ArcGIS中的坐标系定义与转换 (转载）
1.基準面概念：
?GIS中的坐標系定義由基準面和地圖投影兩組參數確定，而基準面的定義則由特定橢球體及其對應的轉換參數確定，因此欲正確定義GIS系統坐標系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關系。
??基準面是利用特定橢球體對特定地區地球表面的逼近，因此每個國家或地區均有各自的基準面，我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基準面。我國參照前蘇聯從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國的北京54坐標系，1978年采用國際大地測量協會推薦的1975地球橢球體建立了西安80坐標系，目前大地測量基本上仍以北京54坐標系作為參照，北京54與西安80坐標之間的轉換可查閱國家測繪局公布的對照表。 WGS1984基準面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標系，即以地心作為橢球體中心，目前GPS測量數據多以WGS1984為基準。
?地理坐標：為球面坐標。 參考平面地是 橢球面。坐標單位:經緯度
大地坐標：為平面坐標。參考平面地是 水平面 。坐標單位：米、千米等。
?
2. 地理坐標轉換到大地坐標的過程?
（可理解為投影，?投影：將不規則的地球曲面轉換為平面）
?
1、首先理解地理坐標系（Geographic coordinate system），是以經緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographic coordinate system是球面坐標系統。我們要將地球上的數字化信息存放到球面坐標系統上，如何進行操作呢？地球是一個不規則的橢球，如何將數據信息以科學的方法存放到橢球上？這必然要求我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應參數。
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000
然而有了這個橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準面將這個橢球定位。在坐標系統描
述中，可以看到有這么一行：
Datum: D_Beijing_1954
表示，大地基準面是D_Beijing_1954。
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有了Spheroid和Datum兩個基本條件，地理坐標系統便可以使用。
完整參數：
Alias:
Abbreviation: ?（縮寫）
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian（起始經度）: Greenwich (0.000000000000000000) ??//(本初子午線)
Datum（大地基準面）: D_Beijing_1954
Spheroid（參考橢球體）: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
?
2、投影坐標系統（Projection coordinate system），
首先看看投影坐標系統中的一些參數。
Projection: Gauss_Kruger ???//(t投影方法)
Parameters: （參數）
False_Easting: 500000.000000 ??//在東西方向上坐標縱軸向西移了500km
False_Northing: 0.000000 ?????//在南北方向上坐標橫軸沒有移動
Central_Meridian: 117.000000 ??//中央經線，同central longitude
Scale_Factor: 1.000000 ?????????//比例系數，比如放大縮小就用到了阿。一根尺寸1m的桿，你想它變成兩米，在scale命令下，在長度方向上設置成2，一個ok它就變成兩米的了。這是最最最簡單的例子。具體應用就看你自己的題目了
Latitude_Of_Origin: 0.000000 ???// 緯度的起源，這里既赤道
Linear Unit: Meter (1.000000) ???//線性單位
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation: ?????//縮寫
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) ?//本初子午線(0度經線)
Datum: D_Beijing_1954 ???????//大地基準面
Spheroid: Krasovsky_1940 ????//參考橢球體
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 ??//長半軸
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 ??//短半軸
Inverse Flattening: 298.300000000000010000 ????//偏心率
從參數中可以看出，每一個投影坐標系統都必定會有Geographic Coordinate System。
?投影坐標系統，實質上便是平面坐標系統，其地圖單位通常為米。
那么為什么投影坐標系統中要存在坐標系統的參數呢？
這時候，又要說明一下投影的意義：將球面坐標轉化為平面坐標的過程便稱為投影。
好了，投影的條件就出來了：
a、球面坐標
b、轉化過程（也就是算法）
也就是說，要得到投影坐標就必須得有一個“拿來”投影的球面坐標，然后才能使用算法
去投影！
即每一個投影坐標系統都必須要求有Geographic Coordinate System參數。
?“既是投影坐標系=地理坐標系+投影算法函數”
?
