Arcgis使用教程（二）ARCGIS常用数据格式及地图投影

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本文介绍了空间数据的概念、表达方式及常用格式，地图投影的基本原理和我国常用的投影方法，同时详细讲解了ARCGIS中地图投影的应用技巧。

一、空间数据及常用格式

1.空间数据概念

空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。

空间数据结构是空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，是空间数据在计算机内的组织和编码形式，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。它是对空间数据的一种理解和解释。

空间数据结构又是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据结构的具体实现，是将图形数据、影像数据、统计数据等资料按一定的数据结构转换为适合计算机存储和处理的形式。不同数据源采用不同的数据结构处理，内容相差极大，计算机处理数据的效率很大程度取决于数据结构。

2.空间数据表达

表达地理空间数据的方法主要有栅格和矢量两种方式，分别形成了栅格数据和矢量数据两种形式。比如，基于像元（像素）的遥感影像数据就是栅格数据，基于点、线、面等要素来描述的地理空间数据信息就是矢量数据。

栅格数据和矢量数据目前的格式种类繁多，栅格数据目前比较常用的有*.img、*.tif格式等，对于栅格数据，有多种不同的编码方式，常用的编码方式有直接栅格数据编码、费尔曼链码、游程编码、四叉树编码等等，四叉树编码中又有常规四叉树以及线性四叉树编码等。

矢量数据有*.shp、*.cov等，对于相同的后缀名的文件，其编码方式有的也有所不同，不同的软件不一定都能够兼容。目前绝大多数GIS软件都支持这些常用数据格式的读取和处理，而且逐渐能够互相兼容不同的格式。

纸质的文献数据资料，不方便快速查看和保存以及运算分析，往往需要使用扫描仪等将其扫描成为电子版文件或者人工手动录入为电子版文件，比如，统计数据，将其手动录入到电子表格已经文档等格式数据中较好，而图片数据采用扫描仪扫描。目前的扫描仪通常将纸质文件扫描成栅格文件保存，难以将地图等数据扫描成矢量文件，往往需要人工校正于绘制。

3.常用空间数据格式介绍

空间数据的组织形式有多种，比如Arcgis中常用的Shapefile、Coverage、Tiff的文件类型，Workstaion常用Coverage数据格式，Geodatabase数据库类型：

Shapefile：一种基于文件方式存储GIS数据的文件格式。至少由shp、dbf、shx三个文件作成，分别存储空间，属性和前两者的关系，是GIS中比较通用的一种数据格式。此外，还有prj、shp.xml、sbn和sbx四种文件：prj存储了坐标系统，shp.xml是对shapefile进行元数据浏览后生成的xml元数据文件，sbn和sbx存储的是shapefile的空间索引，它能加速空间数据的读取，这两个文件是在对数据进行操作、浏览或连接后才产生的。
Coverage：一种拓扑数据结构，一般的GIS原理书中都有它的原理论述。数据结构复杂，属性缺省存储在Info表中。目前ArcGIS中仍然有一些分析操作只能基于这种数据格式进行操作。

Coverage：一种拓扑数据结构，数据结构复杂，属性缺省存储在Info表中。目前ArcGIS中仍然有一些分析操作只能基于这种数据格式进行操作。

Tiff是一种流行的高位彩色图像格式，格式复杂，存储内容多，占用存储空间大，以.tif为扩展名。其数据格式是一种3级体系结构，从高到低依次为：文件头、一个或多个称为IFD的包含标记指针的目录和数据。

空间数据库Geodatabase，一个真正实现对象存储的空间数据库，基于RDBMS存储的数据格式，有以三种：

FileGeodatabse存储于文件中，文件大小没有限制。
PersonalGeodatabse用来存储小数据量数据，存储在Access的mdb格式中，文件不能大于4GB。
ArcSDEGeodatabse存储大型数据，存储在大型数据库中Oracle，SqlServer，DB2等，可以实现并发操作，不过需要单独的用户许可。

二、地图投影

1.地图投影概念

地图投影是利用一定数学法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法。

地图,Map Projection.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。书面概念化定义：地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。（百度百科）

2.我国常用地图投影及参数

根据我国的地理分布以及各种投影的特点，我国使用地图投影的选择通常采用以下标准：

Lambert投影，等角割圆锥投影，没有角度变形，两条标准纬线上没有任何变形，由于采用了分带投影，每带纬差较小，因此我国范围内的变形几乎相等，最大长度变形不超过±0.03%，最大面积变形不大于±0.06%。我国的基本比例尺地形图中1:100万地形图、大部分省区图以及大多数这一比例尺或者更小比例尺的地图多采用Lambert投影。

高斯克吕格投影，即等角横轴切椭圆柱投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。我国的基本比例尺地形图中1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000通常采用采用高斯克吕格投影。

Albers投影，即双标准纬线等积割圆锥投影，没有面积变形、两条标准纬线上不变形，在图上保持正确的面积对比，适用于遥感监测中的种植面积动态监测。Albers投影和Lambert投影属于同一投影系统的（均为正轴割圆锥投影），该投影在中国，中央经线一般取105°E，两条标准纬线为25°N和47°N。

省尺度的数据通常采用Albes投影。空间数据的参考坐标统一选取同一种坐标，便于后期数据的统一管理和应用。

在规范化数据处理过程中，可以统一采用一种投影参数，对于投影不一致数据的进行投影转换，没有正确投影信息的采用几何校正方法统一处理成带有以下投影信息的数据：

如双标准纬线等积圆锥投影（Albes投影），投影参数设置为：

中央经线：东经105º

第一标准纬线（南标准纬线）：北纬25º

第二标准纬线（北标准纬线）：北纬47º

坐标原点：东经0º与北纬0º交点

地理坐标系：Beijing1954

a=6378137，b=6356752，α=1/298.3

单位：米

其中，a代表椭球长半径、b代表短半径，α代表扁率。

在实际应用过程中，投影及其参数的选择往往根据实际监测需求进行选择和设定，并不局限于一种投影坐标系统。

3.不同地图投影形状变化

地图投影变形情况

视频地址

三、ARCGIS中投影使用方法

在arcgis中，地图投影的使用主要有两种，第一种是定义投影，第二种是投影变换，对于这两种情况的具体使用，笔者以前在博客园也做过详细的阐述：定义投影和投影转换的区别联系及其具体使用方法。下面就arcgis中投影的使用做一定说明

1.ARCGIS中投影的类型

arcgis中投影的类型主要有两种，第一种是Geographic Coordinate Systems,即地理坐标系统；第二种是Projected Coordinate Systems，即投影坐标系统。前者是基于经纬度的坐标系统，显示的是经纬度坐标，后者是基于平面的坐标系统，比如我国建立的beijing54坐标系，是以该坐标原点建立的坐标系。