3、空间坐标系统[精彩].ppt

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1、三、空间坐标系统,空间坐标系统类型定义空间数据的坐标系统信息空间坐标系统转换,空间数据与其它数据的最大区别在于空间数据具有空间位置信息。空间位置可以由不同的坐标系统来描述，同一实体，在不同坐标系统中具有不同坐标值。坐标系统分地理坐标系统（Geographic Coordinate System，GCS）和投影坐标系统（Projected Coordinate System，PCS）两大类型。,以经度和纬度表示任何一点的位置。经度是观测点所在子午线与初始子午线之间的角度（大多数GCS以格林威治为初始子午线，也有一些国家选用其他地方为初始子午线）；纬度是观测点与赤道之间的角度。,地理坐标系统,1,

2、经度和纬度一般是以十进制度或度分秒（DMS）来表示。纬度值从90（南极）到90（北极）；经度自西向东从180到 180。,经纬度的测量首先是要建立大地测量基准（Datum），即确定地球椭球数据、椭球的定位和定向以及大地原点等参数。地球椭球数据是指地球的形状与大小，一般用长半径a（赤道半径）、短半径b（极轴半径）以及扁率f=（(a-b)/a）来定义。椭球的定位和定向是指椭球的位置与指向。大地原点是指国家大地控制网起算点，地球椭球模型与实际地球在该点是完全重合。,由于地球表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，因此不可能建立一个与实际情况完全一致的模型。因此，一个国家或地区在建立大地坐标系时，为使地

3、球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，并进行椭球的定位和定向。同一点采用不同的大地测量基准，所得到的坐标值是有差异。,WGS84、NAD27大地测量基准所定义的椭球面与实际的地球椭球面比较,由于采用不同资料推算，目前有几百种地球椭球体参数定义。,常用的椭球体数据,1954年以前我国采用美国海福特椭球参数。新中国成立初期，我国采用克拉索夫斯基椭球参数，大地原点是原苏联的普尔科沃，利用该基准建立的坐标称为北京54坐标。由于54坐标存在许多缺点和问题，1980年，采用了1975年国际大地测量学联合会第16届大会上的推荐的地球椭球定义，大地原点

4、定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，利用该基准建立的坐标称为西安80坐标。目前GPS所采用的坐标系统是World Geodetical System-84（世界大地坐标系-84），简称WGS-84坐标。,采用的Datum不同，同一控制点或明显地物点所计算出来的地理坐标是不一样的，位置误差可以达到1km。,地球椭球面是曲面，地图是平面。地球椭球面不能直接展开成平面，只能通过投影方式把地球表面上的点投影到平面或可展开为平面的圆柱面或圆锥面上。投影坐标系统是以平面直角坐标（x，y）表示地面点与坐标原点的距离。,投影坐标系统,2,平面直角坐标（x，y）与经纬度（，）可用两个方程式表示：x=f1(，)

5、y=f2(，)由于平面直角坐标是从地理坐标转换而来，因此，坐标值同样与Datum有关。,有三种基本类型投影：圆锥投影圆柱投影平面投影,圆锥投影,圆柱投影,平面投影,投影选择地图投影不可避免会造成空间误差（面积、形状、距离等），但我们可以选择不同投影来保证其中的某些空间特性没有误差或误差很小。如用于面积量算，一般选择等积投影；用于航海，一般选择等角投影。,我国主要类型地图所采用的地图投影,高斯克吕格投影高斯克吕格投影是等角横切椭圆柱投影，与通用横轴墨卡托投影（UTM投影，等角横轴割圆柱投影）之间差异很小。自1952年起，我国将其作为国家大地测量和地形图的基本投影，亦称为主投影。1：2.5万至1：

6、50万比例尺的地形图均采用6分带，1：1万比例尺地形图采用3分带。,6分带是从格林尼治0子午线起算，自西向东每隔经差6为一个投影带，全球共分为60个投影带，即东经06为第1带，其中央经线为3E，东经612为第2带，其中央经线为9E。我国领土位于东经72136之间，共包括11个投影带，即1323带。计算公式 N=MOD（/6）+1。3分带是从东经130的经线开始，每隔3为一带，全球划分为120个投影带。,高斯投影每一个投影带都是相对于本带坐标原点的相对坐标值。我国位于北半球，全部的X坐标值都为正值，但在每个投影带中有一半的Y坐标值为负，为了使我国境内的坐标均取正值，规定将各带纵坐标西移500公里

