坐标系：（Coordinate System）：在一些书籍和软件中也叫做空间参考，简单来说，有了坐标系，我们才能够用一个或多个“坐标值”来表达和确定空间位置。没有坐标系，坐标值就无从谈起，也就无法描述空间位置。
那么在我们地理信息系统中，或者说GIS的主流软件中（例如Arcgis中）我们常看到就是两类坐标系，分别是
1、地理坐标系（Geographic Coordinate System）
2、投影坐标系（Projected Coordinate System）
下面我们对这两类坐标系分别进行说明，并给出它们的联系和区别。
1、首先是地理坐标系：
地理坐标系是使用三维球面来定义地球表面位置，以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。一个地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和参考椭球体三部分。这其中最重要的部分就是参考椭球体的选择，在球面系统中，水平线是等纬度线或纬线。垂直线是等经度线或经线。
常见的地理坐标系有WGS 84、CGCS 2000
2、再来讲投影坐标系：
其实投影坐标系就是地理坐标系经过投影得来的，换个简单一点的说法吧，地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系。一个投影坐标系中一定会包含一个地理坐标系，下图简单描述这两者之间的关系。
看到这里，相信大家已经基本了解这两者之间的关系。在文章的后面我们会继续对两者的关系做详细说明，但在这之前，我们再稍微讲解一下地图投影的相关知识。
地图投影是地图学当中一个相当重要的知识点，在地理学科的很多专业课程都有讲解。
定义：简单来说就是把三维球面上的坐标，按照某种规则一一映射到平面地图上的过程就叫做地图投影。
介绍：地图投影有很多种类型，像我们常见或者常用的有高斯克-吕格投影，墨卡托投影，兰伯特投影等
我们需要了解一些常见投影的性质和变化规律，以及在面对具体的工作区域时如何选择投影类型问题。
关于地图投影的扩展就到这里，有需要的同学可以自行查阅资料，本文的重点是讲坐标系。
3个重要概念
在ArcGIS中，有三个概念容易混淆（另外半个最后揭晓），需要特别进行区分：
1）数据的真实坐标系，简称为“真实坐标系”；
2）数据属性所标称的坐标系，简称为“属性坐标系”；
3）ArcMap/ArcScene中Layers的坐标系，简称为“地图坐标系”。
1、真实坐标系：
数据的真实坐标系是指数据记录本身所对应的坐标系。比如，江西师范大学瑶湖校区图书馆在地理坐标系“GCS_WGS_1984”下的经纬坐标大概为（116.0317E，28.6795°N），在投影坐标系“WGS_1984_UTM_Zone_50N”下的平面坐标为（472786.066803m，4473121.59882m）。假如用一个Point Shapefile数据来记录江西师范大学瑶湖校区的位置。如果使用经纬坐标（116.0317E，28.6795°N）来记录此位置，那么数据的真实坐标系就是地理坐标系GCS_WGS_1984，如果使用平面坐标（472786.066803，4473121.59882）来记录此位置，那么数据的真实坐标系就是投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N。
数据的真实坐标系是什么，可以通过以下方式进行验证。在ArcMap中加载这一个Point Shapefile数据，打开其属性表（Attribute Table），右击任意已有或新建的数值类型为Double（或Float）的Filed进行“Calculate Geometry”运算，如果数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，那么计算的“X Coordinate of Point”就为116.0317（图2），如果数据的真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，那么X坐标值就为472786.066803。
2、属性坐标系：
数据属性所标称的坐标系是指数据文件的属性所标称的坐标系。一般来说，我们有两个入口来查看数据属性所标称的坐标系：一种是在Catalog里面右击该数据文件打开Properties，Shapefile文件可直接在Properties中查看或者修改“XY Coordinate System”，Raster文件可以通过Edit（编辑）“SpatialReference”来打开“XY Coordinate System”进行查看或者修改；另一入口是当把数据加载进ArcMap或ArcScene后，在此数据的Layer Properties的“Source”标签中查看。第二个入口只能查看而不能修改属性坐标系。下图为在Layer Properties中查看南昌市底图数据的属性坐标系。
这里要特别强调的是：数据的真实坐标系和属性坐标系可以不同，当二者不同时就出现错误。例如：数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，而属性坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，或真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，而属性坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，都是错误的。类似的，数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，而属性坐标系为地理坐标系GCS_Xian_1980，或真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，而属性坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_49N，也都是错误的。只要二者不统一，就是错误的。在数据处理过程中，误将属性坐标系改动，造成属性坐标系与真实坐标系不符合，是ArcGIS操作的常见错误。使数据的属性坐标系和真实坐标系吻合，是进行所有数据处理和分析的必要前提。
同样以江西师范大学瑶湖校区图书馆点数据为示例说明真实坐标系和属性坐标系不吻合的情况。如果Point Shapefile数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，而将属性坐标系设置为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，图书馆点就会跑到赤道附近的印度尼西亚去（图5）。此时，系统会认为此点在投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N中坐标值为（116.0317E，28.6795°N），而在投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N中正确的坐标值应为（472786.066803，4473121.59882）。相反，如果Point Shapefile数据的真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，而属性坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，图书馆点则会“跑出地球”。因为系统会认为此点的经纬度为（472786.066803，4473121.59882），地球上的点的经纬度值最大为180度，最小为-180度，因而这两个经纬度值远远超过了180度的最大值。
为何在实际操作中我们一般都不必检查数据的属性坐标系是否与真实坐标系吻合呢？这是因为在大多数时候，我们拿到的数据不但有属性坐标系并且还与真实坐标系是吻合的。一般来说，有两个明显的迹象可以判断数据的属性坐标系是不对的。一个是将数据加载到ArcMap里面后报错；另外一个是数据加载到ArcMap里面后尽管没报错，但是位置明显不对。
3、图层坐标系（layer）
ArcMap/ArcScene中Layers的坐标系是指当我们把若干矢量数据或栅格数据加载进ArcMap或ArcScene里面组成“Layers”的时候，这个Layers的坐标系。“地图坐标系”在ArcMap中可以通过右击“Layers”打开“Data Frame Properties”后在“Coordinate System”标签中查看或者修改，在ArcScene中可以通过右击“Scene Layers”打开“Scene Properties”后在“Coordinate System”标签中查看或者修改。
可以想象，一个Layers可以包括多个数据Layer，这些数据Layer的坐标系也可以各不相同。因此，Layers的地图坐标系可以不同于各Layer的数据坐标系。可以选择Layers中的某一Layer的数据坐标系作为地图坐标系，也可以选择其他任意坐标系，只要这个坐标系的覆盖范围能覆盖所有Layer数据的范围。当在ArcMap中加载多个数据Layer时，系统会自动将第一个加载进来的有坐标系的数据的坐标系作为Layers的地图坐标系。为了使所有具有不同坐标系的数据Layer都在同一地图坐标系下进行显示等操作，当某个Layer的数据坐标系与Layers的地图坐标系不同时，系统会自动用一定的算法将数据坐标系（的坐标值）临时转换为地图坐标系（的坐标值）。这种临时的坐标系转换，并不改变每个数据本身的坐标系。
需要注意的是：当数据在与其坐标系不同的地图中显示时，会出现“变形”。这种变形是由“临时的坐标系转换”引起的。
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