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  • 摘要:非测绘专业以及学艺不精的测绘人员对经纬度、投影带、带号、假东、假北、比例因子、高斯克吕格3度分带投影、高斯克吕格6度分带投影、墨卡托投影、通用横轴墨卡托投影...,经常需要从经纬度数据转换到投影坐标系...

     

    作者:崔欣

    单位:中国石油天然气管道工程有限公司

     

    摘要:非测绘专业以及学艺不精的测绘人员对经纬度、投影带、带号、假东、假北、比例因子、高斯克吕格3度分带投影、高斯克吕格6度分带投影、墨卡托投影、通用横轴墨卡托投影等专业名词通常不大熟悉,而现在工程数据来源丰富,坐标系也不统一,经常需要从经纬度数据转换到投影坐标系,这就让人越发不知所措。即使有专业GIS软件,也不知道如何选取参数,更不了解参数的影响,只能求助专业人员,而这个工作本身技术含量并不高,仅需要少数容易理解的参数便可以实现自动转换,从而解放很多人的大脑,将时间和精力放在更需要的地方。

     

    1 背景

    在设计院这样专业众多,根据设计需求和用途,又需要采用不同坐标系的单位,其实只有长期从事测绘工作的专业人员才会对坐标系信息的相关知识信手拈来,轻松容易的进行坐标转换,大多数工程勘察设计人员虽然用了坐标,但对于所谓的投影方式、分带、假东、假北一概不明白,在独自需要将经纬度坐标的数据转换到工程项目使用的投影坐标系时感到棘手,看不懂专业软件的参数设置,不明白坐标系名称命名的含义。可能只是一个坐标点的转换,就需要跨专业找人帮忙,一来一回,许多时间和精力都耽搁了。还有许多工程设计人员在踏勘现场习惯采用奥维等软件提示目的地、标注现场调绘信息,在从手机中提取出来时不知道怎么才能将数据转换到工程项目的那个投影坐标系中。更棘手的是,长输管道通常上千公里,一个项目跨几个投影带都是常有的事,虽然采用的投影方式相同,但投影坐标系涉及好几个,一个不留神数据就放错位置了。

    考虑到非测绘专业人员对坐标系专业词汇的了解有限,有些甚至可以用更直白的方式表达,而国内外工程项目常用的投影方式有限,针对这部分情况,可以根据经纬度下数据本身的信息加上目标投影坐标系的投影方式、假东是否含带号等三两个关键信息,编制对数据进行自动裁切和重投影的FME工具,节约人力成本,解放非测绘专业人员。

    2 原理

    长输管道国内项目常用CGCS2000高斯克吕格3度投影坐标系,偶尔用6度投影坐标系,而国外项目常用WGS84 UTM投影坐标系,因此这些地心坐标系是可以利用地理坐标的经纬度信息、目标坐标系的大地基准和投影方式,自动计算坐标点所在投影带的中央经线,获取投影坐标系参数,实施二维坐标转换。对于坐标范围跨带的数据,在获取投影坐标系参数后,构建每个投影带的范围,对数据进行裁切,裁切后的数据按照所处位置自动投影,实现坐标转换。

    本工具仅需要支持国际标准坐标系中WGS84(EPSG:4326)和CGCS2000(EPSG:4490)两种地理坐标系自动转换到WGS 84 UTM投影坐标系、CGCS2000高斯3度和6度投影坐标系即可满足绝大多数工程项目的需求。而WGS84和CGCS2000大地基准面都属于地心参考系,因此可以自动实现高精度的转换。

    通过纬度值确认南北半球,北半球为正值,南半球为负值。通过经度值确定东西经,西经为负,东经为正。

     

    3 转换流程

    3.1 总体思路

    数据格式可能有多种,但自动重投影的操作是相同的。考虑到工程项目中搜集了不少Shapefile格式的数据,因此制作了shapefile格式到shapefile的自动重投影工具。具体FME流程如下图所示。

    3.2 生成投影带范围

    自动转换的关键是需要自动获得需要向哪个坐标系进行转换以及该投影坐标系的范围。

    3.2.1 初步信息

    根据数据的最小外界矩形和目标坐标系的投影方式推算数据涉及的南北半球、投影带范围和带宽。

    通过源数据可以获得数据最小外界矩形,由此可知道数据的范围。最小外界矩形信息用Xmin、Xmax、Ymin、Ymax、Zmin、Zmax这六个参数描述,因此按照公式(3)、(6)、(9)可以获得在目标投影方式下涉及到的投影带范围:

     

    目标投影方式的带宽:

    南北半球信息:

    上述四个属性值的创建和计算使用AttributeCreator即可完成,赋值采用条件赋值方式即可。

    3.2.2 构建投影带要素

    根据投影带带号范围和南北半球信息为每个投影带新建一个不含几何结构的要素,初始属性信息包括带号、南北半球。

    对于数据范围全部在北半球或者南半球的源数据,对应生成的投影带要素数量为(ZoneMax-ZoneMin)+1。对于数据范围横跨南北两个半球的源数据,对应生成的投影带要素数量则为(ZoneMax-ZoneMin)+1的两倍。因为同一条经线在南北两个半球分别为两个投影带的中央经线,且分属南北半球的这两个投影带的带号数字也相同,需要南北半球信息确定投影坐标系统,因此构建投影带要素时初始信息需要带号(仅包含数字部分)和南北半球两个信息来唯一确定。

    在FME中创建投影带要素需要从无到有,因此在自定义转换器中利用循环进行创建,从ZoneMin到ZoneMax,步长为1。当数据横跨南北半球时,需要复制一份投影带要素并将两组相同要素的南北半球信息分别设置为南半球和北半球。

    3.2.3 计算中央经线

    根据投影带号和投影方式计算中央经线。使用转换器AttributeCreator创建每个投影带要素的中央经线属性,并按照公式(2)、(5)、(8) 赋值:

    3.2.4 绘制投影带范围

    根据中央经线、投影带宽度、最大y值和最小y值绘制每个投影带的经纬度矩形。使用VertexCreator转换器依次创建四个角点(ZoneXmin,ZoneYmin)、(ZoneXmin,ZoneYmax)、(ZoneXmax,ZoneYmax)、(ZoneXmax,ZoneYmin)。为了使创建的图形闭合,需再多使用一次VertexCreator转换器,坐标为(ZoneXmin,ZoneYmin),最终得到闭合的图形范围。

    3.3 计算EPSG编号

    EPSG全称为European Petroleum Survey Group,成立于1986年,在2005年重组为OGP(Internation Association of Oil & Gas Producers),负责维护并发布坐标参考系统的数据集参数以及坐标转换描述。目前绝大多数椭球体、投影坐标系统等都在EPSG进行了注册,分配了相应的ID,这个ID便是EPSG编号。而OGC标准中空间参考系统的SRID(Spatial Reference System Identifier)与EPSG编号相一致,因此符合OGC标准的数据其坐标系统都具有对应EPSG编号,通过EPSG编号可以确定唯一的坐标系统。

    在FME中,坐标系变量可以通过字符串“EPSG:<EPSG Code>”直接确定对应的坐标系统,即在Reprojector转换器中目标坐标系参数可以直接填写对应的EPSG编号。而对于多个要素需要转换到不同坐标系,只需要将每个要素的目标坐标系的EPSG编号存储在属性中,在Reprojector转换器的Destination Coordinate System参数中选择对应的属性名称即可实现批量自动转换。因此,对于自动重投影工作来说,另一个要点是确定每个投影带要素的EPSG编号。

    幸运的是,在EPSG数据库中,CGCS2000高斯克吕格三度分带投影坐标系和六度分带投影坐标系、WGS84 UTM投影坐标系的编号都是连续且有序的(根据带号从小到大依次编号),即:

    1. EPSG:4491~4501,对应CGCS2000高斯克吕格六度分带投影坐标系,东坐标有带号,北半球坐标系;
    2. EPSG:4502~4512,对应CGCS2000高斯克吕格六度分带投影坐标系,东坐标无带号,北半球坐标系;
    3. EPSG:4513~4533,对应CGCS2000高斯克吕格三度分带投影坐标系,东坐标有带号,北半球坐标系;
    4. EPSG:4534~4554,对应CGCS2000高斯克吕格六度分带投影坐标系,东坐标无带号,北半球坐标系;
    5. EPSG:32601~32660,对应WGS84 UTM投影坐标系,东坐标无带号,北半球坐标系;
    6. EPSG:32701~32760,对应WGS84 UTM投影坐标系,东坐标无带号,南半球坐标系;

    这也是为什么投影带要素的初始信息中包含了带号、南北半球信息,加上工具运行之初要求给出的投影方式有无投影带号两个参数,便可计算得到投影坐标系的EPSG编号:

