地理坐标系VS投影坐标系

当你试图为你的地图选择一个坐标系时，你是否有时会被这些选项所迷惑呢？

地理坐标系(GCS)和投影坐标系(PCS)到底有什么区别？

这里有一个简短的答案。

• GCS定义了数据在地球表面的位置。

• PCS告诉数据如何在平坦的表面上绘制，比如在纸质地图或电脑屏幕上。
  

• GCS是圆形的，所以以角度单位（通常是度）记录位置。

• PCS是平面的，因此它以线性单位（通常是米）记录位置。
  

地理坐标系统指示你的位置

假如你是搜救队的一员，在寻找一名伤者。你从她的卫星电话中得到的点位是东经134.577度，北纬24.006度。她的位置在哪里？

上图中的位置A和B都是正确的。A在一个地理坐标系中是134.577°E，24.006°N（CGCS2000），B在另一个地理坐标系中是相同的坐标位置（WGS1984）。如果不知道数据在哪个GCS中，你就不知道登山者是在高原之上，还是掉下了悬崖。

地理坐标系（GCS）用于界定地球表面模型上的位置。也就是经线和纬线相交来定义位置。由经线和纬线形成的网络被称为 “网格”。

那么，为什么知道一个地点的经纬度还不能很好地知道它的位置呢？上面例子中的地点A和地点B怎么可能都正确呢？

事实上，地球并不是一个完美的球体。它是一个块状的，凹凸不平的圆形表面，有高山和深海沟壑。因此要画出经纬网格，就需要一个地球模型，即使不是一个完美的球体，至少也是一个规则的球体。地球表面有许多不同的模型，因此也有许多不同的GCS。1984年世界大地测量系统(WGS 1984)是作为一个万能的GCS设计的，适合绘制全球数据。China Geodetic Coordinate System 2000（CGCS2000，2000国家大地坐标系）是我国当前最新的国家大地坐标系，它能给我们国家提供良好的精度。

GCS是将你的坐标值与地球上的真实位置联系起来。坐标134.577°E，24.006°N只是告诉你一个位置在某个地理坐标系中的位置。所以在你知道它在地球上的真实位置之前，你需要知道它在哪个地理坐标系中。

那PCS又是怎么得到的呢？

首先地球表面和GCS都是圆的，而纸质地图和电脑屏幕是平的。你不可能在平面上画出圆的地球而不使它变形。想象一下，剥开一个橙子，并试图把橙子皮平铺在桌子上。你可以接近，但前提是你必须开始撕开橘子皮。这就是地图投影的作用。它们告诉你如何扭曲地球（如何撕开和拉伸橘子皮），这样对你的地图来说最重要的部分就能得到最小的扭曲，并在地图的平面上得到最好的显示。

ArcGIS中有许多不同的地图投影，每种投影都以不同的方式显示地球。有些适合保存地图上的区域，有些适合保存角度或距离。

投影坐标系(PCS)是指使用地图投影对GCS进行平坦化处理后的结果

如果你想知道自己在地球上的位置，则必须要先有一个GCS，而是否投影是可选的。但如果你想在纸质地图上绘制这个位置，则必须有PCS。
接下来，我们来看看这些坐标系（地理坐标系和投影坐标系一样）是如何组合起来的。

坐标系的构造

在ArcGIS Pro中，可以在 "地图属性 "窗口中的 "坐标系统 "选项卡上查看任何坐标系统的详细信息。单击红色的 "详细信息 "

下图是CGCS2000 3 Degree GK CM 105E坐标系的详情页。

• 第一行告诉你这是一个投影坐标系，而不是GCS。

• 根据定义，PCS使用的是投影。第二行告诉您，这个PCS使用的是Gauss Kruger投影，它是由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格于1912年对投影公式加以补充，故称为高斯-克吕格投影。

• WKID 是 PCS 的唯一标识号。

• PCS中的坐标是以线性单位记录的，通常是以米为单位。

• 东偏移量和西偏移量是该投影特有的参数。另外也包括其他参数，如中央经线、比例因子和起始纬度。我们可以通过修改这些参数，使PCS在特定的位置上居中。下面是两种不同的PCS。夏威夷Albers等面积圆锥体和加拿大Albers等面积圆锥体。它们都使用相同的投影，但投影参数不同。
  

• PCS还包含一个地理坐标系！在这种情况下，它是CGCS2000。

一定要记住，PCS只是一个经过推算的GCS。让我们看看CGCS2000地理坐标系的属性。

• 它也有一个WKID。
• GCS中的坐标是以角度单位记录的，通常是度。
• 本初子午线是一条任意的经线，定义为0°。它通常穿过英国的格林威治，但不一定非得如此。
• 基准线（Datum）定义了用哪个模型来表示地球表面，以及该模型相对于地球表面的位置。
• 参考椭球体是不规则地球的常规模型。它是基准面的一部分。长半轴、短半轴和扁率定义了球面体的大小。

我们可以选择GCS来代替PCS吗？

“我们可以选择GCS而不是PCS来绘制地图吗？我以前做的地图都是用WGS 1984的，画得还不错，不是吗？”
我们来试一试。
在 "地图属性 "中，展开 "地理坐标系 "列表，任意选择一个。点击 “确定”。

无论您选择的是哪种GCS，您的地图都会是这个样子。

请记住，如果没有投影，是不可能在平面上画出圆地球的。所以，当你告诉ArcGIS用GCS制作一张平面地图时，它被迫选择一个投影! 所以它就用伪Plate Carrée投影来绘制。这只是将经纬度用简单的方格表示。之所以称为伪，是因为它是以角度单位（度）而不是线性单位（米）来测量的。这种投影很容易理解，也很容易计算，但它也扭曲了所有的面积、角度和距离，所以用它来分析和测量是毫无意义的。

总结:

• 你可以把你的数据存储在GCS里。但如果没有PCS，你就不能在平面地图上绘制数据。
• GCS告诉你的数据要绘制在哪里，而PCS告诉地图如何将GCS平铺开来。
• 你选择哪种GCS取决于你在哪里绘图。
• 你使用哪种PCS取决于你的绘图位置，同时也取决于你地图的性质（选择等角度还是等面积）–例如，你应该扭曲区域以保留面积变化最小，还是扭曲角度以保留距离变化最小？

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