3.北京54和西安80是我們使用最多的坐標系
??（1）首先簡單介紹高斯-克呂格投影的基本知識。
?我國大中比例尺地圖均采用高斯-克呂格投影，其通常是按6度和3度分帶投影，1:2.5萬－1:50萬比例尺地形圖采用經差6度分帶，1:1萬比例尺的地形圖采用經差3度分帶。
具體分帶法是：6度分帶從本初子午線（prime meridian）開始，按經差6度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分60個投影帶，帶號分別為1－60；3度投影帶是從東經1度30分經線（1.5°）開始，按經差3度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分120個投影帶。為了便于地形圖的測量作業，在高斯-克呂格投影帶內布置了平面直角坐標系統，具體方法是，規定中央經線為X軸，赤道為Y軸，中央經線與赤道交點為坐標原點，x值在北半球為正，南半球為負，y值在中央經線以東為正，中央經線以西為負。由于我國疆域均在北半球，x值均為正值，為了避免y值出現負值，規定各投影帶的坐標縱軸均西移500km，中央經線上原橫坐標值由0變為500km。為了方便帶間點位的區分，可以在每個點位橫坐標y值的百千米位數前加上所在帶號，如20帶內A點的坐標可以表示為YA=20 745 921.8m。（XY軸不理解參照下面的GAUSS-KRUGER定義）
???? 在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目錄中，我們可以看到四種不同的命名方式：（即有四種方法）
??? Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
??? Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
??? Beijing 1954 GK Zone 13.prj
??? Beijing 1954 GK Zone 13 N.prj
? 注釋：GK 是高斯克呂格，CM 是Central Meridian 中央子午線，Zone是分帶號，N是表示不顯示帶號， 對它們的說明分別如下：
??? 三度分帶法的北京54坐標系，中央經線在東75度的分帶坐標，橫坐標前不加帶號
??? 三度分帶法的北京54坐標系，中央經線在東75度的分帶坐標，橫坐標前加帶號
??? 六度分帶法的北京54坐標系，分帶號為13，橫坐標前加帶號
??? 六度分帶法的北京54坐標系，分帶號為13，橫坐標前不加帶號
在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目錄中，文件命名方式又有所變化：
//三分帶
Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj? //紅色表帶數
//六分帶
?Xian 1980 GK CM 75E.prj????????? //黑色表所在帶的中央經線
?Xian 1980 GK Zone 13.prj
?西安80坐標文件的命名方式、含義和北京54前兩個坐標相同，但沒有出現“帶號+N”這種形式，為什么沒有采用統一的命名方式？讓人看了有些費解。
?注意：在實際運用中坐標中加有40是條帶號，去、加條帶號既是在上述四種命名投影方法的轉換。（用project。），不可人為的移動40000000，這樣是錯誤的。
?注意：不知道是否正確（只知道GK或者UTM的坐標的話是沒法求帶號的 因為每個投影帶都是以投影中心以西500KM為坐標原點但是你都知道帶號了 就相當于知道了投影中心，再往西500KM就是坐標原點啊）
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（2）?大地坐標（Geodetic Coordinate）:大地測量中以參考橢球面為基準面的坐標。
地面點P的位置用大地經度L、大地緯度B和大地高H表示。當點在參考橢球面上時，僅用大地經度和大地緯度表示。大地經度是通過該點的大地子午面與起始大地子午面之間的夾角，大地緯度是通過該點的法線與赤道面的夾角，大地高是地面點沿法線到參考橢球面的距離。
?方里網:是由平行于投影坐標軸的兩組平行線所構成的方格網。因為是每隔整公里繪出坐標縱線和坐標橫線，所以稱之為方里網，由于方里線同時 又是平行于直角坐標軸的坐標網線，故又稱直角坐標網。
?在1：1萬——1：20萬比例尺的地形圖上，經緯線只以圖廓線的形式直接表現出來，并在圖角處注出相應度數。為了在用圖時加密成 網，在內外圖廓間還繪有加密經緯網的加密分劃短線(圖式中稱“分度帶”)，必要時對應短線相連就可以構成加密的經緯線網。1：2 5萬地形圖上，除內圖廓上繪有經緯網的加密分劃外，圖內還有加密用的十字線。
?我國的1：50萬——1：100萬地形圖，在圖面上直接繪出經緯線網，內圖廓上也有供加密經緯線網的加密分劃短線。
?直角坐標網的坐標系以中央經線投影后的直線為X軸，以赤道投影后的直線為Y軸，它們的交點為坐標原點。這樣，坐標系中就出現了四 個象限。縱坐標從赤道算起向北為正、向南為負；橫坐標從中央經線算起，向東為正、向西為負。
??雖然我們可以認為方里網是直角坐標，大地坐標就是球面坐標。但是我們在一副地形圖上經常見到方里網和經緯度網，我們很習慣的稱經緯度網為大地坐標，這個時候的大地坐標不是球面坐標，她與方里網的投影是一樣的（一般為高斯投影），也是平面坐標。
?（3）Vertical Coordinate Systems ??//(垂直坐標系統)
??Vertical Coordinate Systems定義了測量海拔或深度值的原點，具體的定義，英文描述的更為準確：
??A vertical coordinate system defines the origin for height or depth values. Like a horizontal coordinate system, most of the information in a vertical coordinate system is not needed unless you want to display or combine a dataset with other data that uses a different vertical coordinate system.
??Perhaps the most important part of a vertical coordinate system is its unit of measure. The unit of measure is always linear (e.g., international feet or meters). Another important part is whether the z values represent heights (elevations) or depths. For each type, the z-axis direction is positive "up" or "down", respectively.?
