Изучение проекций
Не существует проекции, которая подходит для всех карт. Все проекции каким-то образом искажают Землю. Каждая стремится сохранить одни геометрические свойства за счет искажения других.
Типы проекций
Равноугольные проекции сохраняют углы локально, поэтому формы объектов выглядят верно. Но ценой этого качества является искажение площадей и расстояний. Равновеликие проекции сохраняют площадь за счет углов, поэтому формы в некоторых местах выглядят искаженными. Равнопромежуточные проекции сохраняют расстояния, но только от определенных точек или вдоль определенных линий на карте.
Произвольные проекции дают представление о Земле, которое не является абсолютно правильным во всех отношениях, но в то же время оно не слишком сильно искажено. Они обычно используются для карт всего мира.
В ArcGIS доступны десятки проекций, для которых можно настроить огромное числа систем координат проекций. Ваш выбор системы координат проекции зависит от многих факторов, в том числе от части мира, которую вы наносите на карту, масштаба и предназначения вашей карты. Вам нужно выбрать систему координат проекции, в которой меньше всего искажены наиболее важные для вашей карты места и свойства.
Карта результатов глобального анализа
Проекции карты искажают сетку линий широты и долготы, что означает, что они также искажают ваши данные. Вы позаботились о том, чтобы провести анализ будущих изменений осадков правильно и точно. Далее вам нужно представить свои результаты на карте. Вы хотите выбрать проекцию, которая позволит вам четко представить эти результаты, чтобы они не были неправильно истолкованы.
Поиск глобальной равновеликой проекции
Во-первых, вы изучите несколько традиционных ресурсов, которые помогут вам найти подходящую проекцию для ваших результатов анализа.
- Скачайте Пакет проекта Map Projections.
- Найдите загруженный файл Map_Projections.ppkx на компьютере. Дважды щелкните файл, чтобы открыть его в ArcGIS Pro. Если будет запрошено, войдите под учетной записью ArcGIS Online.
Примечание:
Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.
В проекте есть три карты. Карта Change in water storage активна.
Данные на этой карте показывают изменение запасов воды за каждый месяц, начиная с января 2000 года. Самые темные синие области показывают возрастание запасов на 50 мм, а в самых темных коричневых областях запас уменьшился на 50 мм. В настоящее время на карте показаны запасы воды на январь 2000 года.
Примечание:
Чтобы просмотреть данные за каждый год, нажмите кнопку Воспроизведение на бегунке времени.
Сначала вы узнаете, какую проекцию использует эта карта.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши Change in water storage и выберите Свойства.
- В окне Свойства карты щелкните вкладку Системы координат.
Под опцией Текущие XY вы можете видеть, что текущей системой координат для этой карты является WGS 1984 Web Mercator (auxiliary sphere).
Web Mercator – это обычная система координат проекции, предназначенная для приложений веб-картографирования. Большинство базовых карт Esri составлены в Web Mercator, поэтому они могут иметь наибольшую совместимость. Однако эта проекция не сохраняет площади, расстояния или углы.
Примечание:
Вы можете выбрать Сведения над текущей системой координат, чтобы отобразить дополнительную информацию.
- В окне Свойства карты щелкните Отмена.
Глядя на эту карту, можно подумать, что Гренландия во много раз больше Индии. На самом деле Гренландия меньше Индии. Если проекция Web Mercator настолько сильно искажает относительные размеры стран, вы знаете, что это также должно искажать результаты вашего анализа.
Эта карта показывает, что только в небольших районах наблюдалось уменьшение запасов воды, в основном вблизи экватора. Проекция Web Mercator не является подходящим выбором для этой карты. Далее вы ознакомитесь с диаграммой, которая сравнивает проекции, чтобы найти ту, которая подходит для вашей карты.
- Откройте Краткие заметки о картографических проекциях в ArcGIS.
Свойство, которое наиболее важно сохранить на карте осадков, – это площадь. Это верно для большинства карт, представляющих результаты анализа, включающие сравнение площади, плотности или расстояния.
- Используйте диаграмму, чтобы найти проекцию, соответствующую следующим критериям:
- Свойства: Равновеликая проекция
- Подходящий экстент: Мир
- Общего назначения: Тематическая
Есть несколько проекций, которые подходят для вашей карты. Одна из них Equal Earth.
