Unterschied zwischen Projektion und Datum?

Was ist der Unterschied zwischen einer Projektion und einem Datum?

Geografische Koordinatensysteme (Lat / Long) basieren auf einer sphäroidischen (entweder wirklich sphärischen oder ellipsoidischen) Oberfläche, die sich der Erdoberfläche annähert. Ein Bezugspunkt definiert typischerweise die Oberfläche (ex Radius für eine Kugel, Hauptachse und Nebenachse oder inverse Abflachung für ein Ellipsoid) und die Position der Oberfläche relativ zum Erdmittelpunkt. Ein Beispiel für ein Datum ist NAD 1927 , das unten beschrieben wird

Ellipsoid        Semimajor axis†          Semiminor axis†   Inverse flattening††
Clarke 1866     6378206.4 m              6356583.8 m             294.978698214

Alle Koordinaten beziehen sich auf ein Datum (auch wenn es unbekannt ist). Wenn Sie Daten in einem geografischen Koordinatensystem sehen, z. B. GCS_North_American_1927, sind diese nicht projiziert und in Lat / Long angegeben. In diesem Fall wird auf das NAD 1927-Datum verwiesen.

Eine Projektion ist eine Reihe von Transformationen, die die Position von Punkten auf einer gekrümmten Oberfläche (der Referenzoberfläche oder dem Bezugspunkt) in Positionen auf einer flachen Ebene konvertieren (dh Koordinaten von einem Koordinatenreferenzsystem in ein anderes transformieren).

Das Datum ist ein integraler Bestandteil der Projektion, da projizierte koordinierte Systeme auf geografischen Koordinaten basieren, die wiederum auf ein Datum bezogen sind. Es ist möglich und sogar üblich, dass sich Datensätze in derselben Projektion befinden, sich jedoch auf unterschiedliche Bezugspunkte beziehen und daher unterschiedliche Koordinatenwerte aufweisen. Beispielsweise können die State Plane-Koordinatensysteme auf NAD83- und NAD27-Bezugspunkte referenziert werden. Die Transformationen von geografischen zu projizierten Koordinaten sind gleich, aber da die geografischen Koordinaten je nach Datum unterschiedlich sind, sind auch die resultierenden projizierten Koordinaten unterschiedlich.

Das Projizieren von Daten kann auch zu einer Datumskonvertierung führen. Zum Beispiel erfordert das Projizieren von NAD_1927-Daten in Web Mercator eine Datumsverschiebung in WGS 84. Ebenso ist es möglich, Daten von einem Datum in ein anderes zu konvertieren, ohne sie zu projizieren, wie dies bei der Fall ist das NADCON-Dienstprogramm des NGS , mit dem Koordinaten von NAD27 auf NAD83 verschoben werden können.

Beispiel für die Koordinaten eines Punktes, auf die auf verschiedene Bezugspunkte verwiesen wird

Koordinaten verweisen auf NAD_1927_CGQ77

19.048667  26.666038 Decimal Degrees
Spheroid: Clarke_1866
Semimajor Axis: 6378206.4000000004
Semiminor Axis: 6356583.7999989809

Gleicher Punkt, auf den sich NAD_1983_CSRS bezieht

19.048248  26.666876 Decimal Degrees
Spheroid: GRS_1980
Semimajor Axis: 6378137.0000000000
Semiminor Axis: 6356752.3141403561

Sie werden offensichtlich bessere Antworten aus Lehrbüchern erhalten, aber hier ist eine einfache Erklärung:

Kartenprojektion: Dies ist eine Methode zur Darstellung einer sphärischen oder gekrümmten Oberfläche in einer flachen Ebene.

Datum: Dies ist die Referenz oder der Ursprung, auf deren Grundlage Messungen durchgeführt werden.