??One z value is shown for the height-based mean sea level system. Any point that falls below the mean sea level line but is referenced to it will have a negative z value. The mean low water system has two z values associated with it. Because the mean low water system is depth-based, the z values are positive. Any point that falls above the mean low water line but is referenced to it will have a negative z value.
??需要注意的是，大家經常希望能夠通過坐標轉換，將北京54或西安80中的地理坐標系轉換到WGS84，實際上這樣做是不準確的，北京54或西安80的投影坐標可以通過計算轉換到其對應的地理坐標系，但由于我國北京54和西安80中的地理坐標系到WGS84的轉換參數沒有公開，因此無法完成其到WGS84坐標的精準計算。其他公開了轉換參數的坐標系都可以在ArcToolbox中完成轉換。
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4. WGS84
WGS84:World Geodetic System 1984，（geodetic? 測量）是為GPS全球定位系統使用而建立的坐標系統。通過遍布世界的衛星觀測站觀測到的左邊建立，其初次WGS84的精度為1-2m，在1994年1月2號，通過10個觀測站在GPS測量方法上改正，得到了WGS84（G730），G表示由GPS測量得到，730表示為GPS時間第730個周。
1996年，National Imagery and Mapping Agency (NIMA) 為美國國防部 (U.S.Departemt of Defense, DoD)做了一個新的坐標系統。這樣實現了新的WGS版本：WGS（G873）。其因為加入了USNO站和北京站的改正，其東部方向加入了31-39cm 的改正。所有的其他坐標都有在1分米之內的修正
?什么是80西安坐標系？
??????? 1978年4月在西安召開全國天文大地網平差會議，確定重新定位，建立我國新的坐標系。為此有了1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系采用地球橢球基本參數為1975年國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的數據。該坐標系的大地原點設在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮，位于西安市西北方向約60公里，故稱1980年西安坐標系，又簡稱西安大地原點。基準面采用青島大港驗潮站1952－1979年確定的黃海平均海水面（即1985國家高程基準）。
什么是地心坐標系？ ???????? 以地球的質心作為坐標原點的坐標系稱之為地心坐標系，即要求橢球體的中心與地心重合。人造地球衛星繞地球運行時，軌道平面時時通過地球的質心，同樣對于遠程武器和各種宇宙飛行器的跟蹤觀測也是以地球的質心作為坐標系的原點，參考坐標系已不能滿足精確推算軌道與跟蹤觀測的要求。因此建立精確的地心坐標系對于衛星大地測量、全球性導航和地球動態研究等都具有重要意義。
什么是WGS－84坐標系？
WGS－84坐標系是一種國際上采用的地心坐標系。坐標原點為地球質心，其地心空間直角坐標系的Z軸指向國際時間局（BIH）1984.0定義的協議地極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的協議子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸垂直構成右手坐標系，稱為1984年世界大地坐標系。這是一個國際協議地球參考系統（ITRS），是目前國際上統一采用的大地坐標系。
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5. Gauss Kruger㈢㈣㈢
（1）Gauss Kruger該詞主要出現于地圖投影中
高斯-克呂格(GAUSS-KRUGER)是等角橫切橢圓柱投影，是橫軸墨卡托投影的變種。由德國數學家高斯提出，后經克呂格擴充并推倒出計算公式，故稱為高斯-克呂格投影，簡稱高斯投影。該投影以中央經線和赤道投影后為坐標軸，中央經線和赤道交點為坐標原點，縱坐標由坐標原點向北為正，向南為負，規定為X軸，橫坐標從中央經線起算，向東為正，向西為負，規定為Y軸。所以，高斯-克呂格坐標系的X、Y軸正好對應MAPGIS坐標系的Y和X。
?（2）高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影和UTM（Universal Transverse Mercator）投影
? ①高斯-克呂格投影與UTM投影異同?
???高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影與UTM投影（Universal Transverse Mercator，通用橫軸墨卡托投影）都是橫軸墨卡托投影的變種，目前一些國外的軟件或國外進口儀器的配套軟件往往不支持高斯-克呂格投影，但支持 UTM投影，因此常有把UTM投影當作高斯-克呂格投影的現象。從投影幾何方式看，高斯-克呂格投影是“等角橫切圓柱投影”，投影后中央經線保持長度不變，即比例系數為1；UTM投影是“等角橫軸割圓柱投影”，圓柱割地球于南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條割線上沒有變形，中央經線上長度比 0.9996。從計算結果看，兩者主要差別在比例因子上，高斯-克呂格投影中央經線上的比例系數為1， UTM投影為0.9996，高斯-克呂格投影與UTM投影可近似采用 X[UTM]=0.9996 * X[高斯]，Y[UTM]=0.9996 * Y[高斯]，進行坐標轉換（注意：如坐標縱軸西移了500000米，轉換時必須將Y值減去500000乘上比例因子后再加500000）。從分帶方式看，兩者的分帶起點不同，高斯-克呂格投影自0度子午線起每隔經差6度自西向東分帶，第1帶的中央經度為3°；UTM投影自西經180°起每隔經差6度自西向東分帶，第1帶的中央經度為-177°，因此高斯-克呂格投影的第1帶是UTM的第31帶。此外，兩投影的東偽偏移都是500公里，高斯-克呂格投影北偽偏移為零，UTM北半球投影北偽偏移為零，南半球則為10000公里。
②? 高斯-克呂格投影簡介???