- Перейдите на страницу справки ArcGIS Pro для проекции Equal Earth. Прокрутите вниз и прочитайте раздел Использование.
Вы можете прочитать о любой проекции в ArcGIS, чтобы решить, какая из них лучше всего подходит для вашей карты.
Изменение системы координат проекции карты
Вы решили использовать проекцию Equal Earth. Далее вы примените ее к своей карте Change in water storage.
- В ArcGIS Pro на панели Содержание дважды щелкните Change in water storage, чтобы открыть окно Свойства карты.
- Щелкните вкладку Системы координат.
- На панели поиск введите Equal Earth и нажмите Enter.
Список доступных систем координат на основе вашего фильтра поиска.
- Разверните Система координат проекции и Мир. Щелкните Equal Earth (world).
Кнопка опции Текущие XY обновляется, указывая, что система координат карты изменилась.
Подсказка:
Изменение системы координат в окне Свойства карты влияет только на карту. Это не меняет систему координат ваших слоев данных. Эти слои проецируются на лету, чтобы правильно отобразиться на карте. Чтобы узнать больше о проекции на лету, прочитайте эту статью блога.
- В окне Свойства карты щелкните OK.
Новая система координат проекции применяется к вашей карте.
Результаты анализа теперь представлены в геометрии, которая сохраняет относительные площади, поэтому читатели вашей карты могут точно сравнить размеры областей с изменениями запасов воды.
- На панели быстрого доступа щёлкните Сохранить, чтобы сохранить проект.
Ниже приведено сравнение двух проекций в одинаковом масштабе. Как может проекция Web Mercator ввести в заблуждение или помешать людям правильно интерпретировать результаты вашего анализа?
Проекция Equal Earth предназначена для показа всего мира, но есть две части мира, которые она не может эффективно отобразить. Далее вы попробуете проекцию, предназначенную для картографирования полярных регионов.
Карта полярных данных
Стрелка компаса не указывает на истинный северный полюс. Вместо этого она указывает на магнитный северный полюс, место, которое постоянно меняется. Далее вы создадите карту, чтобы показать, как перемещался магнитный полюс за последние 400 лет. Вы также можете использовать эту карту, чтобы показать, насколько смещён магнитный северный полюс относительно истинного севера.
Поиск полярной равнопромежуточной проекции
Вы найдете систему координат проекции, которая сохраняет неизменными расстояния от северного полюса.
- В верхней части вида карты щелкните вкладку North Pole, чтобы активировать эту карту.
Вид изменится, и отобразится другая карта.
Данные на этой карте предоставлены NOAA National Centers for Environmental Information (NCEI).
Карта плохо иллюстрирует изменение местоположения магнитного северного полюса. Все точки, кажется, находятся далеко от истинного северного полюса, и они также разделены на две стороны карты. Измерения, сделанные на этой карте, были бы бессмысленными.
Для выбора проекции этой карты у вас есть два критерия:
- Для более естественного отображения арктических данных требуется проекция, предназначенная для полярных регионов.
- Чтобы определить, насколько близко магнитный север находится к истинному северу, вам необходима равнопромежуточная проекция, которая сохранит точные измерения расстояния до северного полюса.
Затем вы найдете подходящую систему координат, применив фильтр.
- На панели Содержание дважды щёлкните North Pole, чтобы открыть окно Свойства карты.
Примечание:
На карте в настоящее время используется географическая система координат WGS 1984. Когда выбрана географическая система координат, ваша карта будет проецироваться с использованием псевдо равнопромежуточной проекции. Вы можете узнать больше о разнице между географической системой координат и системой координат проекции в этой статье блога.
- На вкладке Системы координат щелкните кнопку Фильтрация систем координат.
- В нижней части окна Фильтр систем координат включите переключатель Свойство проекции. Щелкните ниспадающее меню и выберите Равнопромежуточная от одной точки.
- Щелкните Применить.
Список доступных систем координат фильтруется, оставляя только те, которые сохраняют расстояния при измерении через центр проекции.
- Разверните список Система координат проекции и разверните Полярные.
