这是一份给自己看的“空间坐标系速查笔记”，根据洪堡州立大学地理空间科学在线课程资料，围绕空间坐标系部分的内容整理，重点是：区分几个重要概念之间的关系，以及明确空间分析时怎么选坐标系。

几个容易混的基本概念

先把三个常见的词理一理：

  • Coordinate System（坐标系统） 最宽泛的说法：

    只要能用一组数值（坐标）来描述位置，就是一个坐标系统。 不一定跟地球有关，比如平面直角坐标、屏幕像素坐标都算。

  • Spatial Reference System（空间参考系统，SRS） 专门用来描述空间位置，尤其是地球表面位置的坐标系统。 在 GIS 语境里，说坐标系统，通常指的就是这类系统。

  • 实际使用中，“Spatial Reference System” 和 “Coordinate System” 经常混用， 所以很多文档直接用“坐标系”一词指代空间参考系统。

可以粗暴记： 空间坐标系 = 用来在地球上“报位置”的坐标系统。

空间坐标系的两大类：GCS vs PCS

空间参考系统主要分成两大类：

  1. Geographic Coordinate Systems（地理坐标系，GCS）
  2. Projected Coordinate Systems（投影坐标系，PCS）

简单对比一下：

类型 主要用途 曲面/平面 坐标形式 单位
GCS（地理坐标系） 表示地球表面位置 椭球曲面 纬度（Latitude）、经度（Longitude） 角度（degrees）
PCS（投影坐标系） 空间分析、测量、制图 平面（投影到平面） X、Y 或 Easting、Northing 一般是米 / 英尺等长度单位

几个关键点：

  • GCS 在椭球上报位置，用的是“角度”（经纬度）。
  • PCS 在平面上报位置，用的是“长度”（X/Y、米、英尺）。
  • 所有的投影坐标系（PCS）都建立在某个 GCS 之上。 也就说是：没有 GCS，就没有 PCS。

Geographic Coordinate Systems（地理坐标系，GCS）

GCS 由哪些部分组成？

一个 GCS 通常包括：

  1. Datum（大地基准）

    • 里面包含了椭球（Ellipsoid）的定义
    • 本质上：规定 地球形状 和 坐标原点 / 对齐方式

  2. Prime Meridian（本初子午线）

    • 几乎总是 格林威治子午线（Greenwich, England）
    • 决定经度的零度位置

  3. Units（单位）

    • GCS 中的单位几乎总是 degrees（度）

在现代 GIS 系统中： 本初子午线几乎都是 Greenwich； 单位几乎永远是 degrees。

因此，不同 GCS 的主要区别基本就落在：Datum / 椭球上。

速记： GCS ≈ “地球用什么椭球 + 经度从哪儿算起 + 角度单位”， 实际用的时候，常常就把它简化理解为“选了哪个 Datum / 椭球”。

常见例子：

  • WGS 84（GCS_WGS_1984）：全球通用，GPS 使用
  • NAD 83：北美常用大地基准
  • NAD 27：较老的北美大地基准

Projected Coordinate Systems（投影坐标系，PCS）

PCS 的组成

一个投影坐标系通常包含：

  1. Geographic Coordinate System（对应的 GCS）

    • 也就是上面提的 Datum / 椭球

  2. Projection Method（投影方法）

    • 比如：UTM、Lambert Conformal Conic、Mercator 等

  3. Projection Parameters（投影参数）

    • 例如中央经线、标准纬线、假东距/假北距（false easting / northing）等

  4. Units（单位）

    • 常见为 meters（米） 或 feet（英尺）

坐标形式：Cartesian / Easting / Northing

PCS 使用的是直角坐标系（Cartesian coordinates）：

  • X 轴 → 东西方向，一般称 Easting
  • Y 轴 → 南北方向，一般称 Northing

你可以把它想象成： 把地球的一块“皮”摊平之后，在这块平面上建立一个直角坐标系。

这就是为什么： 在属性表里你常看到的 X/Y、Easting/ Northing，很适合距离、面积、缓冲、叠加分析。 但经纬度（度）本身不适合直接拿来算“真实距离和面积”。

空间分析时应优先使用哪类坐标系？

课程给了一个很实用的结论：

做空间分析时，几乎总是应该使用投影坐标系（PCS）。

原因很简单：

  • 分析操作（缓冲、叠加、测距、面积计算）本质上都假设你在一个平面直角坐标系里工作；
  • 如果直接在 GCS（经纬度、度）上算距离/面积，结果常常会偏离真实值，尤其是范围较大时。

Humboldt County 的常用坐标系示例

以课程所在的 Humboldt County 为例，实际工作中常用的 PCS 有：

  • WGS 84, UTM Zone 10 North（首选）
  • NAD 83, UTM Zone 10 North
  • NAD 27, California State Plane I（单位默认为英尺）

  • NAD 83, California State Plane I US Feet

    • 这里特别强调 Feet，因为同一坐标系也可能用米为单位

虽然这是针对 Humboldt County 的示例，但可以抽象出通用经验： 区域尺度分析时：优先选一个适合该区域的投影坐标系（UTM 或 State Plane 一类），并确认清楚：GCS（Datum）+ 投影带号 + 单位。