Nachdem ich vor zehn Jahren mit dieser Frage zu kämpfen hatte und viele verwirrende Dinge zu diesem Thema gefunden hatte, veröffentlichte ich im Directions Magazine einen kurzen Artikel , der eine Antwort bot, die so einfach, klar und genau wie möglich war. Das Folgende ist aus diesem Artikel extrahiert.

Geografische Merkmale neu projizieren

Zwei Dinge müssen passieren, wenn Sie eine Karte zeichnen: Merkmale in der realen Welt müssen auf ein Sphäroid "georeferenziert" werden, und das Sphäroid muss auf das Papier projiziert werden.

Der Sphäroid modelliert die Form der Erdoberfläche. Es ist eine Idealisierung, die lokale Änderungen in der Topographie nicht berücksichtigt.

Die Georeferenzierung weist Punkten auf einem Sphäroid Positionen (in drei Dimensionen!) Zu.

Projizieren ist eine Operation, die einen Teil des Sphäroids mathematisch verzerrt und auf flaches Papier schrumpft. Die Projektierung kann rückgängig gemacht werden ("invertiert"). "Unprojektion" erweitert ein Feature auf einer Karte und klebt es wieder auf den Sphäroid. Auch dies ist eine mathematische Operation.

Die Georeferenzierung erfolgt mit einem Datum . Ein Bezugspunkt wird normalerweise durch einen Startpunkt und eine Richtung angegeben: Er gibt an, wo ein klar identifizierbarer Punkt auf der Erde (der Basispunkt) auf dem Sphäroid erscheinen soll, und zeigt an, wo eine Basisrichtung wie Nord auf dem Sphäroid auf der Basis zeigt Punkt. Mit dem Basispunkt und der Richtung können Vermesser die Entfernung und den Winkel von jedem anderen Punkt auf der Erde bestimmen. Durch Bewegen in die entsprechende Richtung auf dem Sphäroid um dieselbe Distanz wird festgelegt, wo der neue Punkt auf dem Sphäroid liegen soll.

Sphäroide haben Koordinaten . Sie sind Breitengrad und Längengrad. Der (geodätische) Breitengrad ist der Winkel, den eine vertikale Linie zur Horizontalen bildet. Es ist nicht unbedingt derselbe Winkel, den "Straight Up" einnimmt, da letzterer durch Schwankungen der Schwerkraft über der Erde verzerrt wird. Es ist nicht unbedingt der Winkel, den eine Linie zum Erdmittelpunkt bildet, da die meisten Sphäroide einen elliptischen und keinen kreisförmigen Querschnitt haben.

Durch die Georeferenzierung erhalten Punkte in der Nähe der Erde Breiten-, Längen- und Höhenkoordinaten.

(In den folgenden Abschnitten wird die Änderung des Datums, die Zuordnung zweier Karten, die falsche Vorgehensweise und Nordamerika als Sonderfall erörtert.)

Die Antwort von wwnick ist richtig, aber insofern etwas irreführend, als sie die ellipsoiden Parameter hervorhebt und IMO die Bedeutung der Position der Oberfläche relativ zum Erdmittelpunkt versteht "Zentrum" der NAD27 ist eine Basisstation auf der Meades Ranch in Kansas.

Man könnte (und das ist häufig der Fall, insbesondere mit der zunehmenden Popularität des WGS84 / GRS80-Ellipsoids) mehrere verschiedene Bezugspunkte haben, die auf genau den gleichen Ellipsoidparametern basieren. Der Grund dafür ist, dass das WGS 84-Datum zwar global in Ordnung ist, da seine Oberfläche aufgrund tektonischer Bewegungen auf der ganzen Welt nur minimale durchschnittliche Verschiebungen aufweisen soll, es jedoch Raum für Verbesserungen auf lokaler Ebene gibt, bei denen die Referenz auf eine bestimmte lokale Ebene festgelegt werden kann Bezugspunkt oder zumindest auf die lokale tektonische Platte (zB ETRS, die auf Kontinentaleuropa befestigt ist)

Man könnte das Datum einfach als "eine Vereinbarung über den Typ, die Form und die absolute Position und Orientierung des Koordinatensystems in Bezug auf eine bekannte oder genau definierte reale Referenz" erklären. Das Koordinatensystem muss nicht einmal ellipsoid sein (z. B. Vertikaler Bezugspunkt, der normalerweise dadurch definiert wird, dass die Höhe eines festen Punkts so ist, und alle anderen Höhen werden relativ zu diesem Punkt gemessen).

