大地坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系

地理坐標(biāo)：為球面坐標(biāo)。參考平面地是 橢球面。坐標(biāo)單位:經(jīng)緯度
大地坐標(biāo)：為平面坐標(biāo)。參考平面地是 水平面。坐標(biāo)單位：米、千米等。

地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)的過程可理解為投影。（投影：將不規(guī)則的地球曲面轉(zhuǎn)換為平面）

在ArcGIS中預(yù)定義了兩套坐標(biāo)系：地理坐標(biāo)系（Geographic coordinate system）投影坐標(biāo)系（Projected coordinate system），
1、首先理解地理坐標(biāo)系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直譯為地理坐標(biāo)系統(tǒng)，是以經(jīng)緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographic coordinate system是球面坐標(biāo)系統(tǒng)。我們要將地球上的數(shù)字化信息存放到球面坐標(biāo)系統(tǒng)上，如何進行操作呢？地球是一個不規(guī)則的橢球，如何將數(shù)據(jù)信息以科學(xué)的方法存放到橢球上？這必然要求我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應(yīng)參數(shù)。
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000
然而有了這個橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準(zhǔn)面將這個橢球定位。在坐標(biāo)系統(tǒng)描述中，可以看到有這么一行：Datum: D_Beijing_1954，表示，大地基準(zhǔn)面是D_Beijing_1954。
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有了Spheroid和Datum兩個基本條件，地理坐標(biāo)系統(tǒng)便可以使用。

完整參數(shù)：

Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian（起始經(jīng)度）: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum（大地基準(zhǔn)面）: D_Beijing_1954
Spheroid（參考橢球體）: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000

2、接下來便是Projection coordinate system（投影坐標(biāo)系統(tǒng)），首先看看投影坐標(biāo)系統(tǒng)中的一些參數(shù)。
Projection: Gauss_Kruger
Parameters:
False_Easting: 500000.000000
False_Northing: 0.000000
Central_Meridian: 117.000000
Scale_Factor: 1.000000
Latitude_Of_Origin: 0.000000
Linear Unit: Meter (1.000000)
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
從參數(shù)中可以看出，每一個投影坐標(biāo)系統(tǒng)都必定會有Geographic Coordinate System。投影坐標(biāo)系統(tǒng)，實質(zhì)上便是平面坐標(biāo)系統(tǒng)，其地圖單位通常為米。
那么為什么投影坐標(biāo)系統(tǒng)中要存在坐標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)呢？這時候，又要說明一下投影的意義：將球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)的過程便稱為投影。好了，投影的條件就出來了：
a、球面坐標(biāo)
b、轉(zhuǎn)化過程（也就是算法）
也就是說，要得到投影坐標(biāo)就必須得有一個“拿來”投影的球面坐標(biāo)，然后才能使用算法去投影！即每一個投影坐標(biāo)系統(tǒng)都必須要求有Geographic Coordinate System參數(shù)。

關(guān)于北京54和西安80是我們使用最多的坐標(biāo)系

先簡單介紹高斯-克呂格投影的基本知識，我國大中比例尺地圖均采用高斯-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采用經(jīng)差6度分帶，1:1萬比例尺的地形圖采用經(jīng)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(jīng)差6度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分60個投影帶，帶號分別為1－60；3度投影帶是從東經(jīng)1度30秒經(jīng)線開始，按經(jīng)差3度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分120個投影帶。為了便于地形圖的測量作業(yè)，在高斯-克呂格投影帶內(nèi)布置了平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，具體方法是，規(guī)定中央經(jīng)線為X軸，赤道為Y軸，中央經(jīng)線與赤道交點為坐標(biāo)原點，x值在北半球為正，南半球為負，y值在中央經(jīng)線以東為正，中央經(jīng)線以西為負。由于我國疆域均在北半球，x值均為正值，為了避免y值出現(xiàn)負值，規(guī)定各投影帶的坐標(biāo)縱軸均西移500km，中央經(jīng)線上原橫坐標(biāo)值由0變?yōu)?00km。為了方便帶間點位的區(qū)分，可以在每個點位橫坐標(biāo)y值的百千米位數(shù)前加上所在帶號，如20帶內(nèi)A點的坐標(biāo)可以表示為YA=20 745 921.8m。

