【ArcGIS教程】（84）你是如何理解地理坐标系统与投影坐标系统的？
你是不是学习了很久GIS之后依然分不清地理坐标系（地球空间参考系统）与地图投影坐标系？今天就来简单的谈下这个概念。
坐标系分为以下两种：
地理坐标系（Geographic Coordinate System, GCS）
投影坐标系（Projected Coordinate System, PCS）
那什么是地理坐标系统呢？
地理坐标系 ：为 球面坐标 。 参考平面地是 椭球面 ， 坐标单位：经纬度。
以地球参考为例，坐标系就相当于整个地球，而地理坐标系就是椭球状的完整的立体地球。所以我们可以看到生活中的数据与地图是一定含有地理坐标系的，因为他是客观上来说确确实实存在的。
那什么是投影坐标系统呢？
投影坐标系 ：为 平面坐标 。参考平面地是 水平面 ， 坐标单位：米、千米等 。
这就相当于把地球当成一个橘子，然后一刀切开，把橘子皮平面铺开，这个过程就是地理投影的过程。严谨一点来说就是建立一个参考系统，按照对应位置把椭球体投射到平面。
再根据实际需要，划分为 等角投影 (地球面上的图形在投影后保持面积不变）、 等积投影 (地球面上的图形在投影后保持面积不变）、 任意投影 (既不具备等角性质，又没有等面积性质的投影。其中一特例是等距离投影，即该投影只在某些特定方向上没有变形）……， 那个铺开后1/2的竖线位置就是我们所谓的中央子午线了。
所以聊到这里我们就简单的知道了 一副图形有地理坐标系统，但不一定含有投影坐标系统；如果有投影坐标系统那一定含有地理坐标系统。
那地理坐标系统主要有那些呢(国内）？
主要有3种① 54（Beijing54） ② 西安80（Xian80） ③ 国家2000（CGCS2000）
（1）北京54 是参心坐标系，大地原点是苏联的普尔科沃，且1954年北京坐标系所提供的大地点成功是局部平差的结果；
（2）西安1980 也属参心坐标系，大地原点为我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，大地高程以1956年青岛所测的黄海平均海水面为基准；
（3）国家2000 坐标系是适用于卫星定位系统的坐标系，在精度要求不高的情况下可以定义美国WGS_84坐标系。
我们可以看到在网上(例如天地图)下载的一些gis就是国家2000与WGS_84(这是常用的两种默认坐标系统）。另外我们在处理一些专业制图评价时，例如 自然资源部2019年6月《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》（简称“双评价”） 就要求我们将坐标系统设为国家2000。
那投影坐标系统主要有那些呢？
1、高斯克吕格（Gauss Kruger）投影
它是一种 横轴等角切圆柱投影 。
在各类投影中， 离切线或割线越远 的地区， 投影变形就会越大 。若把地球椭球面按一定规律进行多次投影,再裁剪切线(或割线)附近的区域,并按顺序合并起来，就能够保证地图投影的变形在一定范围内满足精度的要求。此地图投影的设计思想,是由高斯于19世纪20年代拟定，后经克吕格补充而形成的。
如图所示， 高斯一克吕格投影 ，假设一椭圆柱面与地球椭球体面横切于某一条经线，再按照等角条件将中央经线东西范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，并将椭圆柱面展开成平面。
高斯投影的基本条件
- 中央经线和赤道投影成 垂直相交 的直线
- 投影后 没有角度变形 ，那么经纬线投影后 仍 正交
- 中央经线 没有 长度变形
我国覆盖的投影带
我国位于东经72°到136°之间。若以6°分带，则覆盖11个投影带(即13-23带);若以39分带，则覆盖22个投影带(即24一45带)。
2、通用横轴墨卡托（Universal Transverse Mercator, UTM）投影
通用横轴墨卡托 (UTM) 系统是对横轴墨卡托投影的专门化应用。