Geografische Projektionen zeigen die gekrümmte Erdoberfläche auf einer ebenen Fläche wie ein Stück Papier ...

Aus der Manifold-Benutzerdokumentation :

Die Erde ist kein genaues Ellipsoid. Da die Erde ein so "klumpiges" Ellipsoid ist, bietet kein einziges glattes Ellipsoid eine perfekte Referenzfläche für die gesamte Erde. Die praktische Lösung hierfür besteht darin, die Erdform in verschiedenen Bereichen zu messen und dann verschiedene Referenzellipsoide zu erstellen, die zur Kartierung verschiedener Regionen auf der Erde verwendet werden. Ein Datum ist ein Referenz Ellipsoid mit einem von der Mitte der Erde versetzt zusammen. Durch die Angabe verschiedener Offsets können Sie in vielen verschiedenen Regionen der Erde dieselben Standardellipsoide verwenden. Verschiedene Länder verwenden häufig dasselbe Ellipsoid, jedoch mit unterschiedlichen Offsets für Standardregierungskarten in diesen Ländern.

Stellen Sie sich die Projektion als Ihren Standort auf der X / Y-Ebene vor. Bezugspunkt definiert den Bezugspunkt, von dem aus alle Messungen durchgeführt wurden. Angenommen, Sie befinden sich irgendwo und müssen Ihren Standort jemandem mitteilen. Du würdest sagen, ich bin X lat und Y long. Dieses X und Y sind deterministisch, weil sie vom Datum bezogen werden. Die andere Person weiß jetzt, dass Sie X-lat und Y-Long von Datum entfernt sind. Wenn Sie ein Neuling sind, konzentrieren Sie sich nicht zu sehr auf Datumsmerkmale. Denken Sie daran, dass es der Ort ist, von dem aus alle Messungen durchgeführt werden.

Ich habe hier in meinem Blog einen ausführlichen Artikel dazu verfasst: http://www.sharpgis.net/post/2007/05/05/Spatial-references2c-coordinate-systems2c-projections2c-datums2c-ellipsoids-e28093-confusing

Es behandelt all diese Konzepte auf eine hoffentlich leicht verständliche Art und Weise und wurde von mehreren Experten begutachtet.

Um es zusammenzufassen: Ein Bezugspunkt ist eine Definition der Größe, Ausrichtung und Position eines Ellipsoids, die als Annäherung an die Erdform verwendet wird. Es verwendet Referenzpunkte auf der Oberfläche, um die Platzierung und Ausrichtung zu definieren, basierend auf einem Datum (weshalb für das Jahr, in dem es definiert wurde, um Bewegungen der tektonischen Platten zu berücksichtigen, eine Zahl angegeben ist). Datumsangaben werden sowohl in sphärischen Long / Lat- als auch in projizierten Koordinatensystemen verwendet. Betrachten Sie es als Referenzpunkt für Ihre Koordinaten und Ellipsoidhöhen (dh wo ist der Primemeridian, der Äquator und wie hoch ist das Ellipsoid, das nicht der mittlere Meeresspiegel ist). Unterschiedliche Bezugspunkte werden an unterschiedlichen Orten verwendet, da einige Bereiche besser als andere passen.

