解决ArcGIS坐标之惑：地理坐标系和投影坐标区别及常用操作

解决ArcGIS坐标之惑：地理坐标系和投影坐标区别及常用操作

一、基本概念

坐标系（Coordinate System）的概念为：

“In geometry, a coordinatesystem is a system which uses one or more numbers, or coordinates, to uniquelydetermine the position of a point or other geometric element on a manifold suchas Euclidean space”

简单的说，有了坐标系，我们才能够用一个或多个“坐标值”来表达和确定空间位置。没有坐标系，坐标值就无从谈起，也就无法描述空间位置。

在ArcGIS中，或者说在GIS中，我们遇到的坐标系一般有两种： 1）地理坐标系（GeographicCoordinate System） 2）投影坐标系（ProjectedCoordinate System） 地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系。

地图投影（Map Projection）是按照一定的数学法则将地球椭球面上点的经维度坐标转换到平面上的直角坐标。

地图投影的理论知识请参考其他资料，此处不做叙述。需要说明的是，也有将“坐标（CoordinateSystem）”称为“空间参考（Spatial Reference）”的情况，例如在ArcGIS中栅格数据的属性里面。

这里要讲的不是“投影（Projection）”而是“坐标系（Coordinate System）”！ 尽管投影是介绍坐标系的一个绕不开的重要内容。但是投影和坐标系有本质区别。坐标系是数据或地图的属性，而投影是坐标系的属性。一个数据或一张地图一定有坐标系，而一个坐标系可以有投影也可以没投影。只有投影坐标系才有投影，地理坐标系是没有投影的。

因此，一个数据或一张地图亦是可以有投影也可以没投影的。当然，非要较真，把具有地理坐标系的数据显示在平面地图上肯定也有一个投影的过程。严格来讲：我们只能说“数

据或地图的坐标系”和“坐标系的投影”，而不能说“数据或地图的投影”。

也许是大家平时都比较随意，尽管都是知道二者的区别的，但是却在很多想说坐标系的时候就随口说成了投影。因此，当你说“数据的投影”和“投影转换”时，可以考虑下你是不是想说“数据的坐标系”和“坐标系转换”。

先抬出重要的总结：地理坐标系经过投影后变成投影坐标系，投影坐标系因此由地理坐标系和投影组成，投影坐标系必然包括有一个地理坐标系。图1概括了两种坐标系的联系：

图1 ArcGIS中“地理坐标系（GCS）”与“投影坐标系（PCS）”的联系

下面以一个具体示例来初识ArcGIS中的坐标系，其全部参数拷贝在下面。这一示例是一个“投影坐标系（Projected Coordinate System）”。

其名称是“WGS_1984_UTM_Zone_50N”。“WKID”是坐标系的编号，“ESPG”是“European Petroleum Survey Group”的缩写，表示其由“欧洲石油调查组织”发布。

可知，“WGS_1984_UTM_Zone_50N”这个投影坐标系由两部分组成：名为“Transverse_Mercator”的“投影（Projection）”和名为“GCS_WGS_1984”的“地理坐标系（GeographicCoordinate System）”。

WGS_1984_UTM_Zone_50N WKID: 32650Authority: EPSG Projection:Transverse_Mercator False_Easting:500000.0 False_Northing:0.0 Central_Meridian:117.0

Scale_Factor:0.9996 Latitude_Of_Origin:0.0 Linear Unit: Meter(1.0)

GeographicCoordinate System: GCS_WGS_1984 Angular Unit:Degree (0.0174532925199433) Prime Meridian:Greenwich (0.0) Datum: D_WGS_1984 Spheroid: WGS_1984 Semimajor Axis: 6378137.0

Semiminor Axis: 6356752.314245179 Inverse Flattening: 298.257223563

地理坐标系由三个参数来定义：角度单位（Angular Unit）、本初子午线（Prime Meridian）和大地测量系统（Datum）。

地理坐标系“GCS_WGS_1984”使用的角度单位为“度（Degree）”，0.0174532925199433这个数字等于“π/180”，使用的本初子午线为0.0度经线，即格林威治皇家天文台（Greenwich）所在位置的经线，使用的大地测量系统则为“D_WGS_1984”。

地理坐标系的最重要的参数是“大地测量系统（Datum）”，而大地测量系统的最重要的参数是“椭球（Spheroid）”。椭球相同，大地测量系统不一定相同，因为原点（origin）和方位（orientation）可以不同。想象一下，同一个椭球，首先可以固定在三维空间中的任意一个点，并且在固定于某点后还能以三个自由度任意地旋转其方位（朝向）。

当然，具体国家或地区在选择大地测量系统时，总是选择与这一国家或地区的地面最吻合的大地测量系统，而不是拍脑袋随便选的。我们拿到的境内的许多数据使用的都是“D_Xian_1980”大地测量系统。

因为“D_Xian_1980”是我们依据我国疆域的地面自己定义出来的，因而较“D_WGS_1984”