75E.prj /黑色表所在带的中央经线Xian 1980 GK Zone 13.prj,ArcGIS坐标系统文件说明,4,坐,标,的,转,换,3,高,斯,克,吕,格,2,坐,标,系,简,介,1,坐,标,与,投,影,我们通常说的1：1万、1：25万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万 ，还有1：500，1：1000，1：2000比例尺有大小，1：500是大比例尺，1：5万是小比例尺，由于比例尺是个比值，分母越大，比例尺也越小比例尺=图上距离/实地距离例：1：500的纸张1mm 对应地图500mm，0.5m，1：10000纸张1mm ：1*

20、10000=10m，10米一副实际的实际地图实际上的数据精度，肉眼观察最小距离为0.1mm，所以：1：500的数据精度为：0.1*500=5cm，5公分1：10000数据精度为：0.1*10000=1m，1米,比例尺和数据精度概念,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度=6378140*2*3.1415926/360/1000=111.3km合计1分为：1分大约1.85km，1秒大

21、约30m靠近两级（南北极）数字越小。,度和米转换,不同国家由于采用的参考椭球及定位方法不同，因此同一地面点在不同坐标系中大地坐标值也不相同。因此，通常情况下，直接转换过来的数据会有一定的误差存在，所以为了保证数据的精度，在转换的过程中通过设置横坐标和纵坐标的偏移量来修正转换后的坐标值。由西安1980坐标系转换成北京1954坐标系，那么它们的偏移量就是北京1954坐标系相对于WGS84椭球体的偏移量减去西安1980坐标系相对于WGS84偏移量。,坐标偏移量,在测区附近选择一国家已知点（X1，Y1），在该已知点上用GPS测定WGS84坐标经纬度，将此坐标视为有误的西安80坐标系，并将其转换为西安8

22、0的平面直角坐标X，Y，然后与已知坐标相比较则课计算出偏移量。即X1=X- X1 Y1= Y- Y1 同理可求得北京54坐标系相对于WGS84坐标的偏移量X2，Y2，所以由西安80坐标转换成北京54坐标的偏移量即是：X=X2-X1，Y=Y2-Y1,偏移量计算方法,1、北京54和西安80是两种不同的大地基准面，不同的参考椭球体，因而两种地图下，同一个点的坐标是不同的，无论是三度带六度带坐标还是经纬度坐标都是不同的。 2、数字化后的得到的坐标其实不是WGS84的经纬度坐标，因为54和80的转换参数至今没有公布，一般的软件中都没有54或80投影系的选项，往往会选择WGS84投影。3、WGS84、北京

23、54、西安80之间，没有现成的公式来完成转换。,北京54转西安80,4、对于54或80坐标，从经纬度到平面坐标（三度带或六度带）的相互转换可以借助软件完成。 5、54和80间的转换，必须借助现有的点和两种坐标，推算出变换参数，再对待转换坐标进行转换。（均靠软件实现） 6、在选择参考点时，注意不能选取河流、等高线、地名、高程点，公路尽量不选。这些在两幅地图上变化很大，不能用作参考。而应该选择固定物，如电站，桥梁等。,北京54转西安80,西安80坐标系与北京54坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国

24、通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。两个椭球间的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，要求得七参数就需要在一个地区需要 3 个以上的已知点。如果区域范围不大， 最远点间的距离不大于 30Km（ 经验值 ） ，这可以用三参数。,西安80转北京54,在MAPGIS平台中实现步骤： 第一步：向地方测绘局（或其它地方）找本区域三个公共点坐标对（即54坐标x，y，z和80坐标x，y，z）； 第二步：将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。（菜单：投影转换/输入单点投影转换，计算出这三个点的弧度值并记录下来） 第三步：求公共点求操作系数（菜单：投影转换/坐标系转换）。如果求

25、出转换系数后，记录下来。 第四步：编辑坐标转换系数。（菜单：投影转换/编辑坐标转换系数。）最后进行投影变换，“当前投影”输入80坐标系参数，“目的投影”输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。,西安80转北京54,5,转,换,的,参,数,4,坐,标,的,转,换,3,高,斯,克,吕,格,2,坐,标,系,简,介,1,坐,标,与,投,影,1、由于GPS所采用的坐标系为WGS-84坐标系，而在我们国家，实际的工作中所使用的都是北京54,国家80、或地方坐标系，因此存在WGS-84和当地坐标系统之间的转换问题。2、参数转换一般分两种形式： 平面坐标系之间的转换：四参数、校正参

26、数 椭球体之间的转换： 三参数，七参数地球不是真正的球形，所以各个地方的坐标值相对于正规的球体有些偏差，因此有了七参数，以得到精确的坐标值。七参数的标准在各个地方，各有不同，并且是绝对保密的。目的就是为了防止他国窃取精确数据资料。三参数就是尺度比为0、旋转为0的七参数，属于椭球转换，四参数是平面转换。,参数的概念,在两个空间角直坐标系中，假设其分别为O1-XYZ和O2XYZ.如果两个坐标系的原点相同，通过三次旋转，就可以两个坐标系重合；如果两个直角坐标系的原点不在同一个位置，通过坐标轴的平移和旋转可以取得一致；如果两个坐标系的尺度也不尽一致，就需要再增加一个尺度变化参数；而对于大地坐标和高斯投

27、影平面坐标之间的转换，则需要通过高斯投影正算和高斯投影反算，通过使用中央子午线的经度和不同的参考椭球以及不同的投影面的选择来实现坐标的转换。,参数的概念,不同椭球(坐标系)的转换多应用于WGS84坐标与北京54，国家80，当地坐标之间的转换七个参数:X0平移 Y0平移 Z0平移 Xw旋转 Yw旋转 Zw旋转 K尺度 计算方法：坐标转换时，通常至少需要三个公共已知点，在两个不同空间直角坐标系中的六对XYZ坐标值，才能推算出这七个未知参数，计算出了这七个参数，就可以通过七参数方程组，将一个空间直角坐标系下一个点的XYZ坐标值转换为另一个空间直角坐标系下的XYZ坐标值。,椭球转换（七参数转换）,三参

28、数转换法认为仅是坐标系间原点发生了变化。计算简单，但精度较低，一般用在不同的地心空间直角坐标系之间的转换。七参数法依据的数学模型不仅考虑了坐标系的平移，同时还考虑了坐标系旋转、尺度不一等因素。所以需要的参数除了三个平移量外，还要三个旋转参数（又称三个尤拉角）和尺度变化参数。,椭球转换（七参数转换）,平面坐标转换，多应用于北京54，国家80与当地自定义坐标系之间的转换。四个参数：X0平移Y0平移坐标轴旋转K尺度,平面坐标转换,不同(椭球)坐标系的转换流程,空间直角坐标(X,Y,Z),大地坐标(B,L,H),平面直角坐标(x,y,h),当地平面坐标(x,y),空间直角坐标(X,Y,Z),大地坐标(B,L,H),平面直角坐标(x,y,h),当地平面坐标(x,y),投影反算,投影正算,平面转换,平面转换,椭球转换,谢谢！,