Bei einer Projektion handelt es sich um eine Formel zum Konvertieren von Long / Lat-Koordinaten in ein flaches Koordinatensystem, das Sie auf Papier oder einem Computerbildschirm verwenden können. Dies geschieht normalerweise ausgehend von einem geografischen Koordinatensystem, das wiederum ein Datum als Basisdefinition verwendet. Das Datum wirkt sich also auf alles aus. Das Projizieren von Daten führt zu einer starken Verzerrung der realen Welt. Sie sollten dies also nur tun, wenn Sie Ihre Kartendaten auf eine flache Karte legen, oder wenn Sie in einem "einfacheren" Koordinatensystem arbeiten möchten und mit den Verzerrungen leben können.

Die Verwendung eines falschen Datums kann dazu führen, dass Ihre Daten bis zu einer Meile versetzt werden. Daher ist es sehr wichtig, das Datum zu kennen, wenn Sie Daten miteinander mischen.

Dies wird nicht mit der Antwort von wwnicks konkurrieren und ist nicht streng, aber die Visualisierung, die ich den Leuten präsentiere, wenn sie gefragt werden, ist die Beziehung zwischen einer Saite, die mit einem Ball verbunden ist. Das Ändern der Projektion ähnelt häufig dem Bewegen des "losen" Endes der Saite, ist jedoch immer noch mit demselben Punkt auf der Kugel verbunden. Das Ändern des Datums ist wie das Ändern der Position des Balls. Dies könnte diesen visuellen Typen helfen.

Kurz gesagt, eine Projektion wird verwendet, um die Ellipsoidform der Erde auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem (z. B. eine Karte) "abzuflachen". Ein Datum ist ein bestimmter bekannter Punkt auf oder in der Erde, der als Referenz verwendet wird. Eine Projektion verwendet das Datum als Bezugspunkt, es ist der Ort auf der Erde.

In GIS gibt es zwei Arten von "Koordinatensystemen": Geographisches Koordinatensystem (Breite und Länge) und Projiziertes Koordinatensystem (X und Y). Sowohl das geografische Koordinatensystem als auch das projizierte Koordinatensystem verwenden ein Bezugsdatum.

• Ein geografisches Koordinatensystem wird nicht projiziert (nicht flach), sie liegen in Breiten- und Längengraden. Stellen Sie sich einen runden Globus vor, keine flache Karte.

• Projizierte Koordinatensysteme hingegen sind "flach" - benötigen jedoch einen Bezugspunkt (Bezugspunkt), um Orte im Raum zu definieren.

Mit anderen Worten, das Datum wird verwendet, um den Ursprungspunkt auf der Erde zu bestimmen, indem ein zentraler Punkt in einem "Modell" der Erde referenziert wird.

Wir sollten uns daran erinnern, dass die Erde keine einfache Kugel ist. Wenn ja, brauchen wir ein Datum "= Ein Berechnungssystem, um einen Punkt auf der Erde zu finden". Die Erde ist mehr ellipsoid, aber nicht genau. Die Erde ist ein astronomisches Geoid ohne reguläre Form. Es gibt also viele Möglichkeiten, die Koordinierung eines Punkts in diesem unregelmäßigen 3D-Objekt zu berechnen. Mit vielen Meinungen und Konzepten ist jedes ein Bezugspunkt.

Die Seite Fundamentals of Mapping von ICSM zu Datums 1 - The Basics enthält weitere Informationen.

Nur ein Kommentar zu dem Diagramm, das versucht, eine Projektion von einer Kugel zu veranschaulichen. Stellen Sie sich stattdessen eine Lichtquelle im Zentrum der Kugel vor. Der Schatten des Polygons, der auf ein flaches Stück Papier außerhalb der Kugel "projiziert" wird, ist im Wesentlichen eine Art Projektion. Für mich bedeutet das Diagramm, dass eine Projektion wie eine reflektierte Oberfläche ist, was eine falsche Art ist, das Geschehen zu visualisieren.