Подсказка:
Перетащите края окна Свойства карты, чтобы увеличить его.
Существует только две системы координат проекций, одна для северного полюса и одна для южного полюса.
- Щелкните North Pole Azimuthal Equidistant и щелкните OK.
Эта проекция искажает как углы, так и площади. Искажение является наибольшим в южном полушарии.
Однако эта проекция полезна для картографирования области вокруг северного полюса. Она сохраняет истинные расстояния и направления, измеренные от полюса.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши HistoricalMagneticPoleTrack и выберите Приблизить к слою.
Есть некоторые проблемы с топографической базовой картой. Эта базовая карта была разработана для проекции Веб-Меркатора, поэтому она будет выглядеть искаженной при перепроецировании в азимутальную равнопромежуточную проекцию. Кроме того, Web Mercator не может отображать полюса, поэтому базовая карта обрезается за 85° широты, оставляя пустое отверстие на вашей карте.
Топографическая базовая карта не годится для вашей полярной карты, поэтому вам надо найти подходящую.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши Topographic и выберите Удалить.
- На панели Каталог щелкните вкладку Портал и щелкните вкладку Living Atlas.
- На панели Поиск введите Polar Basemap и нажмите Enter.
- В результатах поиска правой кнопкой мыши щелкните Arctic Ocean Base и выберите Добавить к текущей карте.
Карта обновляется с новой базовой картой, которая покрывает часть земли к северу от 50° широты.
Поиск самого северного магнитного полюса
Затем вы будете использовать свою карту для измерения расстояний между истинным севером и блуждающим магнитным северным полюсом, чтобы определить год, когда расстояние между ними было минимальным.
- На панели инструментов под картой убедитесь, что подсвечена кнопка Замыкание.
Замыкание позволит упростить измерение объектов.
- На ленте щелкните вкладку Карта. В группе щелкните Запрос щелкните Измерить.
В вверху карты появляется окно Измерить расстояние.
- Щелкните точку Северный полюс и щелкните точку 2020.
Подсказка:
Зажмите клавишу С, либо среднюю кнопку мыши, чтобы переместиться по карте, не активирую инструмент измерения.Инструмент сообщает о расстоянии 403,1 км (250,47 миль).
- На клавиатуре нажмите Esc, чтобы очистить измерение.
- Измерьте расстояние между истинным северным полюсом и некоторыми предыдущими точками магнитного северного полюса.
Магнитный северный полюс был ближе всего к истинному северному полюсу в 2018 году, когда он находился на расстоянии 394,16 км (244,92 мили). Сейчас он смещается на юг, в сторону России.
Вы можете сделать истинные измерения расстояния на этой карте, потому что она использует равнопромежуточную проекцию. Однако ни одна проекция не может сохранить истинные значения всех расстояний. Азимутальная равнопромежуточная проекция сохраняет расстояние и направление только от центральной точки. Таким образом измерения от северного полюса будут точными, но измерения между любыми другими точками на этой карте будут неточными.
Измерение геодезических и плоскостных расстояний
Измерения, которые вы сделали до сих пор, были плоскостными. Плоскостные расстояния подобны измерениям с помощью линейки на бумажной карте. Геодезические расстояния подобны измерению с использованием струны по поверхности Земного Шара. Далее вы сравните плоскостные и геодезические измерения между северными магнитными полюсами 1590 и 2020 гг.
- Нажмите Esc, чтобы очистить текущее измерение.
- Измерьте расстояние между точкой 1590 и точкой 2020.
Расстояние между этими двумя точками составляет 1758,73 км (1092,82 миль). Однако единственные точные плоскостные расстояния, которые могут быть измерены на этой карте, должны иметь одну точку, совпадающую с центральной точкой (истинным северным полюсом). Чтобы найти точные расстояния между другими точками, вам необходимо провести геодезические измерения.
- Нажмите Esc. В окне Измерить расстояние щелкните кнопку Режим и выберите Геодезические.
- Измерьте расстояние между точками 1590 и 2020 снова.
На этот раз заявленное расстояние составляет 1 866,63 км (1 159,87 миль). Геодезическое расстояние на 100 километров больше плоскостного.
- Закройте окно Измерить расстояние.
