ArcGIS 坐标系统文件

    作者：Flyingis

    坐标是GIS数据的骨骼框架，能够将我们的数据定位到相应的位置，为地图中的每一点提供准确的坐标。

    ArcGIS自带了多种坐标系统，在${ArcGISHome}\Coordinate Systems\目录下可以看到三个文件夹，分别是Geographic Coordinate Systems、Projected Coordinate Systems、Vertical Coordinate Systems，中文翻译为地理坐标系、投影坐标系、垂直坐标系。

    关于地理坐标系和投影坐标系的区别，网络上有相关的文章介绍－－地理坐标系与投影坐标系的区别，简而言之，投影坐标系＝地理坐标系＋投影过程。

    1 Geographic Coordinate Systems

    在Geographic Coordinate Systems目录中，我们可以看到已定义的许多坐标系信息，典型的如Geographic Coordinate Systems\World目录下的WGS 1984.prj，里面所定义的坐标参数：

    GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree",0.017453292519943295]]

    里面描述了地理坐标系的名称、大地基准面、椭球体、起始坐标参考点、单位等。

    2 Projected Coordinate Systems

    在Projected Coordinate Systems目录中同样存在许多已定义的投影坐标系，我国大部分地图所采用的北京54和西安80坐标系的投影文件就在其中，它们均使用高斯-克吕格投影，前者使用克拉索夫斯基椭球体，后者使用国际大地测量协会推荐的IAG 75地球椭球体。如Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj定义的坐标参数：

    PROJCS["Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_75E",GEOGCS["GCS_Beijing_1954",DATUM["D_Beijing_1954",SPHEROID["Krasovsky_1940",6378245.0,298.3]],PRIMEM
["Greenwich",0.0],UNIT["Degree",0.0174532925199433]],PROJECTION["Gauss_Kruger"],PARAMETER["False_Easting",500000.0],PARAMETER
["False_Northing",0.0],PARAMETER["Central_Meridian",75.0],PARAMETER["Scale_Factor",1.0],PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],UNIT["Meter",1.0]]

    可以看出，参数里除了包含地理坐标系的定义外，还有投影方式的信息。

    北京54和西安80是我们使用最多的坐标系，在ArcGIS文件中，对于这两种坐标系统的命名有一些不同，简单看去很容易让人产生迷惑。在此之前，先简单介绍高斯-克吕格投影的基本知识，了解就直接跳过，我国大中比例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按6度和3度分带投影，1:2.5万－1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺的地形图采用经差3度分带。具体分带法是：6度分带从本初子午线开始，按经差6度为一个投影带自西向东划分，全球共分60个投影带，带号分别为1－60；3度投影带是从东经1度30秒经线开始，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球共分120个投影带。为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点，x值在北半球为正，南半球为负，y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值均为正值，为了避免y值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移500km，中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个点位横坐标y值的百千米位数前加上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示为Y_A=20 745 921.8m。

    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：

    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 13N.prj

    对它们的说明分别如下：

    三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前不加带号
    三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前加带号
    六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前加带号
    六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前不加带号

    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目录中，文件命名方式又有所变化：

    Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
    Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
    Xian 1980 GK CM 75E.prj
    Xian 1980 GK Zone 13.prj

    西安80坐标文件的命名方式、含义和北京54前两个坐标相同，但没有出现“带号+N”这种形式，为什么没有采用统一的命名方式？让人看了有些费解。

    3 Vertical Coordinate Systems

    Vertical Coordinate Systems定义了测量海拔或深度值的原点，具体的定义，英文描述的更为准确：

    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，大家经常希望能够通过坐标转换，将北京54或西安80中的地理坐标系转换到WGS84，实际上这样做是不准确的，北京54或西安80的投影坐标可以通过计算转换到其对应的地理坐标系，但由于我国北京54和西安80中的地理坐标系到WGS84的转换参数没有公开，因此无法完成其到WGS84坐标的精准计算。其他公开了转换参数的坐标系都可以在ArcToolbox中完成转换。

    参考资料：

    蔡孟裔等.新编地图学教程.高等教育出版社
    ArcGIS 9.2 Desktop Help

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