地球被分为 60 个南北走向的带 ，每个带所跨经度为 6°。 每个带都有自己的中央经线 。带 1N 和 1S 始于 180° W。各带的 限值为 84° N 和 80° S，南北带划分的基线是赤道。极点区域使用通用极方位立体投影坐标系。 每个带的原点是其中央经线和赤道。
为了 消除负坐标 ，坐标系需改变原点坐标值。分配给中央经 线的值是东偏移量， 而分配给赤道的值是北偏移量。 采用 500,000 米作为东偏移量。 北部带的北 偏移量为零，而南部带的北偏移量为 10,000,000 米。
用途和应用
- 用于比例为 1:100,000 的美国地形标准图幅。
- 许多国家 /地区使用基于现行官方地理坐标系的地方 UTM 带。
- 前苏联的大比例地形制图。
3、UTM投影和高斯克吕格投影的区别：
（1） 中央经线长度比不同，UTM投影是0.9996，而高斯-克吕格投影是1。
（2） 带的划分相同，而带号的起算不同。
（3） 对于中、低纬度地区，UTM投影的变形优于高斯-克吕格投影。
（4） 西方国家（美、英、德、法）多采用UTM投影作为国家基本地形图投影，东方国家（中、苏、蒙、朝）多采用高斯-克吕格投影作为国家基本地形图投影。
用途和应用
用于比例为 1:100,000 的美国地形标准图幅。 许多国家 /地区使用基于现行官方地理坐标系的地方 UTM 带。 前苏联的大比例地形制图
4、兰伯特正形圆锥（Lambert Conformal Conic）投影
多用于国家和区域制图，东西方向的区域。
正形投影中 角度是真实的，距离只有在沿标准基线方向是真实的 。两条基准纬线，是由地图制作人员选定。兰伯特正形圆锥投影，保证了地图形状的准确性。
参考：
Albers equal-area conic projection - GIS Wiki | The GIS Encyclopedia
5、阿尔伯斯等面积圆锥（Albers Equal Area Conic）投影
和兰伯特正形圆锥投影类似，同样需要定义两条基准纬线。不同的是阿尔伯斯投影是 等面积投影 ，地图的面积和真实面积相同。 地图存在形状和距离的变形
如何选择投影坐标系呢？
（1） 研究区 东西跨度较小 ，数据来源主要为 遥感影像
当使用遥感影像作为主要的数据来源时，且研究区域较小时，可以使用 UTM投影 。由于卫星数据自带投影信息，统一采用卫星影像的投影信息即可
（2） 研究区 东西跨度较小 ，数据来源为国内 地形数据
国内小范围地形数据目前大多采用 CGCS2000坐标系，高斯克吕格投影( Gauss-Kruger )。
（3） 研究区 范围大 ， 全国及省区 制图
在这种情况下高斯克吕格投影和UTM投影就不再适用了，全国和省区往往跨了好几个3°带甚至6°带，这种情况下高斯克吕格或UTM投影的变形不再可以接受，这时就需要使用 阿尔伯斯等面积投影（ Albers ） 或 兰伯特正形圆锥投影（ Lambert ） 。
投影分带
投影分带使用的规定
- 6° ：分带在1：2.5万到1：50万时
- 3° ：分带在大于1：1万地形图中
带号计算
北半球地区，选择最后字母为“N”的带，南半球“S”
带号=(经度整数位/6)的整数部分+31
6°分带法
6度带带号=(经度+6°)/6取整
从格林尼治零度经线起,自东半球向西半球, 每经差6°分为一个投影带 ,即东经0～6,6～12,12～18,….174～180,用阿拉伯数字1,2,3,4….60表示投影带号,全球共 分为60个投影带 。
东半球中央经线 的计算公式为:
- L0=(6n−3)°
- n表示投影带号，n<30
西半球中央经线 的计算公式为:
- L0=(6n−3)°−360°
- n表示投影带号，n>30
3°分带法
3度带带号=(经度+1.5°)/3取整
从东经1°30′算起，自 东半球向西半球每3°为一带 ，将全球 划分为120个投影带 ，1°30′−4°30′,4°30′−7°30′….其中央经线的位置为3°,6°,9°,15°…180°,−177°…−3°
东半球中央经线 的计算公式为:
- L0=(3n)°
- n表示投影带号，n<30
西半球中央经线 的计算公式为:
- L0=(3n)°−360°
- n表示投影带号，n>30