Zumindest in der ESRI-Welt werden bei der Georeferenzierung keine Punkte auf eine Kugel angewendet. Bei der Georeferenzierung wird ein bekanntes planares (projiziertes) Koordinatensystem entweder einem Raster- oder Vektordatensatz zugewiesen, der aus einer Scan- oder Digitalisierungsoperation stammt, bei der zuerst ein "lokales" Koordinatensystem angewendet wurde. "Lokal" bedeutet in diesem Fall einfach, dass die Koordinaten ohne Bezug zu einem realen Koordinatensystem erstellt wurden. Das heißt, eine Karte wurde möglicherweise ursprünglich von Hand digitalisiert, als die Person entschied, dass die untere linke Koordinate der Karte einen XY-Wert von (0,0) hatte. Georeferenzierung ist der Vorgang, bei dem dem Original ein Satz realer (projizierter) Koordinaten zugewiesen wird. Wenn dieser Prozess auf ein Foto oder eine gescannte Karte angewendet wird, wird das Originalbild durch den Georeferenzierungsprozess häufig so verzogen, dass es in den Satz von Referenzpunkten passt, denen Planarkoordinaten der realen Welt zugewiesen wurden. Diese "Georeferenzverzerrung" ist nicht dasselbe wie die Verzerrungen, die beim Projizieren von einer Kugel auf eine Ebene entstehen. Bei "Georeferenz-Warping" geht es um die Korrektur von Verzerrungen, die entweder von der Kamera oder vom Scanner verursacht werden. Wenn Sie ein Feature von einer sphärischen Oberfläche auf eine ebene Oberfläche projizieren, entsteht immer eine Verzerrung in Bezug auf Abstand, Fläche, Maßstab und Peilung. Sie wählen eine Projektion, um eine oder mehrere dieser Verzerrungen zu minimieren, je nach dem Verwendungszweck der Karte. ist nicht dasselbe wie die Verzerrungen, die beim Projizieren von einer Kugel auf eine Ebene entstehen. Bei "Georeferenz-Warping" geht es um die Korrektur von Verzerrungen, die entweder von der Kamera oder vom Scanner verursacht werden. Wenn Sie ein Feature von einer sphärischen Oberfläche auf eine ebene Oberfläche projizieren, entsteht immer eine Verzerrung in Bezug auf Abstand, Fläche, Maßstab und Peilung. Sie wählen eine Projektion, um eine oder mehrere dieser Verzerrungen zu minimieren, je nach dem Verwendungszweck der Karte. ist nicht dasselbe wie die Verzerrungen, die beim Projizieren von einer Kugel auf eine Ebene entstehen. Bei "Georeferenz-Warping" geht es darum, Verzerrungen zu korrigieren, die entweder von der Kamera oder vom Scanner verursacht werden. Wenn Sie ein Feature von einer sphärischen Oberfläche auf eine ebene Oberfläche projizieren, entsteht immer eine Verzerrung in Bezug auf Abstand, Fläche, Maßstab und Peilung. Sie wählen eine Projektion, um eine oder mehrere dieser Verzerrungen zu minimieren, je nach dem Verwendungszweck der Karte.

Was die Zeichenfolgen auf einer Kugelillustration und das Ändern des Datums betrifft, verwende ich anstelle von Zeichenfolgen Bleistifte unterschiedlicher Länge, die von einem Punkt auf der Kugel ausgehen und auf einem flachen Stück Papier enden. Die äußeren Enden der Stifte repräsentieren die projizierten Punkte. In gewissem Sinne entspricht das Ändern des geografischen Koordinatensystems (Bezugspunkt für diese Diskussion) dem Drehen der Kugel um eine weitere Achse an eine neue Position. Das Konzept funktioniert nur für isolierte Gebiete auf der Erde. Das heißt, für NAD27 bis WGS84 gilt dies ziemlich gut für die 48 angrenzenden Bundesstaaten der USA, nicht jedoch für Kanada oder Alaska. Für diese Bereiche müssen Sie zuerst das NAD 27-Datum korrigieren und dann den NAD7 auf WGS84 verschieben. Während für NAD83 bis WGS84 das Konzept für den größten Teil Nordamerikas funktioniert.