地图投影 | 反馈 通过电子邮件发送此主题 打印此主题

所有可添加到 ArcGIS Explorer 的内容都具有一个坐标系，用于将内容与公用坐标框架（即地图）内的其他地理数据集成到一起。通过坐标系可以集成地图内的数据集以及执行各种集成的分析操作，例如叠加来自截然不同的来源和坐标系的数据图层。

##### 什么是坐标系？

坐标系可使多个地理数据集使用公用位置进行集成。坐标系是一种用于表示地理要素、影像和观察值位置（例如公用地理框架内的 GPS 位置）的参照系统。

每个坐标系的定义涉及以下几个方面：

- 测量框架，分为地理（球面坐标从地心开始测量）或平面（地球的坐标投影到二维平面上）两种。
- 测量单位（通常投影坐标系使用英尺或米，经纬度使用十进制度）。
- 投影坐标系的地图投影定义。
- 其他测量系统属性，例如参考椭圆体、基准面和投影参数（诸如一条或多条标准纬线、中央子午线和 x 与 y 方向上可能的位移）。

##### 坐标系的类型

地理信息系统 (GIS) 中使用两种公用的坐标系类型：

- 总体坐标系或球面坐标系（例如经纬度）。这两种坐标系通常称为地理坐标系。
- 基于地图投影的投影坐标系（例如横轴墨卡托投影、亚尔勃斯等积投影或罗宾逊投影），连同众多其他地图投影模型提供了各种将地球的球面地图投影到二维笛卡尔坐标平面的机制。投影坐标系有时称为地图投影。

##### 地理参考：分配地图坐标和空间位置

地图图层中的所有元素都具有特定的地理位置和范围，从而可以在地球表面或地球表面附近对它们进行定位。精确描述地理位置的能力对于制图和 GIS 至关重要。该过程称为地理参考。

正确描述要素的位置和形状需要一个用于定义真实世界位置的框架。地理坐标系用于将地理位置分配给对象。经-纬总体坐标系就是一种这样的框架。其他框架有衍生自总体框架的平面坐标系或笛卡尔坐标系。

地图使用网格、经纬网和标记了不同地面位置的等值标记表示地球表面上的位置，经纬度的测量和投影坐标系（例如 UTM 网格）均是如此。对于给定的地图范围，包含在各个地图图层中的地理元素以特定的顺序绘制（重叠）。

GIS 数据集包含总体坐标系或笛卡尔坐标系内的坐标位置，以记录地理位置和形状。

##### 纬度和经度

描述地球表面上某地的具体位置的一种方法是使用纬度和经度的球面测量。通过测量从地球中心到地球表面一点的角度（以度为单位）得出。该参照系统通常称为地理坐标系。

| 1. 纬度 2. 经度 3. 东经 50 度 4. 北纬 40 度

纬度角在南北向上测量。赤道的角度为 0。通常，北半球的纬度测量值为正，南半球的纬度测量值为负。经度角在东西向上测量。经度测量值传统上基于本初子午线，这是一条从北极出发穿越英国格林尼治到达南极的假想线。该角度为经度 0。本初子午线的西侧通常记为负经度，东侧记为正经度。例如，加利福尼亚州洛杉矶大致处于纬度“正 33 度 56 分”和经度“负 118 度 24 分”的位置。

1. 赤道
2. 本初子午线
3. 纬线：纬度线
4. 子午线：经度线
5. 经纬网络

尽管经度和纬度可定位地球表面的准确位置，但它们不是均匀的测量单位。只有在赤道沿线一经度所表示的距离才近似于一纬度所表示的距离。这是因为赤道是唯一与经线等长的纬线。（与球面地半径相同的圆称为大圆。赤道和所有经线都是大圆。）

赤道上下，用于定义纬度线的圆逐渐变小，直到在经线集中的北极和南极变为一个点。随着经线向两极集中，一经度所表示的距离会减少到零。在克拉克 1866 椭球体上，赤道上的一经度等于 111.321 公里，而在 60° 纬度，只有 55.802 公里。由于纬度和经度没有标准长度，所以无法准确地测量距离或面积，或者在平面地图或计算机屏幕上轻易显示数据。执行 GIS 分析和制图应用程序需要一种由投影坐标系提供的更稳定的坐标框架。

