ArcGIS Engine 10 开发手册(5-12)空间参考(一)基础概念

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空间参考(Spatial Reference)是 GIS 数据的骨骼框架,能够将我们的数据定位到相应的位置,为地图中的每一点提供准确的坐标。 在同一个地图上显示的地图数据的空间参考必须是一致的,如果两个图层 的空间参考不一致,往往会导致两幅地图无法正确拼合,因此开发一个 GIS 系统时,为数据选择正确的空 间参考非常重要。

在 ArcGIS 中,每个数据集都具有一个坐标系,该坐标系用于将数据集与通用坐标框架(如地图)内 的其他地理数据图层集成。通过坐标系可在地图中集成数据集,以及执行各种集成的分析操作,例如叠加 不同的源和坐标系中的数据图层。

大地水准面

大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面,即物体沿该 面运动时,重力不做功(如水在这个面上是不会流动的)。因为地球的质量并非在各个点均匀分布,因此重 力的方向也会相应发生变化,所以大地水准面的形状是不规则的,如下图:

地球椭球体

由定义可以知大地水准面的形状也是不规则的,仍不能用简单的数学公式表示,为了测量成果的计算 和制图的需要,人们选用一个同大地水准面相近的可以用数学方法来表达的椭球体来代替,简称地球椭球 体,它是一个规则的曲面,是测量和制图的基础,因地球椭球体是人们选定的跟大地水准面很接近的规则 的曲面,所以地球椭球体就可以有多个,地球椭球体是用长半轴、短半轴和扁率来表示的。下表列出了一 些最常见的参考椭球:

椭球名称

长半轴 (米)

短半轴 (m)

扁率的倒数,

克拉克( Clarke )

1866

6 378 206.4

6 356 583.8

294.978 698 2

白塞尔(Bessel)1841

6 377 397.155

6 356 078.965

299.152 843 4

International 1924

6 378 388

6 356 911.9

296.999 362 1

克拉索夫斯基 1940

6 378 245

6 356 863

298.299 738 1

GRS 1980

6 378 137

6 356 752.3141

298.257 222 101

WGS 1984

6 378 137

6 356 752.3142

298.257 223 563

基准面

基准面是在特定区域内与地球表面极为吻合的椭球体。椭球体表面上的点与地球表面上的特定位置相 匹配,也就是对椭球体进行定位,该点也被称作基准面的原点。原点的坐标是固定的,所有其他点由其计 算获得。

基准面的坐标系原点往往距地心有一定偏移(有的也在地心,如 WGS1984),如西安 80 的基准面和北京 54 的基准面.因为椭球体通过定位以便能更好的拟合不同的地区,所以同一个椭球体可以拟合好几个基准 面.因为原点不同,所以不同的基准面上,同一个点的坐标是不相同的,这点我们应该清楚.下面以华盛顿 州贝灵厄姆市为例来说明。使用 NAD27、NAD83 和 WGS84 以十进制为单位比较贝灵厄姆的坐标。显而易见, NAD83 和 WGS84 表示的坐标几乎相同,但 NAD27 表示的坐标则大不相同,这是因为所使用的基准面和旋 转椭球体对地球基本形状的表示方式不同。

基准面

经度

纬度

NAD 1927

-122.46690368652

48.7440490722656

NAD 1983

-122.46818353793

48.7438798543649

WGS 1984

-122.46818353793

48.7438798534299

表:3 个不同基准面时华盛顿州贝灵厄姆市的地理坐标

下图来自 ArcGIS 说明了基准面是基于椭球体的:

地图投影

简单的说地图投影就是把地球表面的任意点,利用一定数学法则,转换到地图平面上的理论和方法。

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