坐標(biāo)系與數(shù)據(jù)類型

• 1.坐標(biāo)系基礎(chǔ)知識(shí)
• • 1.1地球空間參考
  • • 1.1.1地球形狀與地球橢球體
    • 1.1.2坐標(biāo)系統(tǒng)
  • 1.2空間數(shù)據(jù)投影
  • • 1.2.1常用的地圖投影
• 2.ArcMap中的坐標(biāo)系的應(yīng)用
• 3.ArcGIS中的數(shù)據(jù)介紹

1.坐標(biāo)系基礎(chǔ)知識(shí)

想簡明的介紹坐標(biāo)系的概念和它在Arcgis軟件中的應(yīng)用，基礎(chǔ)知識(shí)部分參考了《地理信息系統(tǒng)教程》（湯國安等著）。

1.1地球空間參考

對于規(guī)劃類的同鞋們來說，學(xué)習(xí)使用GIS軟件的過程中經(jīng)常會(huì)碰到各種坐標(biāo)系的問題，對于各種坐標(biāo)系（北京54、西安80、國家2000等等）傻傻分不清楚。但是進(jìn)行空間分析或則其他操作又要把空間數(shù)據(jù)納入到相同的空間參考（坐標(biāo)系）才行。今天我們就來探討一下GIS和坐標(biāo)系的關(guān)系還有它的應(yīng)用。
首先提一個(gè)問題，我們用ArcMap軟件大多時(shí)候是畫地圖，地圖是和現(xiàn)實(shí)世界是一一對應(yīng)的，但是我們身處的世界是立體的、空間的、三維的；但我們畫的圖確是扁平的、平面的、二維的。從三維世界到二維地圖的這個(gè)過程是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？這里就需要了解一些測繪的知識(shí)，有了這些基礎(chǔ)呢方便理解后面應(yīng)用時(shí)的操作。當(dāng)然你如果對這些基礎(chǔ)知識(shí)不感興趣的話，也可以跳過，直接看操作部分就行了，但是還是建議看看基礎(chǔ)知識(shí)。

1.1.1地球形狀與地球橢球體

既然我們想研究地球做地圖，那我們嘚讓它方便計(jì)算，方便我們進(jìn)行各種測量。
根據(jù)大地測量學(xué)很古很古的前輩大佬們的研究成果來看：因?yàn)榈厍虮砻媸欠浅０纪共黄降?#xff08;不規(guī)律），為了方便研究他們將地球模擬抽象成了4種球體。
第一個(gè)球：地球的自然表面
因?yàn)榈厍虮砻媸欠浅２粓A潤、非常不規(guī)則（支楞八叉的）的表面，非常復(fù)雜，很難用來數(shù)學(xué)建模，在很多方面用地球的自然表面來考慮問題呢，很困難，不好使。但是不好使怎么辦呢，那就讓它規(guī)則點(diǎn)，圓溜點(diǎn)唄
????????????????????????????????圖片來自bing搜索

第二個(gè)球：大地水準(zhǔn)面
前面說了用地球自然表面很難搞，但是前人提出了一個(gè)相對抽象的面----大地水準(zhǔn)面。這個(gè)面是一個(gè)理想狀態(tài)下的假想的面，因?yàn)榈厍虼蟛糠直缓Ｋ采w，前人假設(shè)在只考慮重力的情況下當(dāng)海水不再流動(dòng)，當(dāng)海水不在流動(dòng)，即海水的表面與重力方向處處正交，大家學(xué)過物理知道當(dāng)只考慮重力，海水處處就只有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢，而不會(huì)流動(dòng)。這樣海面是圓潤了，陸地呢，不處理了么（拋棄了么），顯然不會(huì)，沿著剛才設(shè)想的靜止的海水面延伸唄，這樣這個(gè)連續(xù)、閉合的面就是大地水準(zhǔn)面。注意地球上有很多重力等位面（水準(zhǔn)面），只有與靜止海平面重合的面才叫大地水準(zhǔn)面。然后前人又引入了一個(gè)概念：把大地水準(zhǔn)面包圍的形體叫水準(zhǔn)橢球也稱大地體，可以理解把一個(gè)梨分為梨皮和梨剩下的部分。好了，現(xiàn)在第二個(gè)球介紹差不多了，我們把地球的自然表面提出了一點(diǎn)想象，讓它圓潤了一點(diǎn)，但是呢從結(jié)果看又沒完全圓潤，這是因?yàn)橛捎诘厍虻膬?nèi)部質(zhì)量分布不均勻，使得地球表面上各點(diǎn)的鉛垂線方向產(chǎn)生不規(guī)則變化，因而大地水準(zhǔn)面實(shí)際是一個(gè)復(fù)雜不規(guī)則的曲面，并不是嚴(yán)格的數(shù)學(xué)曲面，直接拿它來應(yīng)用解決實(shí)際問題還是挺難搞的。但是大地水準(zhǔn)面有明確的物理意義,在地球上實(shí)際存在,很大程度上能反應(yīng)地球的真實(shí)情況,從而被沿用至今。

