### 地理信息系统原理——坐标转换与投影变换
#### 实验概述
本实验旨在通过实践操作，让参与者深入了解地理信息系统(GIS)中的坐标转换及投影变换技术。具体目标包括熟悉地图投影的不同类型及其变换方法，了解ArcGIS软件提供的投影选项，并掌握如何在ArcGIS环境中对矢量与栅格数据进行投影变换。
#### 实验目的
1. **熟悉地图投影的种类**：掌握常见地图投影方式，如等角圆柱投影（Mercator）、等面积圆锥投影（Albers）、等距圆锥投影（Lambert）等。
2. **熟悉地图投影变换的方法**：学习并理解不同的投影变换技术，包括解析法、数值法以及解析-数值法等。
3. **了解ArcGIS中的投影类型**：认识ArcGIS软件提供的地理坐标系与投影坐标系，及其应用场合。
4. **掌握ArcGIS中矢量数据的投影变换方法**：学会如何使用ArcGIS软件对矢量数据执行投影变换。
5. **掌握ArcGIS中栅格数据的投影变换方法**：熟悉ArcGIS环境下栅格数据投影变换的操作流程。
#### 实验背景：投影变换
投影变换是指将一种投影系统的地理数据转换成另一种投影系统的地理数据的过程。这种变换在GIS项目中非常常见，特别是在处理来自不同来源的数据时。ArcGIS支持丰富的投影系统，包括地理坐标系和投影坐标系。
- **地理坐标系（Geographic Coordinate System）**：使用经度和纬度来定义地球表面上的位置。这些坐标系基于特定的基准面，每个基准面代表了一种特定的方式，用以逼近地球的形状。
- **GCS_WGS1984**：全球范围内广泛使用，基于世界大地测量系统1984（World Geodetic System 1984）。
- **GCS_BEIJING1954**：中国早期使用的基准面之一。
- **GCS_XIAN1980**：在中国较为普遍使用，特别是在军事和测绘领域。
- **投影坐标系（Projected Coordinate Systems）**：基于X和Y坐标表示地球表面的位置。这种坐标系通常用于地图制作，因为它们可以提供更加直观和平面化的视角。投影坐标系由地理坐标系和具体的投影方法共同决定。
#### 投影变换的主要方法
- **解析法**：包括反解变换法和正解变换法。前者通过中间过渡步骤反解出地理坐标，再代入新的投影计算；后者则直接建立两个投影之间的坐标关系。
- **数值法**：适用于无法直接解析出变换公式的场景。通过使用已知坐标点进行多项式拟合或其他数值方法来近似计算变换关系。
- **解析-数值法**：结合了解析法和数值法的优点。当知道新投影的公式而未知原始投影的具体方程时，先通过数值法求出地理坐标，再进行投影变换。
#### 实验内容
1. **栅格数据的投影变换**：将实验数据中的地形图数据（栅格影像）从高斯-克里格平面坐标系转换为地理坐标系。
2. **矢量数据的投影变换**：将实验数据中的北京石景山区的行政边界、道路以及居民地数据从地理坐标系转换为高斯-克里格3度分带坐标系。
#### 实验数据
- **rectifydxt.tif**：实验2中经过地图配准的影像数据，用于投影变换实验。
- **主要道路图层.shp**：包含道路信息的矢量图层。
- **行政区划图层.shp**：包含行政区划信息的矢量图层。
- **居民地图层.shp**：包含居民地信息的矢量图层。
#### 栅格数据的投影变换流程
1. **定义投影**：
- 在ArcMap中打开ArcToolbox。
- 寻找Data Management Tools > Projections and Transformations > Raster下的Define Projection工具。
- 在弹出的对话框中选择要定义投影的栅格数据，并指定所需的投影坐标系。
通过上述实验，参与者不仅能够加深对地图投影理论的理解，还能掌握在实际操作中如何高效地进行投影变换，这对于GIS领域的研究与应用具有重要意义。