Геодезические расстояния игнорируют проекцию карты и обеспечивают истинное расстояние. Плоскостные расстояния верны только в том случае, если на карте используется сохраняющая расстояние проекция и только до определенных точек или вдоль определенных линий.
Система координат проекции, которую вы выбрали для этой карты, уже была центрирована относительно Северного Полюса, который оказался местом, от которого вы хотели провести измерения. Но что, если вы хотите измерить расстояние от другой точки?
Изменение системы координат проекции
Затем вы измените существующую систему координат, чтобы ее центр оказался на северном магнитном полюсе 1590, чтобы измерения можно было проводить с этой точки.
- Приблизьтесь к точке с надписью 1590 и щелкните на ней.
Во всплывающем окне появятся Долгота и Широта. Координаты указателя также можно увидеть на панели инструментов под картой.
- Закройте всплывающее окно.
- На панели инструментов Содержание дважды щелкните карту North Pole, чтобы открыть окно Свойства карты, и перейдите на вкладку Системы координат.
- В списке Доступные системы координат XY должна быть подсвечена текущая система координат.
Если North Pole Azimuthal Equidistant не подсвечена, воспользуйтесь строкой Поиск, чтобы ее найти.
- Щелкните правой кнопкой мыши North Pole Azimuthal Equidistant. Выберите Копировать и изменить.
Появляется окно Изменить систему координат проекции. Здесь вы можете создать собственную систему координат с параметрами, которые соответствуют вашим потребностям.
- Для Имени введите 1590 Magnetic North Pole Equidistant.
Проекция уже задана как Azimuthal Equidistant. Проекция и система координат проекции – это не одно и то же. Проекция – это один из параметров в системе координат проекции. Другие параметры включают географическую систему координат, линейную единицу и набор параметров, которые зависят от выбранной проекции (центральный меридиан, масштабный коэффициент и т.д.).
Примечание:
Узнайте больше о системах координат в статье блога Системы координат: в чем разница?.
Вы настроите параметры для системы координат проекции в центре выбранной локации вместо истинного севера.
- Для Центрального меридиана введите -111.831. Для Широты начальной точки введите 73.923.
Это значения, которые вы видите во всплывающем окне.
- Щелкните Сохранить.
1590 Magnetic North Pole Equidistant теперь задана как Текущая XY система координат для карты. Она также указана в Пользовательской категории доступных систем координат.
Системы координат в Пользовательской категории не сохраняются. Затем вы добавите свою систему координат проекции в папку Избранное, чтобы использовать в будущих картах.
- Щелкните правой кнопкой мыши новую пользовательскую систему координат и выберите Добавить в избранное.
- В разделе Пользовательские щелкните правой кнопкой 1590 Magnetic North Pole Equidistant и выберите Добавить в избранное.
- Пролистайте к верхней части списка систем координат и разверните группу Избранное, чтобы убедиться, что там есть 1590 Magnetic North Pole Equidistant.
Примечание:
Избранные системы координат хранятся как файлы .prj в C:\Users\<your user name>\AppData\Local\ESRI\ArcGISPro\Favorites.
- В окне Свойства карты щелкните OK, чтобы подтвердить изменение.
Карта обновляется с новой системой координат проекции. Выглядит похоже на то, что было раньше, но центр карты (если это не базовая карта) сместился. Теперь и геодезические, и плоскостные измерения от этой новой точки будут точными.
- На Панели инструментов быстрого доступа щелкните Отменить, чтобы вернуть карту к системе координат проекции, центр которой находится на истинном севере.
- Сохраните проект.
В ArcGIS вы можете выбирать между плоскостными и геодезическими измерениями. Но у пользователей вашей карты не будет такого выбора; они будут видеть только плоскую карту на экране или на листе бумаги. Равнопромежуточная проекция является правильным выбором для этой карты, чтобы каждый мог правильно оценить расстояние от Северного Полюса.
Иногда вы не можете найти готовую систему координат проекции, которая подходит для вашей карты. ArcGIS Pro позволяет настроить систему координат по вашим параметрам, которые соответствуют вашим требованиям. Далее вы узнаете, как создать пользовательскую систему координат проекции на основе предложенных параметров в ArcGIS Pro.