    在计算出来的编号前加上字符串“EPSG:”即得到所需要的属性值。

    3.4 裁切数据

    裁切数据使用Clipper转换器,源数据是其Clippee,而投影带要素是其Clipper。Clipper Type选择“Multiple Clippers”。Inside端口输出的要素是在每个Clipper范围内的Clippees,即为在每个投影带中的要素集合。利用Clipper属性合并参数即可获得每个要素的目标投影坐标系信息,因此需要勾选Merge Attributes,在Clipper的属性前加上前缀字段“CSInfo_”以防止冲突。。

    由于裁切数据可能会使数据的几何结构由原来简单的单线、单面要素变为多线、多面要素。在FME中Mulit-几何结构和对应单个几何结构的FME type是相同的,当输出文件是Shapefile等一个文件只能存储一种类型的单图层文件时,为了保证所有要素都能输出,可利用FME type属性指导输出路径,而不是利用Geometry type属性。FME type是FME内置属性,因此需要使用Attribute Exposer转换器进行暴露后方可在数据流中调用。

    3.5 批量重投影

    由于原坐标系和目标坐标系均为地心坐标系,因此使用Reprojector转换器即可满足需求。前述流程已经确定了每个要素的目标投影坐标系,在Reprojector转换器的设置对话框中将Destination Coordinate System参数选择为“CSInfo_EPSG”属性即可进行批量自动的重投影转换了。

    4 应用

    长输管道工程项目线路设计工作以行政区划的县界划分设计段,而管道设计院的工程项目遍布全国,因此数据库中行政区划图层为全国范围数据,存储在CGCS2000地理坐标系中。对于在投影坐标系中进行设计工作的设计人员来说,需要将所需行政区划数据转换到投影坐标系中,而长输管道通常上千公里长,跨多个投影带,此部分工作将花费不少精力进行选择和投影,甚至需要安装平时都用不到的专业GIS软件。经纬度坐标自动重投影工具转换全国省级行政区划数据到CGCS2000高斯克吕格三度投影坐标仅需4秒钟,既不需要专业的人员操作,也不需要安装庞大复杂且昂贵的GIS软件。

    对于从互联网获取的POI管道敏感兴趣点信息,一般都存储在WGS84经纬度坐标中,对于只习惯于使用CAD的设计人员来说,本工具自动重投影后的数据增加其CAD样式便可输出到CAD格式中,便于设计人员使用。

    对于不懂坐标的设计人员,探勘时也会在手机地图(奥维地图或踏勘数据采集终端)上标注一些信息,这些信息也均是在WGS84经纬度坐标中的,而工程项目数据资料和最终成果的坐标系均要求在投影坐标系中,经纬度坐标自动重投影工具可大大减轻设计人员在上述问题上花费的时间和精力。

     

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  • 北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系,大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位,它是以克拉索夫斯基椭球为基础,经局部平差后产生的坐标系。新中国成立以后,我国大地测量进入了全面发展时期...

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    北京54坐标系(BJZ54)

    北京54坐标系为参心大地坐标系,大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位,它是以克拉索夫斯基椭球为基础,经局部平差后产生的坐标系。

    新中国成立以后,我国大地测量进入了全面发展时期,再全国范围内开展了正规的,全面的大地测量和测图工作,迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向,故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数,并与前苏联1942年坐标系进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系,定名为1954年北京坐标系。因此,1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

    北京54坐标系,属三心坐标系,长轴6378245m,短轴6356863,扁率1/298.3;

    西安80坐标系

    1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议,确定重新定位,建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据,即IAG75地球椭球体。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇,位于西安市西北方向约60公里,故称1980年西安坐标系,又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952-1979年确定的黄海平均海水面(即1985国家高程基准)。

    西安80坐标系,属三心坐标系,长轴6378140m,短轴6356755,扁率1/298.25722101

    WGS-84坐标系

    WGS-84坐标系(WorldGeodeticSystem)是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心,其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局(BIH)1984.0定义的协议地极(CTP)方向,X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系,称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统(ITRS),是目前国际上统一采用的大地坐标系。GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。

    WGS84坐标系,长轴6378137.000m,短轴6356752.314,扁率1/298.257223563。

    由于采用的椭球基准不一样,并且由于投影的局限性,使的全国各地并不存在一至的转换参数。对于这种转换由于量较大,有条件的话,一般都采用GPS联测已知点,应用GPS软件自动完成坐标的转换。当然若条件不许可,且有足够的重合点,也可以进行人工解算。