高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影，是一種“等角橫切圓柱投影”。德國數學家、物理學家、天文學家高斯（Carl Friedrich Ｇauss，1777一 1855）于十九世紀二十年代擬定，后經德國大地測量學家克呂格（Johannes Kruger，1857～1928）于 1912年對投影公式加以補充，故名。設想用一個圓柱橫切于球面上投影帶的中央經線，按照投影帶中央經線投影為直線且長度不變和赤道投影為直線的條件，將中央經線兩側一定經差范圍內的球面正形投影于圓柱面。然后將圓柱面沿過南北極的母線剪開展平，即獲高斯一克呂格投影平面。高斯一克呂格投影后，除中央經線和赤道為直線外，其他經線均為對稱于中央經線的曲線。高斯-克呂格投影沒有角度變形，在長度和面積上變形也很小，中央經線無變形，自中央經線向投影帶邊緣，變形逐漸增加，變形最大處在投影帶內赤道的兩端。由于其投影精度高，變形小，而且計算簡便（各投影帶坐標一致，只要算出一個帶的數據，其他各帶都能應用），因此在大比例尺地形圖中應用，可以滿足軍事上各種需要，并能在圖上進行精確的量測計算。按一定經差將地球橢球面劃分成若干投影帶,這是高斯投影中限制長度變形的最有效方法。分帶時既要控制長度變形使其不大于測圖誤差，又要使帶數不致過多以減少換帶計算工作，據此原則將地球橢球面沿子午線劃分成經差相等的瓜瓣形地帶,以便分帶投影。通常按經差6度或3度分為六度帶或三度帶。六度帶自 0度子午線起每隔經差6度自西向東分帶，帶號依次編為第 1、2…60帶。三度帶是在六度帶的基礎上分成的，它的中央子午線（既中央經線）與六度帶的中央子午線和分帶子午線重合，即自 1.5度子午線起每隔經差3度自西向東分帶，帶號依次編為三度帶第 1、2…120帶。我國的經度范圍西起 73°東至135°，可分成六度帶十一個，各帶中央經線依次為75°、81°、87°、……、117°、123°、129°、135°，或三度帶二十二個。我國大于等于50萬的大中比例尺地形圖多采用六度帶高斯-克呂格投影，三度帶高斯-克呂格投影多用于大比例尺測圖，如城建坐標多采用三度帶的高斯-克呂格投影。
③ UTM投影簡介???
?UTM投影全稱為“通用橫軸墨卡托投影”，是一種“等角橫軸割圓柱投影”，橢圓柱割地球于南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條相割的經線上沒有變形，而中央經線上長度比0.9996。UTM投影是為了全球戰爭需要創建的，美國于1948年完成這種通用投影系統的計算。與高斯-克呂格投影相似，該投影角度沒有變形，中央經線為直線，且為投影的對稱軸，中央經線的比例因子取0.9996是為了保證離中央經線左右約330km處有兩條不失真的標準經線。UTM投影分帶方法與高斯-克呂格投影相似，是自西經180°起每隔經差6度自西向東分帶，將地球劃分為60個投影帶。??? 我國的衛星影像資料常采用UTM投影。
④ 高斯-克呂格投影與UTM投影坐標系???
高斯- 克呂格投影與UTM投影是按分帶方法各自進行投影，故各帶坐標成獨立系統。以中央經線（L0）投影為縱軸X, 赤道投影為橫軸Y，兩軸交點即為各帶的坐標原點。為了避免橫坐標出現負值，高斯- 克呂格投影與UTM北半球投影中規定將坐標縱軸西移500公里當作起始軸，而UTM南半球投影除了將縱軸西移500公里外，橫軸南移10000公里。由于高斯-克呂格投影與UTM投影每一個投影帶的坐標都是對本帶坐標原點的相對值，所以各帶的坐標完全相同，為了區別某一坐標系統屬于哪一帶，通常在橫軸坐標前加上帶號，如(4231898m,21655933m)，其中21即為帶號。
轉自：http://yusenys.blog.163.com/blog/static/81664713201210287555429/
總結
以上是生活随笔為你收集整理的ArcGIS中的坐标系定义与转换 (转载）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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