座標系統和投影的來龍去脈 原創

2022-04-23 16:36:32 字數 1969 閱讀 5303

我們在做gis系統的時候,首先需要解決資料的問題,即建立相應的資料庫,關聯式資料庫或檔案資料庫。arcgis可以不設定座標系統也能顯示,只設定大地座標也能顯示,設定了大地座標和投影也能顯示,其意義難道是一樣的嗎?arcgis地圖顯示實質都是把資料庫中的座標值當做一數學平面座標值來顯示的。而其地理意義卻不一樣了。對於沒有設定座標系,那就沒有任何地理意義,只是普通的乙個數學平面座標中的座標值;對於只設定了大地座標,圖上任意兩點的距離就是兩個點的球面座標值(大地座標值)的幾何直線距離,(x1-x2)^2+(y1-y2)^2,任意乙個多邊形的面積也是各個節點座標直接計算的平面值;對於投影後的在圖上量的兩個點距離就是該兩點在投影面上的距離了,面積亦同。所以採用不同的座標系統,資料中的shape_length和shape_area值是不一樣的。

由於不同座標系下的資料其內部座標值是不一樣的。如果在arcgis中改變乙個要素類的xy coordinate system,其實是沒有真正改變其內部座標值的,只是改變了其座標系描述資訊(在.prj檔案中)。要改變乙個資料的座標系,可以通過arctool box的projet,或者是在arcmap中用spatial adjustment來改變資料中的座標值。只有這樣才算真正做了座標轉換。

在地圖向量化的過程中,把需要向量化的柵格設定座標系,新建乙個要素類,也用相同的座標系,由於柵格資料開始時沒有座標,設定座標系統之後,其座標值是隨機的,並不代表真正的空間座標值,沒有控制點進行校正後再向量化的話,要素類的座標值也是不正確的。所以向量化前要設定座標系和用georeferencing工具對柵格進行座標校正。或者向量化完之後用spatial adjustment工具對向量資料進行校正。

地球是個兩極扁平的類似橢球的乙個球體。

由於地球表面起伏,地面上各點的重力等位面構成了乙個有起伏的大地水準面。

由於大地水準面起伏不規則,不便於數字計算,考慮乙個可以用簡單數學模型可以表達的幾何形體來代替大地水準面,於是就提出了參考橢球。

橢球形狀大小由長短半軸決定,廣泛使用的有克拉索夫斯基橢球體(北京54、西安80)、2023年國際橢球體、wgs-84橢球體(wgs-84)。

由了參考橢球來模擬地球形狀,如何用這個參考橢球來擬合地球表面,這就需要對參考橢球定位和定向。為了更好地用參考橢球體擬合我國疆土,我國先後採用了兩個擬合引數,(我國參照前蘇聯從2023年起採用克拉索夫斯基(krassovsky)橢球體建立了我國的北京54座標系,2023年採用國際大地測量協會推薦的1975地球橢球體建立了我國新的大地座標系——西安80座標系),得到了北京54基準面和西安80基準面(通常稱謂的北京54座標系、西安80座標系)

如果將大地座標系下的地圖直接在地圖上顯示(即將大地座標系下的大地座標直接在地圖上標示顯示),那麼經緯網就是乙個直線網,這是因為同乙個經度上的大地座標經度(x座標值)是一樣的,那麼必然在同一條直線上。如此就把整個地球從西經180到東經180展成了乙個矩形。arcgis其實就是把球面座標值當做平面座標值直接在圖上顯示。等效於正軸圓柱投影。

由於上面這種不用投影直接在平面地圖上顯示大地座標的方法不能滿足地圖顯示的需要(兩極變形太大了),就需要其他投影方法。

有了大地座標系和投影方法就可以確定乙個平面座標系了。該平面座標系的原點為圓柱投影的**子午線和赤道交點,或者為方位投影的切點,或圓錐投影的圓錐頂點

投影的數學表示式:

通過以上的敘述,我們知道了乙個大地座標系統,是由參考橢球和參考橢球的定位定向引數決定的;乙個投影後的平面座標系統,是由一大地座標系統和乙個投影方法共同決定的。具體體會可以在arcgis中的新建大地座標系統和新建投影後座標系統中感受。

製圖區域:

位置:極地附近宜選方位投影;中緯度地區宜選圓錐投影;赤道附近宜選圓柱投影。

區域形狀:接近圓形的區域可選方位投影,東西延伸的區域在赤道附近選圓柱投影,在中緯度地區選圓錐投影,南北延伸的區域選橫軸圓柱投影。

固定模式:海洋地圖都用墨卡托投影,航空基地圖都用等距離方位投影,各國的地形圖都同等角橫切/割圓柱投影。

高斯-克呂格投影:等角橫切圓柱投影

通用橫軸墨卡托投影(utm投影):橫軸等角割圓柱投影

蘭勃脫正形圓錐投影:等角圓錐投影

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