地理信息系统-坐标系统

GIS的基本原则是：要在一起使用的图层必须在空间上相互匹配，否则就会发生明显错误
给用户通常在平面上对地图进行处理，这些地图的要素代表地球表面空间要素的位置是用x轴和y轴表示的地理坐标系统。地球表面的空间要素是基于经纬度表示的地理坐标系统。所以项目一开始就需要确定统一的坐标系统。
地图投影： 就是从一种坐标系过度到另一种坐标系系统。投影的过程就是从地球表面转换到平面，把地理坐标转为投影坐标

地理坐标系统

概念：地球表面空间要素的定位参照系统。地理坐标系统是由经度和纬度定义的。经度和纬度都是可以用角度度量的：经度是从本初子午线开始向东或向西度量的角度，纬度是从赤道平面开始向北或向南度量的角度，东正西负，北正南负

经纬度转化： 经线和纬线可以用度-分-秒（DMS）、十进度制（DD）或者弧度 rad

1° = 60′   1度等于60分
1′ = 60″   1分等于60秒

地球的近似表示

地球外貌为一个近似椭球体，椭球体与赤道相连的轴为长半轴，与极点相连的为短半轴。参数扁率公式为：（a-b）/a。基于椭球体的地理坐标系统被称为大地坐标

大地基准

大地基准是地球的数学模型，是计算水平计算时的地理坐标的参照或基础
WGS84：世界大地测量系统
北京1954：属于参心坐标系统：采用了克拉索夫斯基椭球参数，大地原点是苏联的普尔科沃
西安1980：属于参心坐标系统：采用GRS1975新参考椭球体系
2000国家大地坐标系：CGCS2000：属于地心坐标系，原点位于整个地球质量的中心，2008年7月1日启用2018年6月将国土资源全部转成2000坐标系。2019年1月1日，国家停止提供1954和1980基础测绘数据

地图投影

概念：从球形的地理坐标转换到平面位置的地球表面到平面的转换。整个转化过程的结果是以经纬线在平面上系统排列来代表地理坐标系统。
优点：地图投影使用二维的纸质或数字地图；地图投影可以用平面坐标或投影坐标，而不是经纬度值，计算方便

地图投影类型

从椭球到平面的转化总是有变形的，没有一种投影是完美的。
地图投影可以根据所保留的性质或投影面进行分组。

正形投影：保留了局部角度及其形状
等积投影：以正确的相对大小显示面积
等距投影：保持沿确定路线的比例尺不变
等方位投影：保持确定的准确方向

正形和等积是相互排斥的，否则一个地图投影所能保留的性质就不止一种。正形和等积的性质是全局性质，即可用于整幅地图投影。等距和等方位投影是局部性质的，只能在距离地图投影中心较劲的地方实现
我们常常需要用几何体和球体来说明投影原理，可以分为圆锥投影，圆柱投影，方位投影

例如将发光的地球与圆柱体相切，球体上的经线和纬线映射到圆柱体上就构成了投影，圆柱体就是投影面，也叫做展开平面。使用几何体还可以帮助我们了解投影情况中的切割情况和投影方位。
一圆锥投影为例，可以使圆锥和球体相切也可以使圆锥和球体相割,相切的情况下只产生一条相切线，相割两条相切线，方位投影相切始终有一个切点，相割情况下有一条切线。投影的方位描述了几何实体与椭球的位置关系。比如在方位投影中作为投影面的可以与椭球任何点相切。正方位投影指的是与椭球的极点相切，横方位指的是与赤道相切，斜方位指的是除赤道和几点外任一点相切