##### 使用笛卡尔坐标的地图投影

投影坐标系是为平整表面（例如印刷地图或计算机屏幕）设计的任何坐标系。

2D 和 3D 笛卡尔坐标系提供了使用 x 值和 y 值（以及后面讨论到的通过在栅格中使用列和行）描述要素地理位置及形状的机制。

笛卡尔坐标系使用两个轴：一个水平 (x)，表示东西方向，一个垂直 (y)，表示南北方向。两轴交点称为原点。使用记号 (x,y) 定义地理对象相对于原点的位置，其中 x 指沿水平轴的距离，y 指沿垂直轴的距离。原点定义为 (0,0)。

在下图中，记号 (4,3) 记录了一个在 x 方向距原点 4 个正单位，在 y 方向距原点 3 个正单位的点。

| 1. x 轴 2. y 轴

3D 坐标系

投影坐标系还逐渐使用 Z 值测量平均海平面上下的高程。

在下图中，标记 (2, 3, 4) 记录了一个在 x 方向距原点 2 个正单位，在 y 方向距原点 3 个正单位以及高程为地球表面以上 4 个单位（例如平均海平面以上 4 米）的点。

| 1. x 轴 2. y 轴 3. z 轴

##### 地图投影中的属性和变形

由于地球是球体，制图员和 GIS 专业人员要面对的一个难题是如何用平面坐标系表示真实世界。要理解他们的困境，可以思考如何才能将半个篮球平铺展开；不对其形状做变形处理或不创建非连续性区域是无法做到的。将地球平铺展开的过程称为投影，也就是术语“地图投影”。

| 1. 地球表面必须平铺到地图表面上...
2. ...因此，大部分地球表面必须以小于标定比例的形式表示。
3. 投影面

投影坐标系在平整的二维表面上加以定义。投影坐标可定义为 2D (x,y) 和 3D (x,y,z)，其中 x、y 测量值表示地球表面上的位置，z 表示平均海平面上下的高度。

以下是各种获得平面地图投影的方法的一些示例。

1. 投影面
2. 正割线
3. 正割线是投影面中唯一没有变形的部分。
4. 正割线内的投影变形造成要素略小。
5. 正割线外的投影变形造成要素略大。

与地理坐标系不同，投影坐标系在两个维度上具有恒定的长度、角度和面积。但是，所有将地球表面表示为平面地图的地图投影，都会在距离、面积、形状或方向的某些方面产生变形。

用户可使用适合他们的预期用途、地理位置和范围的地图投影以应对这些限制。GIS 软件也可以在坐标系之间变换信息，以支持集成和关键工作流。

许多地图投影专为特定用途而设计。一种地图投影可能用于保持形状不变形，而另一种可能用于保持面积不变形（等角对等面积）。

地图投影连同椭球体和基准面等属性成为针对每个 GIS 数据集和每幅地图的坐标系定义中的重要参数。通过为每个 GIS 数据集记录这些属性的详细描述，计算机可即时地将数据集元素的地理位置重新投影和变换到任何合适的坐标系。因此，集成和合并来自多个 GIS 图层的信息成为可能。这是一项基本的 GIS 功能。精确的位置是几乎所有 GIS 操作的基础。ArcGIS Explorer 采用了 Cube 地图投影和 WGS 1984 椭球体。

不管是地理坐标系还是投影坐标系均提供了一种定义真实世界位置的框架。在 ArcGIS Explorer 中，坐标系充当一种自动将不同数据集的地理位置集成到公用坐标框架中以进行显示和分析的方法。

##### ArcGIS Explorer 自动集成已知坐标系的数据集

ArcGIS Explorer 中使用的所有地理数据集都假定为具有定义好的坐标系，通过它们可相对于地球表面定位这些数据集。

如果您的数据集具有定义好的坐标系，则 ArcGIS Explorer 可通过即时地将数据投影到地图中，自动将您的数据集与其他数据集集成到一起。

如果您的数据集不具有空间参考，则无法集成。需要先定义一个空间参考，才能在 ArcGIS Explorer 中有效地使用数据。

##### 什么是 ArcGIS Explorer 中的空间参考？

ArcGIS Explorer 中的空间参考是用于定义地理数据库中每个数据集的坐标系和其他空间属性的一系列参数。通常，同一个区域（以及同一个地理数据库）中的所有数据集都使用一个公用的空间参考定义。

ArcGIS Explorer 可利用的空间参考包括以下几个方面的设置：

- 坐标系
- 存储坐标所使用的坐标精度（通常称为“坐标分辨率”）
- 处理容差（例如聚类容差）
- 数据集所覆盖的空间或地图范围（通常称为“空间域”）

您或组织中的其他人可为 ArcGIS 中的现有数据创建空间参考。