关于坐标系——在规划常用软件中

规划工作中最常接触的就是空间数据了，我们的操作也常常是在某个具体空间上。为了方便所有空间数据的统一处理，我们需要引入一个中间量，所有数据都参照它，“它”就是坐标系了。我们常用的Sketch、CAD、ArcGIS里面都是有坐标系的，如果我们可以建立起一个坐标系的概念，那么这些软件中的不同数据都可以拉通使用了（还包括从网络上获取到的各种数据）。

-1st- 坐标系概念

01 基础性概念

坐标系简单来说，就是x、y、z轴，xy轴确定在地球上的位置，z轴确定距离地球表面的高度，具体涉及地理坐标系、投影坐标系两个概念。

• 地理坐标系（即经纬度坐标系，GCS，Geographic Coordinate坐标 System）

地球经纬度，球面，用于定位，单位：十进制或度分秒等（经度<180°，纬度<90°）

• 投影坐标系（PCS，Projected投影 Coordinate System）

球面拉平，方格网平面坐标系，用于测量计算（面积等），单位：米、千米等

每个地理坐标系，都可以用不同的计算方法，衍生出几种投影坐标系

▼某种地理坐标系投影到投影坐标系的图解

02 国内常用的坐标系

• 我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000）大多采用高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影
• 高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影，因为经纬度变化而产生变形，离中央子午线越远变形越大，为了更精确而划分不同经线跨度的“带”（这样每条带都有了自己的中央经线，类似时区的概念），常见的有6°分带，3°分带（东西经各180°，3°分带法将东西经划分为各60个，共120个分带）；1:2.5至1:50万比例尺地形图采用经差6˚分带，1:1万比例尺地形图采用经差3˚分带。为了测量数值为正，对坐标系的中央子午线等进行了偏移处理
• 1：100万比例尺下为兰伯特投影（Lambert）

Xian198046101978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系，为此有了1980国家大地坐标系。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故又称1980西安坐标系。 Beijing19544214是前苏联1942年坐标系的延伸，不过它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

*（Well Known ID）：容易记得住的ID，大家（EPSG，European Petroleum石油 Survey Group）约定好的ID，在ArcGIS的坐标系搜索栏搜索使用（请熟记4326，3857）

*我国坐标系的演变，是为了不断提高测绘精度

*

▼我国3°分带，6°分带投影坐标系下的带号计算（引自刘光明，2018，https://wenku.baidu.com/view/cde798dca1116c175f0e7cd184254b35eefd1adf.html）

03 在线地图使用的坐标系

I 坐标系情况

（按照相关规定，在我国境内出版的所有的电子地图，都需要加入国家保密插件，对真实地球坐标进行人为非线性加偏）

• 国外谷歌地图：WGS84 Web Mercator（Auxiliary Spere）
• 天地图：CGCS2000坐标系，CGCS2000墨卡托投影坐标系
• 国内谷歌地图、高德地图、腾讯地图：火星坐标系(GCJ02，各地偏移量不同)
• 百度地图：百度坐标系（在GCJ02基础上再次加偏）

II 坐标系转换

行业中常用的是由未来交通实验室出品的坐标系转换工具，支持百度坐标系、火星坐标系、大地坐标系三者的转换。网络上也有许多坐标转换的脚本，但其实都是不太准确的，因为各地的加偏数据都是不同的，不过问题不大，大概都是能用的。

-2nd- 各软件中的坐标系

01 CAD中的坐标系

I 内置坐标系

i 世界坐标系（WCS, World Coordinate System）

字面意思，可以对应到某个地理坐标系或投影坐标系，平时我们拿到的测绘文件中，一般都是内置某个坐标系的（未来可能都是CGCS2000国家大地坐标系了），只要确定了坐标系，后面将cad数据导入其他软件（如ArcGIS）中就能把不同数据源的数据对上。

ii 用户坐标系（UCS, User Coordinate System）

很多时候，我们的设计地块是斜的，后期绘图中不是很方便。笨方法是，把整个基地转一下。CAD提供了一个解决思路——定义用户坐标系，世界坐标系只有一个，但是用户坐标系可以有非常多个，支持保存与切换。

▼定义UCS

II 坐标系的应用

i 使用

其实主要也就是“开始选项卡-粘贴-原位粘贴”这一个操作，便于不同CAD文件、不同绘图人的数据合并，后期导出到ArcGIS等。

ii 校准

如果数据的坐标系不对，在CAD中校准的方式比较野蛮和粗暴（当然，并不支持地理坐标系转换成投影坐标系，因为涉及到变形）

• 在ArcGIS等中加载底图（卫星图/街道图），选定参考点（一个）（建议交叉口道路中线交点），记录坐标x、y
• 打开“*.dwg”文件，关闭动态输入（状态栏DYN，F12（若快捷键没被占用）

目的：动态输入打开时，无法输入绝对坐标，而是相对于当前坐标的相对坐标）

• 全选（Ctrl+A），激活移动命令（M），捕捉选定的参考点，移动时输入记录的x、y，等待、检查、齐活

iii 拓展

在CAD2020版本中，我发现已经可以在CAD中添加工作底图了（街道图、卫星图等，精度高加载速度快，十分推荐），再也不需要通过其他软件下载底图然后再插入到CAD了，通过“上方选项卡-插入-设置位置”实现，有需要的可以自己尝试。

▼CAD2020中加载卫星底图

02 Sketch中的坐标系

其实Sketch也是有坐标系的，也支持重新定义，平时是用不着的。

在导入dwg、dxf数据时比较有用，“导入-格式选择*.dwg,*.dxf-选项：勾选保持绘图原点”，这样就能够继承原有数据的坐标系了，好处在于拉通ArcGIS、CAD的数据，后期导入不同数据源的数据能够自动对上，不必手动。

另一个应用是，“编辑-原位粘贴”，意义同CAD中的原位粘贴

BUG，在Sketch2017中，我导入带坐标的dwg/dxf文件后，想要调整一个透视角度，导出dwg格式的二维图形，总会导出失败（可以导出dwg文件，但是文件内容为空）。所有，我的建议是一般情况下，不建议导入dwg/dxf数据选择“保持绘图原点”，或者所有数据拼合后，再剪切粘贴到另一个Sketch文件。

03 ArcGIS中的坐标系

（尽量使用WGS84或CSGCS2000及对应投影坐标系）

I 数据框（一个图层组）的坐标系

• 用于统一集中显示所有添加数据（定义坐标系：右键-属性-坐标系-选择或输入WKID）
• 新建空白数据框坐标系默认为添加的第一个数据的坐标系（如有，地理或投影均可）
• 之后添加的数据本身坐标系若不同，会弹窗提示“不同，需要变换”，点击变换即可（仅用于显示，本身未变）
• 坐标系为地理坐标系时，单位应为十进制、度分秒等；坐标系为投影坐标系时，单位应为米、千米等

II 数据（图层）的坐标系

从各处获得的地理数据本身的坐标系（地理/投影），可在ArcGISCatalog中右键数据-属性-坐标系进行赋予和更改

III 小结“三个概念”

• 显示坐标系：显示在ArcGIS界面的坐标系
• 属性坐标系：右键-属性-坐标系，呈现的坐标系
• 真实坐标系：数据本身真的是哪个坐标系

IV 坐标系转换

i 最直接

最简单的是，加载数据后更改数据框的坐标系（即显示坐标系），然后再选中要转换的数据，右键导出，弹窗中选择“使用数据框的坐标系”即可

ii 进行投影

ArcToolbox-数据管理工具-投影与变换，详细的就看帮助文档好了。

（又是一篇过分干燥的长文）