????????????????????????????????圖片來自bing搜索
第三個(gè)球：地球橢球面
現(xiàn)在來看第三個(gè)球（終于敲到這個(gè)球了），前面說了我們對地球表面進(jìn)行了一次“圓潤”的過程，從地球表面到了大地水準(zhǔn)面。但是用大地水準(zhǔn)面來進(jìn)行實(shí)際測量之類的工作還是很困難的，前輩們又提出了一個(gè)與大地體非常接近的旋轉(zhuǎn)橢球，提出這個(gè)概念后前輩們覺得，哎這是個(gè)好用的地球模型，是個(gè)規(guī)則的數(shù)學(xué)曲面，方便計(jì)算和應(yīng)用。所以在大地測量和GIS應(yīng)用中一般都選擇一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的模型，稱為地球橢球公式就不復(fù)制上來了，有興趣自己去查查哈。
不知道你注意到上面“一般都選擇一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的模型”這句話沒有，是不是說旋轉(zhuǎn)橢球有很多個(gè)呢？地球橢球并不是一個(gè)任意的旋轉(zhuǎn)橢球體，只有與水準(zhǔn)橢球一致起來的旋轉(zhuǎn)橢球才能用作地球橢球。但是這個(gè)“一致起來”怎么理解？按照我想的是二者比較吻合，即旋轉(zhuǎn)橢球比較貼合大地水準(zhǔn)面，這樣用這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球測量的數(shù)據(jù)才能貼近現(xiàn)實(shí)中的世界，精度也更高，當(dāng)然這是我個(gè)人的理解不知道對不對（其實(shí)前面好多都是個(gè)人見解，不知道對不對，希望看到錯(cuò)誤的小伙伴留言指出，以便及時(shí)指正。doge)。當(dāng)然這個(gè)地球橢球也不是隨隨便便就確的這涉及非常復(fù)雜的大地測量學(xué)內(nèi)容，大多數(shù)國家都有專門確定這個(gè)的機(jī)構(gòu)，我就不展開了（主要是不會(huì)，狗頭保命）。但(跳過的從這里開始)我們要知道的是不同的限制條件和不同的研究方法確定的地球橢球多種多樣（這也就決定了為什么會(huì)有那么多不同的地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)），下面列出目前世界地圖以及我國不同時(shí)期所采用的的地球橢球。

橢球名稱創(chuàng)立年代

WGS-84	1984
1975年國際橢球（西安80坐標(biāo)系采用）	1975
海福特（hayford））（中國1953年以前采用）	1910
克拉索夫斯基（ красовский ）（北京54坐標(biāo)系采用）	1940

有了地球橢球，在實(shí)際建立地里空間坐標(biāo)系時(shí)，還需要指定一個(gè)大地基準(zhǔn)面將這個(gè)橢球體與大地體（忘了啥叫大地水準(zhǔn)面的你點(diǎn)一下這三個(gè)字）聯(lián)系起來，在大地測量學(xué)中稱之為橢球定位。按照我的理解這個(gè)過程的作用就是將這個(gè)橢球和你要研究的區(qū)域進(jìn)行“配準(zhǔn)”讓坐標(biāo)系更加精準(zhǔn)。

1.1.2坐標(biāo)系統(tǒng)

地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)通常分為球面坐標(biāo)系統(tǒng)（GIS中的地理坐標(biāo)系）和平面坐標(biāo)系統(tǒng)（GIS中的投影坐標(biāo)系），從二者的名稱來看它兩個(gè)的關(guān)系就是一個(gè)是三維的一個(gè)是二維的，平面（投影）坐標(biāo)系是按照球面（地理）坐標(biāo)與平面（投影）坐標(biāo)之間一一對應(yīng)的關(guān)系把三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)繪到平面。

1.2空間數(shù)據(jù)投影

地球橢球體在數(shù)學(xué)上講也是一個(gè)不能展開成平面的曲面，要把這樣一個(gè)曲面表現(xiàn)成平面，就會(huì)發(fā)生變形。這種變形是不可避免的，變形又細(xì)分為長度變形、角度變形、和面積變形。對應(yīng)的有等角投影（角度不會(huì)變形），等積投影（面積不變形可以用來計(jì)算面積）和等距投影（距離不變形）。

