【ArcGIS】基本概念-空间参考与变换

ArcGIS基本概念-空间参考与变换

  • 1 空间参考与地图投影
    • 1.1 空间参考
    • 1.2 大地坐标系(地理坐标系)
    • 1.3 投影坐标系
    • 总结
  • 2 投影变换预处理
    • 2.1 定义投影
    • 2.2 转换自定义地理(坐标)变换
    • 2.3 转换坐标记法
  • 3 投影变换
    • 3.1 矢量数据的投影变换
    • 3.2 栅格数据的投影变换
  • 另:ArcGIS中地理配准与空间校正的不同
  • 参考

1 空间参考与地图投影

1.1 空间参考

空间参考是用于存储各要素类(element)和栅格数据集(raster)坐标属性的坐标系。

1.坐标系统
坐标系统是一个二维或三维的参照系,用于定位坐标点,通过坐标系统可以确定要素在地球上的位置。比较常用的坐标系统有两种:大地坐标系和投影坐标系。

2.坐标域
坐标域是一个要素类中,X、Y、Z和M坐标的允许取值范围。一般来说,定位地理位置只需要X和Y坐标。可选的Z和M坐标用来存储高程值和里程值(高程值Z可用于3D分析,里程值M可用于线性参考等)。
在Geodatabase中,空间参考是独立要素类和要素集的属性,要素集中的要素类必须应用要素集的空间参考。空间参考必须在要素类或要素集的创建过程中设置,一旦设置完成,只能修改坐标系统,而无法修改坐标域。

在 Geodatabase的坐标系中,有以下几个重要参数:Precision,X、Y domain,Z domain,M domain,Resolution等。为提高存储和处理效率,要素的坐标值存储整数。

  • Precision是要素坐标值的放大倍数,决定了要素坐标的小数点后的位数,或者说决定了要素坐标的有效位数。
  • X、Y domain 是要素的X、Y坐标值可允许的输人范围。
  • Zdomain和M domain分别是Z坐标和M 坐标可允许的输入范围。其中,minX、minY、minZ和minM是坐标偏移量的起算位置。
  • Precision参数由软件自动计算,用户只需设置Resolution参数。
  • Resolution指分辨率,代表当前地图范围内1像素代表多少地图单位,地图单位取决于数据本身的空间参考,一般来说,使用默认值即可。

1.2 大地坐标系(地理坐标系)

地理坐标系(Geographic Coordinate System),是使用三维球面来定义地球表面位置,以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。一个地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和参考椭球体三部分。
在球面系统中,水平线是等纬度线或纬线。垂直线是等经度线或经线。
在这里插入图片描述

1.3 投影坐标系

投影坐标系 (Projected Coordinate System)平面坐标系统地图单位通常为米 ,也称非地球投影坐标系统(notearth),或者是平面坐标。
投影坐标系始终基于地理坐标系,而后者是基于球体或旋转椭球体的。大地坐标系是一个不可展的曲面,以经纬度为单位。而地图是一个平面,且实际工作中经常需要对长度和面积进行量算,所以需要将坐标系统由曲面转换为平面,并将坐标值单位由度转换为米等长度单位,这样的转换方法称为地图投影。投影后平面的、以米为单位的坐标系统称为投影坐标系统。

我国现行的大于1:50万比例尺的各种地形图都采用高斯-克吕格投影。高斯-克吕格投影属于等角投影,没有角度变形。常用的1954北京坐标系和1980西安坐标系的投影坐标系统采用的就是高斯-克吕格投影。

投影坐标系由以下参数确定:

  • 地理坐标系(由基准面确定,比如:北京54、西安80、WGS84)
  • 投影方法(比如高斯克吕格(Gauss Kruger)投影、兰伯特正形圆锥(Lambert Conformal Conic)投影、Mercator投影、阿尔伯斯等面积圆锥(Albers Equal Area Conic)投影)
    ① 高斯克吕格(Gauss Kruger)投影:
    ② 兰伯特正形圆锥(Lambert Conformal Conic)投影:
    ③ 阿尔伯斯等面积圆锥(Albers Equal Area Conic)投影:和兰伯特正形圆锥投影类似,同样需要定义两条基准纬线。不同的是阿尔伯斯投影是等面积投影,地图的面积和真实面积相同。地图存在形状和距离的变形

总结

(1)地理坐标系:为球面坐标。 参考平面地是椭球面,坐标单位:经纬度;
(2)投影坐标系:为平面坐标。参考平面地是水平面,坐标单位:米、千米等;
(3)地理坐标转换到投影坐标的过程可理解为投影。(投影:将不规则的地球曲面转换为平面)

2 投影变换预处理

当数据的空间参考系统(坐标系统、投影方式等)与用户的需求不一致时,就需要对数据进行投影变换。
同样,在完成本身有投影信息的数据采集时,为了保证数据的完整性和易交换性,要定义数据投影。这时,就需要进行一些预处理,如利用定义投影工具为数据预先定义投影,以便用于后续操作;利用创建自定义地理(坐标)变换工具,创建符合实际需要的坐标转换方法等。

2.1 定义投影

坐标系的信息通常从数据源获得。如果数据源具有已定义的坐标系,ArcMap可将其动态投影到不同的坐标系中;反之,则无法对其进行动态投影。因此,在对未知坐标系的数据进行投影时,需要先使用定义投影工具为其添加正确的坐标信息。此外,如果某一数据集的坐标系不正确,也可使用该工具进行校正。定义投影的操作步骤如下:

2.2 转换自定义地理(坐标)变换

有时需要对一个地区的数据进行地理坐标转换,如将1954北京坐标系转换为WGS84坐标系,但系统提供的地理变换方法不能满足实际需要,可根据自身需求自定义地理变换,用于在两个地理坐标系或基准面之间进行数据转换。

2.3 转换坐标记法

转换坐标记法将包含点坐标字段的表转换为点要素类。输入表的坐标字段可以有多种记法,例如GARS(全球区域参考系统)、UTM(通用横轴墨卡托投影)和MGRS(军事格网参考系),输出的点要素类中包含该坐标字段。

3 投影变换

投影变换是指将一种地图投影转换为另一种地图投影,主要包括投影类型、投影参数和椭球体参数等的改变。在ArcToolbox的【数据管理工具】下的【投影和变换】工具集中有栅格(Raster)和要素(Element)两种类型的数据变换。

3.1 矢量数据的投影变换

3.2 栅格数据的投影变换

另:ArcGIS中地理配准与空间校正的不同

1、处理对象不同:
地理配准针对栅格数据,而空间校正针对矢量数据。
因此空间校正需要建立在矢量数据编辑的基础上,空间校正之前应开始编辑。
2、处理算法不同:
地理配准:包括样条函数、二阶多项式、三阶多项式的栅格重采样变换方法。

几何校正:包括相似变换、仿射变换、投影变换、橡皮页变换等几何变换方法。

参考

1、书籍-ArcGIS 10地理信息系统教程-从初学到精通

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