Карта границы двух зон UTM
Универсальная поперечная проекция Меркатора (Universal Transverse Mercator (UTM)) – это система координат проекции, которая обычно используется для крупномасштабных карт. Если ваша карта уже 6° по долготе, вы можете отобразить ее с помощью системы координат проекции UTM. Карта, которую вы сделаете далее, достаточно узкая, но не вписывается в существующую зону UTM.
В этом уроке вы узнаете, как найти правильную систему координат проекции UTM для области интереса, а также как создать пользовательскую систему координат проекции, которую можно использовать, когда стандартная зона UTM не подходит.
Поиск правильной зоны UTM
Вам нужно нанести на карту границу между Финляндией и Россией. Это будет справочная карта, предназначенная для предоставления описательного контекста пограничного региона. Вы будете использовать равноугольную проекцию, чтобы показать объекты в их наиболее узнаваемых формах.
- Вверху вида карты щелкните вкладку Border, чтобы активировать карту.
Эта карта в настоящее время использует проекцию Web Mercator. Если проекция Меркатора является равноугольной, то Web Mercator (Mercator Auxiliary Sphere) – нет. Кроме того, эта проекция значительно искажает площади и расстояния в высоких широтах.
Белый прямоугольник представляет область, которую вам нужно отобразить. Поскольку это узкий участок в пределах 6° по долготе, вы можете использовать зону UTM. Системы координат проекции UTM являются равноугольными и их искажение других свойств карты минимально.
UTM делит Землю на 60 зон. Далее вы будете использовать пространственный фильтр, чтобы определить, какую зону UTM использовать для вашей карты.
- На панели Содержание дважды щёлкните Border, чтобы открыть окно Свойства карты.
- На вкладке Системы координат, рядом с панелью поиска, щелкните кнопку Фильтрация систем координат.
- В окне Фильтрация систем координат щелкните Пространственный экстент.
- В окне Фильтрация систем координат щелкните Map Neatline.
Значения под опцией Выбранный экстент обновляются в соответствии с экстентом слоя Map Neatline.
- Щелкните Применить.
Список Доступные системы координат XY фильтруется и содержит только системы координат с экстентами, которые перекрываются с вашей картой.
- В списке разверните Систему координат проекции, UTM, WGS 1984 и Северное Полушарие.
Для области, которую вы хотите отобразить, есть две зоны UTM – 35N и 36N, и вы не можете понять из этого списка, какая зона лучше.
- Щелкните Отмена, чтобы закрыть окно Свойства карты.
Далее вы добавите слой на карту, чтобы визуализировать сетку UTM.
- На панели Каталог на вкладке Портал щелкните Living Atlas.
- В поисковой панели введите UTM Grid и нажмите Enter.
- В результатах поиска щелкните правой кнопкой мыши векторный слой World UTM Grid и выберите Добавить к текущей карте .
Затем вы подпишите зоны UTM их номерами.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши слой World_UTM_Grid и выберите Надпись.
Сетка UTM не подписывается по нужному полю. Можно изменить поле подписи на вкладке Labeling.
- На ленте щелкните вкладку Надписи. В разделе Класс надписей в качестве Поля щелкните ниспадающее меню и выберите Зона.
Граница между Финляндией и Россией проходит по границе двух зон UTM: 35 и 36.
Системы координат проекции UTM сводят к минимуму искажения, но только в пределах зон. Ни зона 35, ни 36, не обеспечат этого для вашей области карты
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши World_UTM_Grid и выберите Удалить.
С помощью слоя World_UTM_Grid вы убедились, что лучшим выбором для этой карты является пользовательская система координат проекции. Далее вы создадите еще одну для этого региона.
Создание пользовательской системы координат проекции
ArcGIS Pro может предолжить новую пользовательскую систему координат проекции на основе двух критериев: свойства искажения и экстента карты.
- На панели Содержание дважды щёлкните Border, чтобы открыть окно Свойства карты.
- На вкладке Системы координат щелкните кнопку Добавить систему координат и выберите Новая система координат проекции.
Появится новое окно.
- Для Имени системы координат введите Finland-Russia Border. Географическая система координат оставьте как WGS 1984.