7、。由于采用分带方法，各带的投影完全相同，某一坐标值在每一投影带中均有一个，在全球则有60个，不能确切表示一个点的位置。因此，通常在Y坐标值前冠以带号，这样的坐标称为通用坐标。如华东师大的高斯投影坐标值约是：347900m，3456000m，通用坐标则为21347900m，3456000m。,独立坐标系一些城市采用独立坐标系，以城市中的某一点作为坐标原点。上海市地方坐标以国际饭店为原点，该点的经纬度约为：121.46；31.23,空间坐标系统类型定义空间数据的坐标系统信息空间坐标系统转换,在新建空间数据时，可以定义空间数据的坐标系统信息，也可以不定义空间数据的坐标系统信息。如果没有定义空间数据的

8、坐标系统信息，用户就不能很好地了解空间数据，另一方面，也不能利用已有的坐标转换模型进行坐标转换。因此，在数据采集时，尽可能定义空间数据的坐标系统信息。,坐标系统信息的形式,坐标系统信息用于描述空间数据坐标特性。对文件形式的数据，定义投影后将产生一个投影文件（*.prj），投影文件是一个文本文件。对数据库形式的数据，定义投影后，将把坐标系统信息增加到空间参照表中。,1,prj文件中记录的空间坐标系统信息,定义坐标系统信息,在ArcGIS中，可以在新建数据时（ArcCatalog环境下）定义坐标系统信息，也可以利用Define Projection工具（ArcToolboxData Managem

9、ent ToolsProjections and TransformationsDefine Projection）对已有的数据定义坐标系统信息。这两种方式显示的对话框是一致的。,2,定义坐标系统信息对话框,对话框提供三种方式定义坐标系统信息：选择预定义的坐标系统（Select）。从其它数据（有坐标系统定义）中输入坐标系统（Import）。新建一个坐标系统（New）。,选择预定义的坐标系统是在ArcGIS坐标系统库中选择相应的坐标系统，目前ArcGIS中有几百种已定义的坐标系统。,如高斯克吕格投影坐标系统，包括不同Datum（如北京54、西安80）、不同投影带以及是否加带号的高斯克吕格投影坐标

10、系统。如地理坐标加带号，则按照带号选择（如Xian 1980 GK Zone 21）；如地理坐标不加带号，则按照中央经线选择（如Xian 1980 CM 123E）。,如果需要定义坐标系统信息的数据与已有数据的坐标系统一致，且已有数据已定义坐标系统，则可选择从其它数据中输入坐标系统信息。,如ArcGIS坐标系统库中没有相应的坐标系统，同时也不能通过已有文件输入坐标系统信息，在已知坐标系统参数情况下，可新建坐标系统信息文件。,定义坐标系统信息的意义,定义坐标系统信息并不改变原有数据的空间坐标值。但定义坐标系统信息一方面可以更好地认识数据，另一方面，可以在视图窗口中实现空间坐标的实时转换。,3,视

11、图窗口的坐标系统可以在Data Frame Properties对话框中定义。右击图例窗口中的Layers，在Data Frame Properties对话框中点击Coodinate System。,如加载图层前没有定义坐标系统，则加载的第一个图层作为视图窗口的坐标系统，以后增加的图层如与第一个图层的坐标系统不一致，则可以自动转换空间坐标系统进行显示。必须注意只是显示的坐标发生变化，实际的数据没有变化。如要改变数据的坐标系统，则可以在图例窗口中选中图层，右击鼠标，点击DataExport Data，以数据框架的坐标系统输出新的数据。,演示：两个不同坐标系统的数据（UTM坐标和上海地方坐标）在未

12、定义坐标系统信息情况下在ArcMap中的显示。利用Define Projection工具分别定义两个数据的空间坐标信息。在ArcMap中显示有空间坐标信息情况下两个不同坐标系统数据的坐标整合。,空间坐标系统类型定义空间数据的坐标系统信息空间坐标系统转换,坐标系统的转换包括：不同基准（Datum）地理坐标的相互转换地理坐标与投影坐标转换（可以包括Datum 转换）不同投影坐标转换（可以包括Datum 转换）未定义（或未知）坐标与已定义坐标的转换,坐标系统的变换将产生空间数据坐标值的变化，即产生新的空间数据。在ArcGIS中，可以利用Project工具实现已知坐标系统信息数据的相互转换，也可以利用