    2000国家大地坐标系

    英文缩写为CGCS2000。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。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,

    地心引力常数GM=3.986004418×1014m3s-2

    自转角速度ω=7.292l15×10-5rads-1

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    我国常用高程系

    “1956年黄海高程系”,是在1956年确定的。它是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料,求出该站验潮井里横按铜丝的高度为3.61米,所以就确定这个钢丝以下3.61米处为黄海平均海水面。从这个平均海水面起,于1956年推算出青岛水准原点的高程为72.289米。

    国家85高程基准其实也是黄海高程基准,只不过老的叫“1956年黄海高程系统”,新的叫“1985国家高程基准”,新的比旧的低0.029m

    我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面,为中国第一个国家高程系统,从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列(1950年~1956年)较短等原因,中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面,以青岛验潮站1952年~1979年的潮汐观测资料为计算依据,并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点,得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为:1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用,1956年黄海高程系同时废止。

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    各高程系统之间的关系

    56黄海高程基准:+0.000

    85高程基准(最新的黄海高程):56高程基准-0.029

    吴淞高程系统:56高程基准+1.688

    珠江高程系统:56高程基准-0.586

    我国目前通用的高程基准是:85高程基准

    兰勃托投影

    (1)兰勃托投影性质

    兰勃托(Lambert)投影,又名"等角正割圆锥投影”,由德国数学家兰勃特(J.H.Lambert)在1772年拟定。设想用一个正圆锥切于或割于球面,应用等角条件将地球面投影到圆锥面上,然后沿一母线展开,即为兰勃托投影平面。投影后纬线为同心圆弧,经线为同心圆半径。

    兰勃托投影采用双标准纬线相割,与采用单标准纬线相切比较,其投影变形小而均匀,兰勃托投影的变形分布规律是:

    a)角度无变形,即投影前后对应的微分面积保持图形相似,亦称为正形投影;

    b)等变形线和纬线一致,即同一条纬线上的变形处处相等;

    c)两条标准纬线上没有任何变形;

    d)在同一经线上,两标准纬线外侧为正变形(长度比大于1),而两标准纬线之间为负变形(长度比小于1)。因此,变形比较均匀,变形绝对值也比较小;

    e)同一纬线上等经差的线段长度相等,两条纬线间的经纬线长度处处相等。

    我国1:100万地形图采用了兰勃托投影,其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影一致。纬度按纬差4°分带,从南到北共分成15个投影带,每个投影带单独计算坐标,每带两条标准纬线,第一标准纬线为图幅南端纬度加30′的纬线,第二标准纬线为图幅北端纬度减30′的纬线,这样处于同一投影带中的各图幅的坐标成果完全相同,不同带的图幅变形值接近相等,因此每投影带只需计算其中一幅图(纬差4°,经差6°)的投影成果即可。由于是纬差4°分带投影的,所以当沿着纬线方向拼接地图时,不论多少图幅,均不会产生裂隙;但是,当沿着经线方向拼接时,因拼接线分别处于上下不同的投影带,投影后的曲率不同,致使拼接时产生裂隙。

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  •     GIS中定义的坐标系主要由基准面(地理坐标系)和地图投影(投影坐标系)确定,地图投影即通过长度、角度等的变换使得三维的地球体以平面的形式呈现出来。地理坐标系    地理坐标系(Geogra...
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    手拿放大镜查看地球仪上的

    坐标系呢,对于玩GIS的朋友们,那是重中之重,但是坐标系很多,学了记,记了再学,还是没有学明白。结合平时的实践,并参考网上的文章,总结一下常用的坐标系,那些不常用的,就简单带过。

        GIS中定义的坐标系主要由基准面(地理坐标系)和地图投影(投影坐标系)确定,地图投影即通过长度、角度等的变换使得三维的地球体以平面的形式呈现出来。

    地理坐标系

        地理坐标系(Geographic Coordinate System),是使用三维球面来定义地球表面位置,以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。

    为什么有地理坐标系这东西?

