ArcMap坐标系详解

目录

• ArcMap坐标系详解
• 地理坐标系
• 投影坐标系
• 地理变化
• 在ArcMap中指定坐标系
  • 更改数据框的坐标系

ArcMap坐标系详解

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 往往被误称为基准面，而实际上，基准面仅仅是 GCS 的一部分。GCS 包括角度测量单位、本初子午线和基准面（基于椭圆体）。

点要素可通过其经度和纬度值进行引用。经度和纬度是从地心到地球表面上某点的测量角。通常以度或百分度为单位来测量该角度的值。下图将整个世界显示为一个具有经度和纬度值的地球。

在球面系统中，水平线（或东西线）是等纬度线或纬线。垂直线（或南北线）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。

位于两极点中间位置的纬线称为赤道。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。其他国家/地区使用通过伯尔尼、波哥大和巴黎的经线作为本初子午线。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，地球就被分成四个地理象限，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。

通常，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）。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。

用 X 表示经度值并用 Y 表示纬度值可能会有帮助。这样，在地理坐标系下定义的数据就如同“度”是线性测量单位一样显示。此方法与普通圆柱投影基本相同。

尽管经度和纬度可定位地球表面的准确位置，但它们不是均匀的测量单位。只有在赤道上，一经度所表示的距离才约等于一纬度所表示的距离。这是因为赤道是唯一与经线等长的纬线。（与球面地半径相同的圆称为大圆。赤道和所有经线都是大圆。）

赤道上下，用于定义纬度线的圆逐渐变小，直到在经线集中的北极和南极变为一个点。随着经线向两极集中，一经度所表示的距离会减少到零。在 Clarke 1866 椭球体上，赤道上的一经度等于 111.321 千米，而 60°纬度上的一经度却只有 55.802 千米。由于经纬度的度数没有标准长度，因此无法精确地计量距离或面积，也难以在平面地图或计算机屏幕上显示数据。

投影坐标系

投影坐标系在二维平面中确定。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，而后者则基于球体或椭圆体。

在投影坐标系中，通过格网上的 x,y 坐标来标识位置，其原点位于格网中心。每个位置均具有两个值，这两个值是相对于该中心位置的坐标。一个指定其水平位置，另一个指定其垂直位置。这两个值分别称为 x 坐标和 y 坐标。采用此标记法，原点的坐标值是 x = 0 和 y = 0。

在等间隔水平线和垂直线的格网化网络中，中央水平线称为 x 轴，而中央垂直线称为 y 轴。在 x 和 y 的整个范围内，单位保持不变且间隔相等。原点上方的水平线和原点右侧的垂直线具有正值；下方或左侧的线具有负值。四个象限分别表示正负 X 坐标和 Y 坐标的四种可能组合。

在地理坐标系中处理数据时，有时用 X 轴表示经度值并用 Y 轴表示纬度值是很有用的。

地理变化

地理坐标系定义了用于标识 3D 地球上位置的框架。每个地理坐标系 (GCS) 都具有设置大小和形状的椭圆体。每个地理坐标系也以某种特定方式与地球紧密相关。因此，地面上的同一位置在不同地理坐标系中将具有不同的坐标值。如果在投影坐标系中显示数据，这种差异会被放大，差异可能从几厘米到几百米不等。如果使用基于不同地理坐标系的数据集，则需要设置地理（或基准面）变换。

术语地理坐标系和基准面通常可互换使用。基准面是一个较旧的术语。基准面的概念已囊括在地理坐标系中。

总是以特定的方向来定义地理变换，例如从 NAD 1927 变换为 WGS 1984。变换名称将对此加以反映：NAD_1927_To_WGS_1984_1。名称中还可包含尾编号，如上述示例中的 _1。该编号表示变换的定义顺序。较大的编号不一定表示变换较准确。尽管地理变换具有内在的方向性，所有变换方法仍可进行反向变换。也就是说，可在两个方向上使用变换。ArcGIS 将基于输入和输出地理坐标系来应用相应的变换。

如果某对地理坐标系不具有任何变换，有时可能要使用第三个地理坐标系来构建一系列变换。通常，WGS 1984 是通用的链接。如果具有以下必要信息，也可使用创建自定义地理变换工具来定义新变换：方法和参数值。

为何有如此多的变换?