1.2.1常用的地圖投影

高斯-克呂格投影（gauss kruger）
投影類型：橫軸切圓柱等角投影
變形特點(diǎn)：角度不變形長度會(huì)變形
分帶說明：分為6°帶和3°帶，6°帶是從0°子午線（某條經(jīng)線）起西向東每隔經(jīng)差6°為一投影帶，全球共分為60個(gè)分帶。三°帶與6°帶類似只是每隔3°為一帶。
橫軸墨卡托投影（UTM）
投影類型：橫軸割圓柱等角投影
變形特點(diǎn)：與高斯-克呂格相同
其他的投影因?yàn)闀蠜]講到我也不想查（大寫的懶），而且這些基礎(chǔ)內(nèi)容感覺好像挺多的了(雖然還是省略了不少內(nèi)容)，讀起來比較累，影響閱讀體驗(yàn)就敲到這打住。

2.ArcMap中的坐標(biāo)系的應(yīng)用

接下來就是今天討論的重點(diǎn)了坐標(biāo)系在ArcMap（后面簡稱GIS）中的應(yīng)用，以上的基礎(chǔ)內(nèi)容皆是為此做準(zhǔn)備。在GIS中我們用到坐標(biāo)系的地方就是坐標(biāo)系的投影與轉(zhuǎn)換（注意：這是兩個(gè)不同的概念）。投影 是針對地理坐標(biāo)系將三維的球轉(zhuǎn)繪成二維的平面圖，投影坐標(biāo)系是地理坐標(biāo)系在投影這種“加工方法”下產(chǎn)生的產(chǎn)品類似父與子的關(guān)系；轉(zhuǎn)換是將兩個(gè)不同的地理坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。結(jié)合我在規(guī)劃工作中的經(jīng)歷來介紹這兩個(gè)操作的不同。
情景一：將有坐標(biāo)的CAD文件導(dǎo)入到GIS中并疊加到影像上

GIS可以直接打開CAD的dwg文件，為了方便處理我們首先把cad數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成shapefile格式的數(shù)據(jù)，選擇合適的位置保存但是因?yàn)閐wg文件沒有坐標(biāo)系文件所以gis會(huì)蹦出這個(gè)提示框，提示你數(shù)據(jù)缺少坐標(biāo)系信息，沒有正確的坐標(biāo)系GIS就不能把cad數(shù)據(jù)對應(yīng)到它的坐標(biāo)所在的位置，盡管cad數(shù)據(jù)是有坐標(biāo)的，那我們應(yīng)該怎么處理呢。最快捷的辦法是問給你數(shù)據(jù)的那個(gè)人或則單位，問他知不知道坐標(biāo)系是什么。如果能問到那是最好，直接用工具箱里的定義投影（定義投影只用來將未知或不正確的投影定義為正確的投影）工具就行了
但是我們可能會(huì)遇到給數(shù)據(jù)的那個(gè)人也不清楚坐標(biāo)系的情況，這是后怎么辦呢。不要忘了我們的CAD數(shù)據(jù)是有坐標(biāo)的雖然不是有坐標(biāo)系，我們可以從坐標(biāo)里獲取一定的信息。
可以看到右下角紅色框框里的坐標(biāo)整數(shù)部分是：6位，7位這種形式。這種形式代表了什么呢？代表了它是投影坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，因?yàn)榈乩碜鴺?biāo)系是由經(jīng)緯線構(gòu)成的，單位是度，投影坐標(biāo)系是由地理坐標(biāo)系按照某種方法投影出來的，投影坐標(biāo)系有坐標(biāo)原點(diǎn)，單位是米所以它的坐標(biāo)的整數(shù)部分會(huì)很長，可以是6位，7位或則8位，7位這種兩種組合。6位，7位是我們現(xiàn)在遇到的情況，那8位，7位是什么情況呢？其實(shí)是在前一種情況的X（東西向）坐標(biāo)前加上帶號像（36123456.001,1234567.001）這樣。而且一般來說我遇到這種情況可以判斷為西安80坐標(biāo)系或則北京54坐標(biāo)系或則國家2000坐標(biāo)系（cgcs2000），首先判斷西安80坐標(biāo)系，因?yàn)檫@個(gè)坐標(biāo)系在cgcs2000沒普遍使用前用的最多的就是西安80坐標(biāo)系，如果西安80不對的話試試國家2000對不對，最后在試北京54坐標(biāo)系因?yàn)檫@個(gè)坐標(biāo)系比較有年代感現(xiàn)在不是很常用。理論有了我們現(xiàn)在開始操作
在用定義投影這個(gè)工具時(shí)需要一個(gè)指定一個(gè)坐標(biāo)系參數(shù)，我們這里先用西安80坐標(biāo)系來嘗試一下（我這個(gè)CAD數(shù)據(jù)在導(dǎo)入前已經(jīng)問到了它是西安80坐標(biāo)系但具體是哪個(gè)分帶不清楚）。

