ArcGIS中地理坐标系与投影坐标系以及投影转换

前言

在处理地理数据时，对坐标系的概念一直很模糊，特别是操作arcgis时经常出现坐标错误。搜了好多资料都觉得不清不楚。最后看了一些视频才大概明白怎么操作，特此记录关于坐标系的知识

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提示：推荐两个视频：传送门1、传送门2
再推荐一个官方文档吧：传送门3，除了理解起来困难点，官方文档还是权威的。

一、基本概念

ArcGIS中预定义了两套坐标系统，地理坐标系（Geographic coordinate system）和投影坐标系（Projectedcoordinate system）。

1.地理坐标系

地理坐标系定义：地理坐标系是以椭球体面为参考面，以法线为依据，用经纬度表示地面点在椭球表面的位置的坐标系统。

• 简单点来说，地理坐标系是用经纬度来表示地球表面物体的位置，如下图所示。
• 不同的地理坐标系的区别就在于用于拟合地球大地水准面的椭球大小和位置有关。
• 我国常用的地理坐标系有GCS_Beijing_1954， GCS_Xian_1980，CS_WGS_1984，GCS_CN_2000）

2.投影坐标系

投影：将球面坐标转为平面坐标的过程。
投影坐标系的实质是平面坐标系统，地图单位通常为（米）。投影坐标系=地理坐标系+投影函数算法
投影坐标系通俗来讲就是把地球椭球展平在地图上画出来，既然已经有地理坐标系能够准确表达物体位置了，为啥还需要投影坐标系呢？主要是制图需要，还可以进行长度和面积的量测等。

投影坐标系有一些知识需要了解

1. 我国基本比例尺地形图主要采用高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger)(1:100万除外，1:100万采用正轴等角割圆锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)），根据不同的比例尺采用不同的投影分带。
   
2. 投影分带：高斯克吕格投影采用分带来减小投影的形变，所以选择投影的时候根据中央经线来选取分带号。这个代号是可以用公式计算的，查表也行。6度分带中中国处于13带到23带中，共12个带之间。在3度分带中，中国处于24带到45带共22带之间。

3. ArcMap中投影坐标系的表示方法:如下图所示。需要注意的是，有带号的坐标系都是8位，前两位表示的是带号。即有带号的投影坐标系坐标是在中央经度投影坐标系的坐标前面加上带号。

二、相关操作

讲了那么多，原理再清楚，要知道怎么用才是关键，而且如果不是专业绘图制图的人员，原理不太清楚也没关系。

1.查看数据框坐标信息

在arcmap中加载数据时，如果在加载数据之前没有对数据框的坐标进行设置，第一个加载的数据的坐标信息会作为数据框的坐标。如果后来加进来的数据坐标与数据框坐标不符，则arcmap软件会采用动态投影方法基于默认参数将数据加在一起，会存在一些误差。

常见问题1：加载数据进来，数据不显示

检查数据框的坐标系与加进来数据坐标系是否相同，如果不同则进行投影变换（ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations— Raster/Feature—Project）更改数据坐标系或者重新定义数据框的坐标系。

常见问题2：想更改数据坐标显示的格式

在arcgis软件右下角会显示鼠标位置的坐标信息，有时候我们需要显示经纬度信息，有时候可能需要显示平面坐标信息，该怎么设置呢？如图所示找到数据框属性设置display。

2.查看图层坐标信息

找到要查看的图层或者在catalog里找到要查看的要素，右键properties，在source字段里查看图层的坐标系信息。

在框A（Extent）中，标明了该图层的坐标范围，这个框里的信息可以检查是不是投影坐标系（如果框内的范围是经纬度信息，而单位确是米m，则说明投影错了，转到第三步–删除坐标信息再进行操作）。
在框B（Data Source）中，显示数据的投影坐标系和地理坐标系，可以查看是不是自己需要的坐标系，如果不是则需要进行处理。

3.删除坐标信息

很多时候会遇到一个问题就是：命名两个图层的数据是同一个区域的，加载进来或者进行投影变换之后，两个图层数据不是在一个区域内了。出现上述问题说明数据坐标定义或者投影定义错了，需要将坐标的信息进行删除。
删除的步骤如下：
1）打开catalog，找到对应的图层，右键properties打开属性对话框。会显示选中的图层是什么坐标系。

2）点击上图红色框框里的图标，选择clear，确定即可。地理坐标和投影坐标就被删除了。

常见问题3：在catalog里右键属性直接设置坐标可以吗？

不行，catalog只能查看和删除坐标系，虽然在里面选一个其他的坐标系点击确定之后会显示相关的属性，但是文件会出现缩放问题，这不是正确的定义坐标系方法。

4.地理坐标系定义与转换

坐标系定义

如果某一个数据集的坐标系未知、被删除了或是不正确，可以定义地理坐标系。注意使用这个工具的前提是知道该数据的正确坐标系。
工具位置：ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations—Define Projections。

地理坐标系转换

1. 地理坐标系转换是涉密的，不同椭球之间坐标系转换要先自己定义（ArcToolbox—Data management tools—Projections and transfomations-Create Custom Geographic Transformation）
   
2. 在方法选择栏里：三参数转换选GEOCENTRIC_TRANSLATION,七参数选POSITION_VECTOR,然后输入相关参数。
3. 在投影（ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations— 栅格或者矢量—Project）里选择自己定义的参数转换方法，便可以完成地理坐标系的转换。

5.投影坐标系定义与转换

投影变换可以理解为不同坐标系之间的转换，按照坐标系的不同可以分为：
输入和输出的地理坐标系不同：先转换地理坐标系（如4的方法），再转换为投影坐标系。
输入和输出的地理坐标系相同：直接转换投影坐标系。

• 栅格数据：ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations— Raster—Project raster
• 矢量数据：ArcToolbox—Data management tools—Projections andtransfomations—Feature—Project

总结

很多时候，需要自己掌握原理和一些知识，一直问别人是不靠谱的。