地理信息系统入门基础篇（二）---地图投影

第二章坐标体系

GIS的一个基本原则是：要在一起使用的图层必须在空间上相互匹配，否则会发生明显错误

地图投影就是从一种坐标系统过渡到另一种坐标系统。投影的过程就是从地球表面转换到平面，输出结果是一个地图投影，即可用于投影坐标系统。

投影就是将数据集从地理坐标转成投影坐标，重新投影是从一种投影坐标转成另一种投影坐标。通常投影和重新投影是一个GIS项目的初始任务。

2.1地理坐标系统

地理坐标系统是地球表面空间要素的定位参考系统，是由经度和纬度定义的，经度和纬度都是用角度度量的。经度是从本初子午线开始向东或向西度量角度（东经和西经），而纬度是从赤道平面向北或向南度量角度。

本初子午线和赤道被看作地理坐标系统的基线（baseline），经度值相当于x值，纬度值相当于y值。GIS中通常输入带正号或负号的经度和纬度值。经度值以东半球为正，西半球为负，纬度值以北半球为正，南半球为负。经纬度角度表示方式可以是度-分-秒（DMS）、十进制表示的度数（DD）或者是弧度（rad）

2.1.1地球的近似表示

两极稍扁，赤道略鼓的椭球体。长轴a，短轴b，参数扁率f=（a-b）/a。基于椭球体的地理坐标称为大地坐标。

2.1.2.大地基准

大地基准是地球的一个数学模型，水平基准用于计算地理坐标、垂直基准作为计算海拔高度的参照或基础。本章先考虑水平基准，大地水平基准的定义包括大地原点的经纬度、用于计算的椭球参数、椭球体和地球在原点的分离。

2.2 地图投影

地图投影将从球形球体的地理坐标转换到平面位置的地球表面到平面的转换，这是一个会产生变形的转换。

球面距离计算公式 cos(d)=sin(a)sin(b)+cos(a)cos(b)cos(c)

2.2.1地图投影的类型

根据投影后所保留的性质将地图投影分为四类正形投影、等面积投影、等距投影、等方位投影

2.2.2 地图投影参数

标准线：投影面与参考椭球的切线标准纬线（标准线沿纬线方向）、标准经线（标准线沿经线方向）

比例尺：是一种普通的测量投影变形方法，它是指图上（或球体）距离与相应的实际距离之间的比值。主比例尺局部比例尺比例系数

2.3 常见的地图投影

2.3.1 横轴墨卡托投影:也叫高斯-克里格投影是墨卡托投影的变形墨卡托投影用的是标准纬线，但横轴墨卡托投影用的是标准经线

2.3.2 兰勃特正形圆锥投影：适用于东西延展大于南北延展的中纬度地区。

2.3.3 阿伯斯等积圆锥投影

2.3.4 等距圆锥投影

2.3.5 网络墨卡托：Google地图和微软虚拟地球应用的是网络墨卡托，它是基于球体而不是椭球体的墨卡托投影，可以简化计算，但是损失了精度。因此用户再利用这种投影来做数据分析的时候必须考虑重投影。

2.4 投影坐标系统

投影坐标系统是基于地图投影而建立的，投影坐标系统和地图投影可以交替使用。

2.4.1 通用横轴墨卡托格网系统

2.4.2 通用极射坐标系格网系统（UPS）

2.4.3 国家平面坐标系统（SPC）

2.4.4 公用土地调查系统（PLSS）

2.5 在GIS中运用坐标系统

2.5.1 投影文件：是一个文本文件，存储了数据集所基于的坐标系统的信息。包括地理坐标系统、投影参数和线单位等信息

2.5.2 预定义坐标系统

2.5.3 即时（on-the-fly）投影：可以根据不同的坐标系统显示其数据集，但是它不是真的改变数据集的坐标系统，不能用来代替数据集的投影和重投影任务。

重要概念和术语

方位投影（Azimuthalprojection）：保持特定方向上投影精度的一种地图投影。它也用平面作为投影面的地图投影。

中央线（Centrallines）：包括中央经线和中央纬线，它们共同确定了地图投影的中心或原点。

Clarke 1886 椭球体：一种大地测量椭球体，是1927年北美测量基准面（NAD27）的基础

正形投影（Conformalprojection）：保持局部状况的一种地图投影

圆锥投影（Conicprojection）：用圆锥作为投影面的一种地图投影

圆柱投影（Cylindricalprojection）：用圆柱作为投影面的一种地图投影

大地基准（Datum）：用于计算一个地点的地理坐标的基础。基准面由椭圆体派生而来

基准面转换（Datumshift）：从一个基准面到另一个基准面的变化。例如，从NAD27到NAD83，可以导致点位置的固定水平位移。

十进制度数系统（DDsystem）：经、纬度值的度量系统，如42.5°

度-分-秒系统（DMS system）：用经度和纬度值如12°30′00″表示的度量系统。一度等于60分，一分等于60秒

地理坐标数据库（GCDB）：美国内政部土地管理局（BLM）开发的数据库，包括PLSS中地块四至界碑的经、纬度值及其他描述信息

参考球体（Referenceglobe）：地球的简化模型，在其基础上构建地图投影

通用极射格网系统（UPSgrid system）：一个将极地地区分为一系列100000m^2方形的格网系统，与UTM格网系统类似

UTM格网系统（UTM grid system）：一个将84°N到80°S之间的地球表面分成60个分带的坐标系统，每个分带又续分为南北两半球。

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