我們點(diǎn)開投影坐標(biāo)系的文件夾會(huì)發(fā)現(xiàn)有這么多先坐標(biāo)系，選哪個(gè)呢？這時(shí)候我們需要借助場外工具的幫助了，對于規(guī)劃行業(yè)來說這個(gè)cad數(shù)據(jù)你一定是知道它的實(shí)際位置的（我們現(xiàn)實(shí)生活中它所對應(yīng)的位置），比如我這里的數(shù)據(jù)是貴州省黃平縣谷隴鎮(zhèn)巖門司村的cad數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們在瀏覽器里搜索天地圖貴州進(jìn)入它的在線地圖服務(wù)

然后搜索框里搜索黃平縣谷隴鎮(zhèn)我們可以看到它的經(jīng)緯度坐標(biāo)是：經(jīng)度:108.05 緯度:26.83

因?yàn)橹腥A人民共和國成立后，我國大中比例尺地形圖一律規(guī)定采用以克拉索夫斯基橢球體元素計(jì)算的高斯-克呂格投影。而上圖是高斯投影的分帶計(jì)算公式。根據(jù)獲取的坐標(biāo)我們來計(jì)算應(yīng)該選擇的分帶帶號，直接計(jì)算3度分帶就行了，因?yàn)?:10000以下的小比例尺地圖采用6度分帶，像我們一個(gè)村子大小的地方應(yīng)該屬于大比例尺用3度分帶來算（不知道這樣想有沒有問題，但是后面用這樣的思路來搞還是正確的）。n=108/3=36，所以選擇36分帶。計(jì)算了分帶之后再怎么處理呢？如果我們的cad數(shù)據(jù)坐標(biāo)是帶分帶號的那種（8位，7位的形式）我們直接選哪個(gè)有代號數(shù)字的投影名稱就行了，比如下面我們選中的這個(gè)

在投影的名字后面的數(shù)字就是帶號36，但是我們的數(shù)據(jù)貌似是不帶帶號的那種這怎么辦呢？再介紹一下3度分帶投影坐標(biāo)系的命名方式（以下面兩個(gè)投影坐標(biāo)系為例子講解：）你就知道怎么辦了。

第一種Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_36：它代表的含義是西安80地理坐標(biāo)系進(jìn)行3度分帶的高斯投影下的第36度帶橫坐標(biāo)前加帶號。Xian_1980代表西安80坐標(biāo)系（簡稱西安80）；3_Degree代表3度分帶；
GK是Gauss_Kruger（高斯克呂格）的縮寫；Zone_36代表地36度帶區(qū)域；
第二種Xian_1980_3_Degree_GK_CM_108E 解釋一下CM_108E的意思其他的和第一種沒區(qū)別CM_108E就是Central_Meridian（中央子午線）是東經(jīng)108度橫坐標(biāo)前不加帶號；
細(xì)心的同學(xué)可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其實(shí)下面的框框里是有具體的說明的，而且這兩種投影其實(shí)是一回事只是第一種投影會(huì)在X坐標(biāo)前加上帶號，第二種不加帶號，就是這個(gè)區(qū)別，它倆的中央子午線都是108。然后我用啦這么多篇幅去解釋，不知道是不是有點(diǎn)多余。
西安80投影文件夾里還有這么一種比較短的投影它代表6度分帶

現(xiàn)在在了解這個(gè)文件夾里的各種投影后我們就知道選什么了，36度帶坐標(biāo)不加帶號那就選Xian_1980_3_Degree_GK_CM_108E這個(gè)，因?yàn)槲覀冎酪x第36度帶而且是坐標(biāo)不帶帶號的那種，前面那兩個(gè)一個(gè)是帶帶號的，一個(gè)不帶那就選不帶的唄。
然后把我們定義投影過的數(shù)據(jù)和遙感影像同時(shí)添加進(jìn)來看看效果
可以看到是疊起來的，達(dá)到了預(yù)期想要達(dá)到的效果。
雖然影像和剛轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)坐標(biāo)系不一樣但還疊起來了，這是因?yàn)锳rcGIS本身有一個(gè)動(dòng)態(tài)投影機(jī)制，就是只要我們是同一個(gè)地方的地理要素，只要每個(gè)數(shù)據(jù)都定義了正確的坐標(biāo)系，那么無論各要素是采用了什么坐標(biāo)系，都是可以直接疊加對齊的，這也就是上文講到坐標(biāo)變換并不是必須的原因，就是說我們在做分析或者可視化的時(shí)候，并不一定都要變換為同一個(gè)坐標(biāo)系，只要定義了正確的坐標(biāo)系注意此處我多次強(qiáng)調(diào)“正確”，這個(gè)很重要。），一般都是能自動(dòng)對齊的。

先敲到這剩下的后面再敲。所以，席，你看懂了么？ 不懂我們再討論哈

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3.ArcGIS中的數(shù)據(jù)介紹

敲不動(dòng)了，后面有空在寫了

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ArcGIS软件中的坐标系及数据类型的概念的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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