在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 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：三度分帶法的北京54坐標(biāo)系，中央經(jīng)線在東75度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前不加帶號
Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj：三度分帶法的北京54坐標(biāo)系，中央經(jīng)線在東75度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前加帶號
Beijing 1954 GK Zone 13.prj： 六度分帶法的北京54坐標(biāo)系，分帶號為13，橫坐標(biāo)前加帶號
Beijing 1954 GK Zone 13N.prj：六度分帶法的北京54坐標(biāo)系，分帶號為13，橫坐標(biāo)前不加帶號
在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 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坐標(biāo)文件的命名方式、含義和北京54前兩個坐標(biāo)相同，但沒有出現(xiàn)“帶號+N”這種形式，為什么沒有采用統(tǒng)一的命名方式？讓人看了有些費解。
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大地坐標(biāo)（Geodetic Coordinate）:大地測量中以參考橢球面為基準(zhǔn)面的坐標(biāo)。地面點P的位置用大地經(jīng)度L、大地緯度B和大地高H表示。當(dāng)點在參考橢球面上時，僅用大地經(jīng)度和大地緯度表示。大地經(jīng)度是通過該點的大地子午面與起始大地子午面之間的夾角，大地緯度是通過該點的法線與赤道面的夾角，大地高是地面點沿法線到參考橢球面的距離。
方里網(wǎng):是由平行于投影坐標(biāo)軸的兩組平行線所構(gòu)成的方格網(wǎng)。因為是每隔整公里繪出坐標(biāo)縱線和坐標(biāo)橫線，所以稱之為方里網(wǎng)，由于方里線同時又是平行于直角坐標(biāo)軸的坐標(biāo)網(wǎng)線，故又稱直角坐標(biāo)網(wǎng)。
在1：1萬——1：20萬比例尺的地形圖上，經(jīng)緯線只以圖廓線的形式直接表現(xiàn)出來，并在圖角處注出相應(yīng)度數(shù)。為了在用圖時加密成網(wǎng)，在內(nèi)外圖廓間還繪有加密經(jīng)緯網(wǎng)的加密分劃短線(圖式中稱“分度帶”)，必要時對應(yīng)短線相連就可以構(gòu)成加密的經(jīng)緯線網(wǎng)。1：2 5萬地形圖上，除內(nèi)圖廓上繪有經(jīng)緯網(wǎng)的加密分劃外，圖內(nèi)還有加密用的十字線。
我國的1：50萬——1：100萬地形圖，在圖面上直接繪出經(jīng)緯線網(wǎng)，內(nèi)圖廓上也有供加密經(jīng)緯線網(wǎng)的加密分劃短線。
直角坐標(biāo)網(wǎng)的坐標(biāo)系以中央經(jīng)線投影后的直線為X軸，以赤道投影后的直線為Y軸，它們的交點為坐標(biāo)原點。這樣，坐標(biāo)系中就出現(xiàn)了四個象限?？v坐標(biāo)從赤道算起向北為正、向南為負；橫坐標(biāo)從中央經(jīng)線算起，向東為正、向西為負。
雖然我們可以認為方里網(wǎng)是直角坐標(biāo)，大地坐標(biāo)就是球面坐標(biāo)。但是我們在一副地形圖上經(jīng)常見到方里網(wǎng)和經(jīng)緯度網(wǎng)，我們很習(xí)慣的稱經(jīng)緯度網(wǎng)為大地坐標(biāo)，這個時候的大地坐標(biāo)不是球面坐標(biāo)，她與方里網(wǎng)的投影是一樣的（一般為高斯投影），也是平面坐標(biāo)。

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GIS中的坐標(biāo)系定義與轉(zhuǎn)換

1. 橢球體、基準(zhǔn)面及地圖投影
GIS中的坐標(biāo)系定義是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正確定義GIS系統(tǒng)的坐標(biāo)系非常重要。GIS中的坐標(biāo)系定義由基準(zhǔn)面和地圖投影兩組參數(shù)確定，而基準(zhǔn)面的定義則由特定橢球體及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)確定，因此欲正確定義GIS系統(tǒng)坐標(biāo)系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準(zhǔn)面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關(guān)系。
2. GIS中地圖投影的定義
我國的基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:10萬，1:25萬，1:50萬，1:100萬)中，大于等于50萬的均采用高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger)，又叫橫軸墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50萬的地形圖采用正軸等角割園錐投影，又叫蘭勃特投影(Lambert Conformal Conic)；海上小于50萬的地形圖多用正軸等角園柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)，我國的GIS系統(tǒng)中應(yīng)該采用與我國基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統(tǒng)。
在城市GIS系統(tǒng)中均采用6度或3度分帶的高斯-克呂格投影，因為一般城建坐標(biāo)采用的是6度或3度分帶的高斯-克呂格投影坐標(biāo)。高斯-克呂格投影以6度或3度分帶，每一個分帶構(gòu)成一個獨立的平面直角坐標(biāo)網(wǎng)，投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為X軸(縱軸，緯度方向)，赤道投影后為Y軸(橫軸，經(jīng)度方向)，為了防止經(jīng)度方向的坐標(biāo)出現(xiàn)負值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線西移500公里，即東偽偏移值為500公里，由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標(biāo)都是對本帶坐標(biāo)原點的相對值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，因此規(guī)定在橫軸坐標(biāo)前加上帶號，如(4231898,21655933)其中21即為帶號，同樣所定義的東偽偏移值也需要加上帶號，如21帶的東偽偏移值為21500000米。
假如你的工作區(qū)位于21帶，即經(jīng)度在120度至126度范圍，該帶的中央經(jīng)度為123度，采用Pulkovo 1942基準(zhǔn)面，那么定義6度分帶的高斯-克呂格投影坐標(biāo)系參數(shù)為：(8，1001，7，123，0，1，21500000，0)。
那么當(dāng)精度要求較高，實測數(shù)據(jù)為WGS1984坐標(biāo)數(shù)據(jù)時，欲轉(zhuǎn)換到北京54基準(zhǔn)面的高斯-克呂格投影坐標(biāo)，如何定義坐標(biāo)系參數(shù)呢？你可選擇WGS 1984(Mapinfo中代號104)作為基準(zhǔn)面，當(dāng)只有一個已知控制點時(見第2部分)，根據(jù)平移參數(shù)調(diào)整東偽偏移、北緯偏移值實現(xiàn)WGS84到北京54的轉(zhuǎn)換，如: (8，104，7，123，0，1，21500200，-200)，也可利用 AffineTransform坐標(biāo)系變換對象,此時的轉(zhuǎn)換系數(shù)(A、B、C、D、E、F)中A、B、D、E為0，只有X、Y方向的平移值C、F ；當(dāng)有3個已知控制點時，可利用得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)(A、B、C、D、E、F)定義 AffineTransform坐標(biāo)系變換對象，實現(xiàn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，如：(8，104，7，123，0，1，21500000，0，map.AffineTransform)，其中AffineTransform定義為AffineTransform.set(7，A、B、C、D、E、F)(7表示單位米)；當(dāng)然有足夠多已知控制點時，直接求定7參數(shù)自定義基準(zhǔn)面就行了。