ArcGIS自帶了多種座標系統,在${ArcGISHome}Coordinate Systems目錄下可以看到三個文件夾,分別是Geographic Coordinate Systems、Projected Coordinate Systems、Vertical Coordinate Systems,中文翻譯爲地理座標系、投影座標系、垂直座標系。
1 Geographic Coordinate Systems
在Geographic Coordinate Systems目錄中,我們可以看到已定義的許多座標系信息,典型的如Geographic Coordinate SystemsWorld目錄下的WGS 1984.prj,裏面所定義的座標參數:
GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree",0.017453292519943295]]
裏面描述了地理座標系的名稱、大地基準面、橢球體、起始座標參考點、單位等。
2 Projected Coordinate Systems
在Projected Coordinate Systems目錄中同樣存在許多已定義的投影座標系,我國大部分地圖所採用的北京54和西安80座標系的投影文件就在其中,它們均使用高斯-克呂格投影,前者使用克拉索夫斯基橢球體,後者使用國際大地測量協會推薦的IAG 75地球橢球體。如Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj定義的座標參數:
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,參數裏除了包含地理座標系的定義外,還有投影方式的信息。
北京54和西安80是我們使用最多的座標系,在ArcGIS文件中,對於這兩種座標系統的命名有一些不同,簡單看去很容易讓人產生迷惑。在此之前,先簡單介紹高斯-克呂格投影的基本知識,瞭解就直接跳過,我國大中比例尺地圖均採用高斯-克呂格投影,其通常是按6度和3度分帶投影,1:2.5萬-1:50萬比例尺地形圖採用經差6度分帶,1:1萬比例尺的地形圖採用經差3度分帶。具體分帶法是:6度分帶從本初子午線開始,按經差6度爲一個投影帶自西向東劃分,全球共分60個投影帶,帶號分別爲1-60;3度投影帶是從東經1度30秒經線開始,按經差3度爲一個投影帶自西向東劃分,全球共分120個投影帶。爲了便於地形圖的測量作業,在高斯-克呂格投影帶內佈置了平面直角座標系統,具體方法是,規定中央經線爲X軸,赤道爲Y軸,中央經線與赤道交點爲座標原點,x值在北半球爲正,南半球爲負,y值在中央經線以東爲正,中央經線以西爲負。由於我國疆域均在北半球,x值均爲正值,爲了避免y值出現負值,規定各投影帶的座標縱軸均西移500km,中央經線上原橫座標值由0變爲500km。爲了方便帶間點位的區分,可以在每個點位橫座標y值的百千米位數前加上所在帶號,如20帶內A點的座標可以表示爲YA=20 745 921.8m。
在Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954目錄中,我們可以看到四種不同的命名方式:
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
對它們的說明分別如下:
三度分帶法的北京54座標系,中央經線在東75度的分帶座標,橫座標前不加帶號
三度分帶法的北京54座標系,中央經線在東75度的分帶座標,橫座標前加帶號
六度分帶法的北京54座標系,分帶號爲13,橫座標前加帶號
六度分帶法的北京54座標系,分帶號爲13,橫座標前不加帶號
在Coordinate SystemsProjected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980目錄中,文件命名方式又有所變化:
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座標文件的命名方式、含義和北京54前兩個座標相同,但沒有出現“帶號+N”這種形式,爲什麼沒有采用統一的命名方式?讓人看了有些費解。
3 Vertical Coordinate Systems
Vertical Coordinate Systems定義了測量海拔或深度值的原點,具體的定義,英文描述的更爲準確:
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,大家經常希望能夠通過座標轉換,將北京54或西安80中的地理座標系轉換到WGS84,實際上這樣做是不準確的,北京54或西安80的投影座標可以通過計算轉換到其對應的地理座標系,但由於我國北京54和西安80中的地理座標系到WGS84的轉換參數沒有公開,因此無法完成其到WGS84座標的精準計算。其他公開了轉換參數的座標系都可以在ArcToolbox中完成轉換。