摘要: 在ArcGIS中，坐标系统有两种，一种叫做地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems），还有一种叫投影坐标系统（Projected Coordinate Systems），他们位于ArcGIS安装目录的Coordinate Sys...
在ArcGIS中，坐标系统有两种，一种叫做地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems），还有一种叫投影坐标系统（Projected Coordinate Systems），他们位于ArcGIS安装目录的Coordinate Systems文件夹中，其实ArcGIS还有一种坐标系统叫做Vertical Coordinate Systems，直译过来就是垂直坐标系统，其实就是定义空间地理数据所采用的高程基准，如中国现行的高程基准是1985国家高程基准。
1.地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems）
地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems）是指用经纬度表示地面点位的球面坐标，很显然地理坐标系统为球面坐标系统。ArcGIS中最常用的地理坐标系统为WGS84，其参数：
Angular Unit: Degree (0.017453292519943295) Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_WGS_1984 Spheroid: WGS_1984 Semimajor Axis: 6378137.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356752.314245179300000000 Inverse Flattening: 298.257223563000030000
从上面的参数中我们可以看出，WGS84地理坐标系统包含有Angular Unit（角度单位）、Prime Meridian（本初子午线）、Datum（基准面）和Spheroid（椭球体）四个参数。Angular Unit定义了地图的单位为度，Prime Meridian定义所采用的本初子午线，这是两个比较好理解的参数，下面重点介绍后两个参数。
（1）基准面（Datum）
在测量学中，大地基准面（Geodetic datum），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
GIS中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义，转换通过相似变换方法实现，假设 Xg、Yg、Zg表示WGS84 地心坐标系的三坐标轴，Xt、Yt、Zt 表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的 7参数分别为：三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数 εx、εy、εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时，分别绕 Xt、Yt、Zt 的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京 54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。
（2）椭球体（Spheroid）
我们的地球表面是一个凸凹不平的表面，而对于地球测量而言，地表是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量和制图的基准面。假想一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体。地球椭球体表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，所以在测量和制图中就用它替代地球的自然表面。因此就有了地球椭球体的概念。
地球椭球体有长半径和短半径之分，长半径（a）即赤道半径，短半径（b）即极半径。f=(a-b)/a为椭球体的扁率，表示椭球体的扁平程度。由此可见，地球椭球体的形状和大小取决于a、b、f 。因此，a、b、f 被称为地球椭球体的三要素。
ArcGIS Desktop中提供了30种地球椭球体模型。我们比较常用的有克拉索夫斯基、WGS84和ICA-75几种椭球体。他们的主要参数如下所示：
| 名称 | 长半轴/m | 短半轴/m | 扁率 |
| Krasovsky | 6378245 | 6356863.0188 | 1:298.3 |
| WGS84 | 6378137 | 6356752.3142 | 1:298.257 |
| IAG-75 | 6378140 | 6356755.2882 | 1:298.257 |
我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的 1975地球椭球体（IAG-75）建立了我国新的大地坐标系–西安 80坐标系，WGS1984 基准面采用 WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以 WGS1984 为基准。
2.投影坐标系统（Projected Coordinate Systems）
地球椭球体表面也是个曲面，而我们日常生活中的地图及量测空间通常是二维平面，因此在地图制图和线性量测时首先要考虑把曲面转化成平面。由于球面上任何一点的位置是用地理坐标（λ，φ）表示的，而平面上的点的位置是用直角坐标（χ，у）或极坐标（r， ）表示的，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，就是地图投影方法。
看一下ArcGIS中，西安80坐标系的参数，如下所示：
Projection: Gauss_Kruger False_Easting: 39500000.000000 False_Northing: 0.000000 Central_Meridian: 117.000000 Scale_Factor: 1.000000 Latitude_Of_Origin: 0.000000 Linear Unit: Meter (1.000000) Geographic Coordinate System: GCS_Xian_1980 Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_Xian_1980 Spheroid: Xian_1980 Semimajor Axis: 6378140.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356755.288157528300000000 Inverse Flattening: 298.257000000000010000
从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有地理坐标系统（Geographic Coordinate System）。那么我们从这一角度上解释一下投影和投影所需要的必要条件：将球面坐标转化为平面坐标的过程便是投影过程；投影所需要的必要条件是：第一、任何一种投影都必须基于一个椭球（地球椭球体），第二、将球面坐标转换为平面坐标的过程（投影算法）。简单的说投影坐标系是地理坐标系+投影过程。
下面我们来看看ArcGIS中对我国北京54和西安80坐标系统是如何描述的，在ArcMap或是ArcCatalog中选择系统预定义的北京54和西安80坐标系统。
在Beijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：
Beijing 1954 3 Degree GK CM 117E.prj Beijing 1954 3 Degree GK Zone 39.prj Beijing 1954 GK Zone 20.prj Beijing 1954 GK Zone 20N.prj
对它们的说明分别如下：
3度分带法的北京54坐标系，中央经线在东117度的分带坐标，横坐标前不加带号 3度分带法的北京54坐标系，中央经线在东117度的分带坐标，横坐标前加带号 6度分带法的北京54坐标系，分带号为20，横坐标前加带号 6度分带法的北京54坐标系，分带号为20，横坐标前不加带号
在Xian 1980目录中，文件命名方式为下面所示：
Xian 1980 3 Degree GK CM 117E.prj Xian 1980 3 Degree GK Zone 39.prj Xian 1980 GK CM 117E.prj Xian 1980 GK Zone 20.prj
它们的含义分别如下：
3度分带西安80坐标系，中央经线为东经117，横坐标前不带带号 3度分带西安80坐标系，中央经线为东经117，横坐标前加带号 6度分带西安80坐标系，中央经线为东经117，横坐标前不带带号 6度分带西安80坐标系，中央经线为东经117，横坐标前加带号