在任意两个地理坐标系之间，可能不存在变换，也可能存在一种或多种变换。有些地理坐标系的变换不为公众所知，因为政府或公司认为该信息具有战略重要性。很多 GCS 存在多种变换。根据所使用的区域或精度，它们可能会有所不同。精度通常反映变换方法。基于文件的方法（如 NTv2 和 NADCON）往往比基于方程的方法（如，地心变换和坐标框架）更好。有关方法的详细信息，请参阅地理变换方法。

不管使用什么方法，每个变换都是为特定区域设计的，并且可针对每个变换的具体应用来构建参数。需要加以考虑的一个重要因素是一致性，即，每次使用相同的变换在两个地理坐标系之间进行变换。由于变换的种类众多，ArcGIS 工具通常不会为一对地理坐标系设置特定的变换。有关可用变换、方法和使用区域的列表.

在ArcMap中指定坐标系

要正确显示数据，每个数据框都需要使用坐标系。它可确定数据框中用于地图显示的地图投影。数据框的坐标系不必与您所使用数据的坐标系相同，但如果 ArcMap 需要对数据进行动态投影，绘制的时间会较长。

使用新的空地图启动 ArcMap 时，不会定义默认数据框的坐标系。添加到空数据框的第一个图层的坐标系将作为数据框的坐标系，您也可以在需要时对其进行更改。添加后续图层时，如果定义了数据源的坐标系，则会使用数据框的坐标系自动显示后续图层。

如果没有充足的信息，ArcMap 将无法在每个图层中投影数据并对其进行正确显示。这种情况下，您必须自己提供必要的坐标系信息。

通常，如果没有为图层的数据集定义坐标系，而您了解该图层所使用的坐标系，则应使用 ArcToolbox 中的 [定义投影](JavaScript:IDHOLYTQ15NOWEBFE4RQXLBYYDJXBTVOTR2SJOKIXMSVCKWEDOEFG.Click())工具为数据指定投影信息。在 ArcGIS 中处理该数据时需要执行此操作。

提示：

要查看是否已为数据源定义坐标系，可右键单击 ArcMap 内容列表中的图层，然后单击 属性以打开图层属性对话框。单击源选项卡，然后在数据源框中进行查看。也可以使用目录窗口查看是否已为数据定义坐标系。

可在数据框属性对话框的坐标系选项卡中查看并设置数据框的坐标系。

更改数据框的坐标系

注：

要设置数据框的坐标系，当前不能处于编辑状态。要结束编辑会话，可单击编辑器菜单中的停止编辑。

1. 右键单击数据框名称并选择属性，以显示数据框属性对话框。

2. 单击坐标系选项卡并导航到要用于地图显示的坐标系。您可以通过执行空间过滤器字符串过滤器或二者的组合来过滤该对话框中显示的坐标系。

   空间过滤器会根据提供的范围过滤坐标系列表，无论它是当前可见范围、要素的轮廓、所选图形的轮廓还是自定义范围。

   字符串过滤器根据文件夹名称、坐标系名称或熟知 id (WKID) 过滤坐标系列表。

   当使用过滤器选项减少可用坐标系数量时，将仅显示包含匹配坐标系的文件夹。

找到坐标系之后，可通过单击添加到收藏夹按钮或右键单击并选择添加到收藏夹将其添加到收藏夹文件夹中。该文件夹的物理位置是在 Windows 配置文件目录的 Application Data\ESRI\Desktop\ArcMap\Coordinate Systems 文件夹中。

要设置与数据框中的特定图层相同的数据框坐标系，可打开图层文件夹并选择该坐标系。展开坐标系后，您将看到引用该坐标系的图层。

要设置与数据框之外的图层相同的数据框坐标系，可单击添加坐标系下拉菜单，选择导入，然后浏览到通过要使用的坐标系定义的数据源。使用导入也可以导入之前保存的 .prj 文件。