        学过地理的同学们都知道,地球的形状并不是规则的球体,由于山地、丘陵、盆地等地形,地球的真实形状其实是一个近似梨形的不规则物。要使用数学法则来描述它,就必须找到一个相对规则的数学面。这就需要构造一个模型来一步步逼近地球表面,直到可以比较准确地代表地球表面。

        于是聪明的地理学家们想出了一个方法,用一个可以近似表示地球表面的规则的椭圆来进行地球表面的定位和测量,这个规则的三维球面就是地理坐标的参考椭球体。那全球有多少种地理坐标?答案是全球有很多的坐标,由于地球表面凹凸不平,任何一个参考椭球体都不能精确贴合地区的任一地区,一个参考椭球体对一个地区来说是非常贴合实际的表面的,而对另外一个地区而言可能就相差很大。因此对应每个地区而言,最贴合的参考椭球体并不一样,因此也就有了不同的地理坐标系

    我国主要用到的地理坐标系

    以下是网络上的资料:

    • 北京54坐标系
      • 北京54坐标系是一个参心坐标系,这个坐标系是新中国成立后采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数,并与前苏联1942年坐标系进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系,定名为1954年北京坐标系。虽然以北京为名,但它的原点在前苏联的普尔科沃
    • 西安80坐标系
      • 西安80坐标系还是参心坐标系,前面说过,参心坐标系设立的初衷是符合某个国家的实际情况,由于北京54坐标系的原点离我们国家距离太远,在实际使用的过程中不太符合我们国家的实际情况。因此设立了西安80坐标系。
      • 西安80坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇,位于西安市西北方向约60公里。采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。
    WGS84坐标系
      • WGS84坐标系是地心坐标系,全称World Geodetic System-1984,是美国为了解决GPS定位而产生的全球统一的一个坐标系。对应的椭球是WGS84椭球体。
    CGCS2000坐标系
      • CGCS2000坐标系是地心坐标系,全称China Geodetic Coordinate System 2000,其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。对应的椭球是CGCS2000椭球体。

    而对于我们通信行业,经纬度是用WGS84坐标系。

    投影坐标系

    地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系

    地图投影,简单点来说,就是将原来用于表示三维立体的经纬度经过一系列“不可描述”的数学法则转换成的平面二维坐标对。

    这里还得注意一点,坐标系数据或地图属性,而投影坐标系属性

    对这两者的概念,在网上有这样一段总结:

    地理坐标系经过投影后变成投影坐标系,立体向平面的转变,投影坐标系因此由地理坐标系和投影组成,投影坐标系必然包括有一个地理坐标系

    对于如何投影的,就不在这边说了,大家可以参考网上的资料。

    国内的另类坐标

    出于安全的考虑,在我国,所有的公开的电子地图、导航设备,都需要加入国家保密插件,它是对真实坐标系统进行人为的加偏处理,按照特殊的算法,将真实的坐标加密成虚假的坐标,而这个加偏并不是线性的加偏,所以各地的偏移情况都会有所不同,而加密后的坐标也常被人称为火星坐标系统(GCJ02),国内大部分的在线地图都是采用的火星坐标系,而百度地图采用的是百度坐标(BD09),百度坐标是在火星坐标的基础上又经过加偏处理产生的。

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    我国各地图采用的坐标系

    在平时的工作中,会经常用到,WGS84转成GCJ02或者BD09坐标的场景,或者反过来转换的情况,后续有用到时,再细说。

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  • 分清地理坐标系和投影坐标系2.什么地区选什么带号3.如何使用有关“坐标系”的三个工具今天的内容有点多,咱一次性说明白,可以先收藏,之后遇到再翻也方便(暗示收藏、转发、再看(≧∇≦))ArcGIS 无疑是应用最广的GIS...
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    点击上方“蓝字”带你去看小星星

    今天将解决以下问题:1.分清地理坐标系和投影坐标系2.什么地区选什么带号3.如何使用有关“坐标系”的三个工具今天的内容有点多,咱一次性说明白,可以先收藏,之后遇到再翻也方便(暗示收藏、转发、再看(≧∇≦))

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    ArcGIS 无疑是应用最广的GIS 软件,上手的第一个“拦路虎”就是坐标系,很多人对坐标系的概念理解方面和实际操作方面不太清楚,对于有些学规划的小伙伴简直就是噩梦啊,会出现cad文件导入ArcGIS里面咋就没坐标了呢?图层要素为啥不在一个平面上?等问题。bc4e947ad16903208209c23fac40d1a2.png所以呢,我就以ArcGIS为工具介绍坐标系的基本概念以及常用操作作为开始(大佬请绕行)。

