5 个最佳投影坐标系介绍

选择用于绘制或分析空间数据的最佳投影坐标系是一项复杂的任务， 需要了解数据的性质以及地图或分析的预期用途。 投影坐标系是一种将地球曲面绘制在平面上的方法。 本文将深入研究5个最佳投影坐标系， 讨论其优点、局限性和最佳用例。

最佳投影坐标系是用于局部精度的国家平面坐标系 (SPCS) 和 用于区域覆盖的通用横轴墨卡托 (UTM)。 SPCS 可最大程度地减少小区域的变形， 而 UTM 因其规模一致而非常适合大型项目。

了解坐标系

在讨论最佳投影坐标系之前， 有必要了解坐标系的基础知识。 坐标系主要有两种类型：地理坐标系和投影坐标系。

地理坐标系 (GCS)使用三维球面来定义地球上的位置。 最常见的 GCS 是纬度和经度系统。 然而，由于地球并不平坦， 因此当该系统转移到二维地图上时会出现扭曲， 这就是投影坐标系发挥作用之处。

投影坐标系 (PCS)是通过将地球表面投影或展平到二维平面上而创建的。 这对于创建地图、准确测量距离和执行空间分析是必要的。

然而，所有地图投影都会以某种方式扭曲地球表面， 无论是形状、面积、距离还是方向。 关键是选择一种能够最大限度地减少失真的投影， 以满足地图或分析的特定需求。

最佳投影坐标系

绘制广阔而多样的景观地图需要能够准确代表其地理特征的投影。 但有多种选择， 哪一种最适合呢？ 探索各种投影的优点和局限性， 并揭开选择最适合地图需求的投影秘密。

1.国家平面坐标系（SPCS）

国家平面坐标系是一组 124 个地理区域或专为美国特定地区设计的坐标系， 旨在最大限度地减少该特定区域的扭曲。 该系统通常用于地方或区域层面的土地测量、工程和测绘。

优势：

• 每个区域内的高精度
• 每个区域中小区域内的失真被最小化
• 适用于多种类型的本地和区域测绘的广泛使用和认可的标准

局限性：

• 存在多个区域
• 不适合绘制大型多种区域地图
• 组合来自不同区域平面区域的数据时需要进行转换

最佳用例：

• 详细的工程和建设项目
• 地方政府测绘和财产调查
• 任何需要小面积高精度的应用

2.通用横轴墨卡托 (UTM)

UTM 系统将世界划分为一系列 6 度纵向条带或区域， 该系统广泛用于科学、军事和联邦测绘目的。

优势

• 中纬度地区的比例比国家平面系统更加一致
• 可用于跨越多个地区的大型区域项目
• 非常适合与 GPS 技术和全球数据集一起使用

局限性：

• 每个区域的边缘都有一些扭曲
• 由于失真增加，对于高纬度地区并不理想

最佳用例：

• 区域到国家测绘项目
• 覆盖大面积的环境和野生动物研究
• 军事和联邦土地管理

3.Albers Equal Area（阿尔伯斯等面积）

阿尔伯斯等面积投影是一种保留面积的圆锥投影， 使其适合需要准确表示面积的统计显示和分析。

优势

• 准确描绘大区域的面积
• 特别适合东西向的地区

局限性：

• 形状和距离的扭曲，尤其是在投影的外围
• 不适合导航或需要真实方向的地方

最佳用例：

• 区域代表性很重要的专题地图
• 例如土地利用或人口密度
• 区域到国家环境研究

4.Lambert Conformal Conic（兰勃特等角圆锥投影）

兰勃特等角圆锥投影是另一种圆锥投影， 非常适合中纬度国家。 它可以保持形状并最大限度地减少沿标准纬线的变形。

优势

• 适用于角度畸变必须最小化的航空图
• 保持形状，使其可用于气象和气候地图

局限性：

• 远离标准纬线时，面积变形会增加
• 不适合南北朝向的地区

最佳用例：

• 航空图
• 区域气候学研究
• 绘制中纬度国家的地图

5.Web Mercator（网络墨卡托）

Web Mercator 已成为 Google 地图和 Bing 地图等 Web 地图应用程序的事实上的标准。 它是墨卡托投影的变体， 针对在 Web 浏览器中的使用进行了优化。

优势

• 针对在线和基于网络的地图平台进行标准化
• 所有缩放级别的视觉外观一致

局限性：

• 高纬度地区畸变严重，不适合全球比例尺测绘
• 面积和距离未准确表示，这可能会产生误导

最佳用例：

• 在线地图服务
• 优先考虑易用性和公众熟悉度的应用程序

选择投影坐标系时要考虑的因素

选择使用投影坐标系时，应考虑以下几个因素：

• 区域范围：较大的区域通常需要在更广泛的区域上平衡失真的投影， 而较小的区域可以使用最小化局部失真的投影。
• 地图的目的：专题地图可能需要等面积投影， 而导航地图可能优先考虑准确的角度。
• 纬度：投影通常在某些纬度表现最佳； 例如，圆锥投影非常适合美国等中纬度地区
• 区域形状：区域南北向或东西向的伸长率可以确定哪种投影可以最大程度地减少扭曲。
• 数据集成：组合不同来源的数据集时， 使用通用投影以避免错误和不一致非常重要。

结论

对于最佳投影坐标系， 没有一刀切的答案。 最佳选择取决于手头项目的具体要求。 对于局部和精确的工程工作， 国家平面坐标系可能是最佳选择。 对于跨越多个地区的区域研究和应用， UTM 或阿尔伯斯等面积预测可能更合适。 对于航空图或气候学研究， 兰伯特等角圆锥投影可能是理想的选择。 对于 Web 地图应用程序，Web 墨卡托投影是标准。

最终，该决定应基于对上述因素的仔细考虑， 并了解任何地图投影固有的权衡。 通过选择最合适的投影坐标系， 制图师和 GIS 专业人员可以确保他们的地图和空间分析尽可能准确和有用。

常见问题解答：

兰伯特等角圆锥投影有何独特之处？

该投影是等角的，保留局部角度， 并使用圆锥体作为其可展开表面。 它对于像主要东西向延伸的中纬度地区特别有用。

横轴墨卡托投影与标准墨卡托投影有何不同？

与使用赤道作为切线的标准墨卡托投影不同， 横轴墨卡托投影使用子午线。

什么是国家平面坐标系 (SPCS)？

SPCS 它在每个区域内都非常准确， 对于地方政府规划等绘图任务非常有用。

什么是通用横轴墨卡托 (UTM) 系统？

UTM 将世界分为 60 个区域， 每个区域覆盖 6 个经度， 每个区域都使用正割横轴墨卡托投影。 该系统因其低失真和全球覆盖而被广泛使用， 使其适合全球共享的地图和军事应用。