- В разделе Получить экстент из щелкните Map Neatline.
Значения под опцией Выбранный экстент обновляются в соответствии с экстентом слоя Map Neatline.
- В Свойство проекции выберите Равноугольная.
Параметры новой пользовательской системы координат проекции появятся в окне Результат.
Проекция задана как Transverse Mercator NGA 2014. Это один из вариантов Поперечной проекции Меркатора, которая используется на картах зон UTM.
Примечание:
Поперечная проекция Меркатора - это популярная проекция, которая используется в системах координат UTM и некоторых Государственных системах плановых координат США. Transverse Mercator NGA 2014 - это вариант данной проекции, который позволяет показывать большие по площади территории.
Параметры Центральный меридиан и Широта начала координат будут взяты из центра прямоугольника Map Neatline.
Опция Сдвиг на восток смещает начальную точку системы координат далеко от области карты, чтобы гарантировать отсутствие отрицательных значений координат. Опция Масштабный коэффициент минимизирует искажения во всей зоне 6°.
- Щелкните Сохранить.
- Под Пользовательской щелкните правой кнопкой мыши Finland-Russia Border и выберите Добавить в Избранное.
- В окне Свойства карты щелкните OK, чтобы подтвердить изменение.
Карта обновляется с новой системой координат проекции.
- На панели Содержание щёлкните правой кнопкой мыши National Geographic World Map и выберите Приблизить к слою.
Новая система координат проекции искажает формы, которые находятся на удалении от центрального меридиана (29.9° E).
Несмотря на то, что эта карта может отображать весь мир, уместно отображать только области в середине этой системы координат - в пределах 3 ° от ее центрального меридиана.
- Приблизьтесь к слою Map Neatline.
На рисунке ниже показано сравнение карты в новой пользовательской системе координат проекции и в Web Mercator.
В пользовательской системе координат форма рамки полигона представляет собой трапецию вместо прямоугольника. Его северный край короче его южного края. Прямоугольник в Web Mercator вводит в заблуждение: на поверхности Земли эти линии имеют разную длину. Новая проекция представляет их более точно.
Две карты, показанные выше, нарисованы в одном масштабе: 1 к 20 000 000. Но этот масштаб не имеет смысла на карте Web Mercator, поскольку там искажения в слишком велики. Искажение на карте Transverse Mercator достаточно мало, чтобы быть незаметным, и на этой карте можно сделать более точные измерения.
Ранее в этом уроке вы узнали, как менять системы координат. Как вы можете изменить существующую систему координат UTM, чтобы ее центр попал на границу между Россией и Финляндией? Как изменить проекцию Equal Earth, используемую в начале этого урока, чтобы лучше показать Тихий океан?
Подсказка:
Скопировать и изменить любую из систем координат WGS 1984 UTM. Изменить центральный меридиан на 29.9.
Скопировать и изменить систему координат Equal Earth (мир). Измените центральный меридиан на 160° з.д. или аналогичное значение.
На этом уроке вы изучили некоторые приемы и исследовали ресурсы, которые помогут вам выбрать подходящую проекцию карты:
- См. диаграмму Quick Notes on Map Projections in ArcGIS.
- Просмотрите справочную документацию ArcGIS для поддерживаемых картографических проекций.
- Отфильтруйте системы координат на основе свойств проекции и пространственных экстентов в ArcGIS Pro.
- Скопируйте и измените существующие системы координат проекции в ArcGIS Pro.
- Доступ к эталонному слоую UTM Grid в ArcGIS Living Atlas of the World.
- Создание пользовательской системы координат проекции в ArcGIS Pro со свойствами экстента и проекции.
Внимательно посмотрите на карты, которые вы видите в Интернете, в новостях или в приложениях. Используют ли они проекцию, которая хорошо подходит для их цели? Насколько точны на них измерения расстояния и площади?
Последствием игнорирования выбора подходящей проекции карты является искажение ваших данных и вводят в заблуждение пользователей карты. Однако если вы потратите некоторое время на поиск подходящей системы координат проекции, вы создадите карту, которая четко и точно представит ваши данные и ваше сообщение.
Дополнительные учебные руководства по картографии можно найти на странице Введение в картографию.