    01

    两种坐标系

    在ArcGIS中,我们遇到的坐标系一般有两种:地理坐标系②投影坐标系先看几个定义地理坐标:就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系地图投影:是按照一定的数学法则将地球椭球面上的经纬网转换到平面上,使地面点位的地理坐标(φ,λ)与地图上相应的点位的平面直角坐标(x,y)或平面极坐标(δ,ρ)间,建立起一一对应的函数关系,能够实现由地球椭球面向地图平面的科学转变。看完定义是不是很懵,简单点来说,就是将原来用于表示三维立体的经纬度经过一系列“不可描述”的数学法则转换成的平面二维坐标对。如果还是不明白下面用图来说明。至于是什么数学法则,建议查阅相关资料,要注意的是,坐标系数据或地图的属性,而投影坐标系的属性。

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    我们必须先有个概念,地理坐标系经过投影后变成投影坐标系,立体向平面的转变投影坐标系因此由地理坐标系投影组成,投影坐标系必然包括有一个地理坐标系f725f7fa0233a0fe6acae21e6469a530.png(上图数据均为练习数据,以某日国内累计新型冠状病人数为例)一个数据或一张地图一定有坐标系,而一个坐标系可以有投影也可以没投影,但有投影坐标系就一定有地理坐标系,可以看出地理坐标系的单位是度,投影坐标系的单位是米,以我某日闲来无事做了个国内新冠病毒分布为例,都是同样的数据,比例尺相同,设置相同(图片可能不清晰,可以后台回复"新冠"查看高清图),唯一不同的是上图是地理坐标系WGS_1984,下图是WGS_1984_UTM_Zone_49投影坐标系,同样都是经纬网,地理坐标系的经纬网横平竖直,投影坐标系类似球面有曲度,同样是中国地图,投影之后的地图感觉被压缩,其实是以经度110°为中心向两边将地图展开,尽可能的用平面图去拟合地球曲面,这就是感官上最明显区别。再仔细看相同地区投影前后形状有所变化,当发生面积、角度、长度等的变化,称为形变为什么会发生图的形变,那是因为地图投影解决由球面向平面的转换,并不能保持平面与球面之间长度(距离)、角度(形状)、面积等方面完全不变(想想下将地球比作一个橘子,如果要将橘子皮变成平面,靠近橘子中间的部分或许可以不被剥破,但靠近橘子两头的皮则一定会被扯破,但不能让它破了,就只能拉伸)如果仅仅只是作图的话,没必要深究投影到底发生了什么数学变换(学霸忽略,有兴趣的小伙伴可以了解下《新编地图学》第二章地图的数学基础),直观上了解两个坐标系有啥区别就可以啦,小区域作图,感官上两个坐标系显示没有太大的区别,可以根据需求选择相应坐标系,某些特定的时候,投影坐标系很有必要,(个人会喜欢将数据都转换成需要的投影坐标,方面后续数据空间分析等)比如做某些项目,项目会规定用CGCS2000坐标3°带,那所有的数据都必须是这个坐标系(Tips:作图之前养成一个良好的习惯,把所有数据坐标系统一,这会省去很多麻烦),因为地理坐标系虽然对空间位置有利,但难以进行距离、方位、面积的量算,所有需要投影坐标系要计算要素的面积、长度等信息,说到计算面积有的小伙伴就会问,矢量数据面积、长度、坐标等好计算,栅格数据怎么计算呢,不着急,后面慢慢道来。举个a65763d8653a69f8301daa246e9813c8.pngWGS_1984_UTM_Zone_46NWGS_1984:指出了其地理坐标系为"GCS_WGS_1984".UTM_Zone_46N:使用的投影名为"通用横轴墨卡托(UTM,Universal Transverse Mercator)"其投影带为北半球第46带,"中央经线"为93°在ArcGIS属性里面可以更加详细看到其他参数信息f88a745073cea8e2f76d9cc06bfd7c0b.png主要关注地理坐标系和投影信息,如果想了解其他参数含义可以参考ArcGIS技术文档。