13、几何校正模块实现未知坐标系统信息数据（矢量数据和栅格数据）的相互转换。,已知坐标系统信息数据的转换,对已知坐标系统信息的数据可通过Project工具实现坐标系统的转换。,1,ArcGIS有几百种不同Datum之间的转换模型（主要是与WGS84的转换），但目前还没有与北京54以及西安80的转换模型。ArcGIS有几百种通用的地图投影以及不同地图投影间的转换模型，但对于自定义投影，需要定义投影参数才能建立转换模型。,演示：地理坐标数据转换成投影坐标数据。不同投影坐标数据的相互转换。,USA_Contiguous_Albers_Equal_Area_Conic,矢量数据的几何校正,利用ArcGIS中

14、的Spatial Adjustment模块可以对矢量数据进行几何校正，从而实现两个不同坐标系统矢量数据的配准。,2,配准步骤：在Tools菜单下点击Customize菜单项，打开Customize对话框，选中Spatial Adjustment扩展模块，将显示Spatial Adjustment工具条。,在一个视图窗口中同时显示两个不同坐标系统的数据。点击Spatial Adjustment菜单下Set Adjust Data 菜单项，打开选择校正数据对话框。以其中一个数据的坐标系统为基准，对另一个数据的坐标系统进行几何校正（需校正的数据处于编辑状态）。可以对整个数据进行校正，也可以只对选中数

15、据进行校正，如对整个数据进行校正，则选择All feature in these。,先选中需要改变坐标系统的数据（源数据），右击鼠标，在对话框中选择Zoom To Layer，使选中数据全图显示。在Spatial Adjustment菜单下点击Preview Window，打开Preview窗口，使基准坐标系统数据（目标数据）全图显示。,利用Link工具 在两个地图数据中找同名点。先点击源数据的一个控制点，然后，在目标数据中对同名点进行点击，建立控制点连接。至少要确定3个控制点，才能进行几何校正（Spatial Adjustment菜单下点击Adjust菜单项）。校正后的数据可以输出作为新的数

16、据保存。,在选择控制点时，可以打开Link Table，观察控制点坐标和残差，对残差大的控制点，可以删除。,演示：UTM坐标的上海行政区划图通过几何校正与上海地方坐标的上海行政区划图配准。,栅格数据的几何校正,栅格数据属性明显，但位置信息隐含，通过头文件反映。通用的栅格数据（如tif、jpg等）在头文件只有行列坐标信息，而没有实际空间位置坐标信息。专业的栅格数据一般在头文件中既包含行列坐标信息，同时又包含实际空间位置坐标信息。,3,对通用的栅格数据，可以在同一文件夹下增加一个同名的world文件（扩展名加w，如tifw、jpgw），使得栅格数据能在显示时进行坐标转换，即能显示栅格数据的实际空间

17、位置坐标。,World文件的形式如下：,World文件是文本文件，可以用记事本或其它文本编辑器产生。从文件中可以看出，利用world文件进行坐标转换实际上是对栅格数据进行平移、缩放和旋转，不能进行非线性变换。,ArcGIS中的Georeferencing扩展模块提供了栅格数据几何校正功能，它可以对栅格数据几何进行线性和非线性几何校正。在Tools菜单下点击Customize菜单项，打开Customize对话框，选中Georeferencing扩展模块，将显示Georeferencing工具条。,方法和矢量数据几何校正基本相同，但每选一个控制点，图像都会进行相应几何变换。利用Georeferen

18、cing下的Rectify菜单项对数据进行几何校正（重采样），可以定义重采样栅格大小及选择重采样方法（最近邻法、双线性内插、三次卷积内插），校正后的数据可以以ESRI GRID、TIFF、ERDAS IMAGINE格式输出。,几点总结：一个空间数据采用何种坐标系统实际上是指空间数据的坐标值是如何得到的。定义坐标系统信息（创建投影文件）并不改变原有数据的空间坐标值，因此，也不改变原有数据的空间坐标系统。但可用于坐标系统的转换，如定义的坐标系统信息不准确，则就不能正确地进行坐标转换。如无法获得空间数据的坐标系统信息，要进行坐标转换则只能通过控制点进行转换，转换后的坐标系统与参照数据的坐标系统一致。,