    02

    3度带、6度带傻傻分不清

    “坐标系”图里面举例了几个坐标系,看起来相似,细看差别大着呢,国际上通用最常见的地理坐标系是WGS84,但由于地区差异,我国有自己的地理坐标系,如CGCS2000、北京54、西安80等,虽然投影类型五花八门,但是我国基本比例尺地形图除1:100万采用兰勃特投影(Lambert)外,其他均采用高斯-克吕格投影,为减少投影变形,高斯-克吕格投影分为3度或6度带投影。咱们以常见的为例,来聊聊投影带以及投影带计算方式地理坐标系根据需求可以选择,投影带如何选择,表面上关乎图好不好看,更深层次关乎数据的精度。仔细观察下这张图和上面两张图有什么区别(图例等要素位置不同咱就别说了)08c070ca9d99711f1805189c46981654.png这张图用的是WGS_1984_UTM_Zone_46N投影坐标系,中央经线为93°,相对于上面的图,这张图“歪了”,这就是不同投影带的差别,靠近中央经线的地区形变最小,越远形变越大,所有根据经纬度选择对应的投影带也是很重要的哟。

    计算UTM投影带很简单,计算公式如下:

    北半球地区,选择最后字母为“N”的带,南半球“S”

    带号=(经度整数位/6)的整数部分+31

    例如汶川县东经102°51′~103°44′

    103/6≈17+31=48

    即:WGS_1984_UTM_Zone_48N

    如果跟我一样懒得计算就对照下表,极其方便(收藏、转发、在看,素质三连e9f3966fdb8b4a7e828de2dac8c8551c.gif)

    f6e8ee246ed83c0b0b885fa13fcaa22e.png

    解决完国际通用之后解决国内特有:①CGCS2000_3_Degree_GK_CM_105E②CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35③CGCS2000_GK_CM_105ECGCS2000_GK_Zone_182697c56baa873f8d1e2081b666863bab.gif继续3°分带下的35带投影(横坐标没有带号)3°分带下的35带投影(横坐标有带号)③6°分带下的18带投影(横坐标没有带号)④6°分带下的18带投影(横坐标有带号)一般,在我国标准地形图上,X坐标的前两位代表所在分度带带号,其余的表示X坐标,为啥要加带号......因为规定。哦~怎么去选,根据具体项目要求任君选择4ace2cd4b2ae4c483981147ad4a2dbbe.png(咱不能直接拿项目直接来说事,要是泄露了数据可咋办,咱也不能凭空捏造、暗度陈仓、无中生有......)1354fcfa5757f7d40663f64f75f4f0b0.png但我可以告诉你怎么计算3度带、6度带。3度带带号=(经度+1.5°)/3取整6度带带号=(经度+6°)/6取整例如,不例如了,直接上表aadb5ad5ad5f62dddb3dcc900032bc91.png有些教程会说大比例尺用3°带,小比例尺用6°带,咱这里说清楚,1:1万比例尺的地形图按3°分带,1:2.5万~1:50万比例尺地形图按6°分带,可能...大概...也许...有些小伙伴分不清比例尺的大小,比如曾经的我......1:1000和1:10000哪个大呢,1/1000>1/10000,看成比值就好比较啦。bfcd6dfd974150963038874e2e2d0fd0.png

    03

    实战

    在ArcGIS软件里面有三个常用的工具与坐标有关的工具,分别是:0abd4c92be253d2754243d22e0422f1a.png

    ①定义坐标

    此工具对于数据集的唯一用途是定义未知坐标系。使用此工具前,必须已获知该数据集的正确坐标系

    56500b8b40f46642191e57fcd8f33789.png注意:这里定义的可以是栅格数据也可以是矢量数据,只要它本身没有坐标,但是你知道它正确的坐标,就可以用这个工具去定义。什么时候会出现这种情况呢,比如,CAD的dxg等数据加载到ArcGIS里面是没有坐标系的,但是在CAD画图的时候是有坐标系的,这时候就可以用这个工具去定义正确的坐标系,所以当你拿到一个CAD文件的时候就一定要问画图小哥哥用的是什么坐标系。②投影将空间数据从一种坐标系投影到另一种坐标系。矢量数据专用。注意哦,这里的矢量数据必须要有坐标系。8a863128e0d500feb943c6ce4fb8e431.png

    ③投影栅格

    栅格数据集从一种投影变换到另一种投影。同样的,这里的栅格数据必须要有坐标系。

    c0ade41bf0f80094497d0f6b441b1680.png

    总结:当数据(无论矢量、栅格,如果是一张已出图的图像,这又是另一种情况,后续具体举例)没有坐标系又知道其正确坐标系时,用“定义投影”工具定义坐标系,当矢量数据需要转换坐标时,用“投影”工具,当栅格数据需要转换坐标时,用“栅格投影”工具。

    完(●ˇ∀ˇ●)1f01db888d007fbdd45de5082c667f79.png
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