地图坐标系介绍

一、EPSG

EPSP的（European Petroleum Survey Group）欧洲石油调查组织。这个组织成立于1986年，2005年并入IOGP(InternationalAssociation of Oil & Gas Producers)，中文名称为国际油气生产者协会。

EPSG对世界的每一个地方都制定了地图，但是由于座标系不同，所以地图也各不相同。

1、中国地图

• EPSG:4479 以地球的几何球心为中心的地图
• EPSG:4480 以地球的椭球焦点为中心

2、世界地图

• EPSG:4326 在国际上，每个坐标系统都会被分配一个 EPSG 代码，EPSG:4326 就是 WGS84（World Geodetic System 1984） 的代码。GPS是基于WGS84的，所以通常我们得到的坐标数据都是WGS84的。一般我们在存储数据时，仍然按WGS84存储。
• EPSG:3857 伪墨卡托投影，也被称为球体墨卡托，Web Mercator。它是基于墨卡托投影的，把 WGS84坐标系投影到正方形。

WGS84（大地坐标系）：国际标准，一般用国际GPS记录仪记录下来的经纬度，通过GPS定位拿到的原始经纬度；
【Google地图（中国香港、中国台湾、国外地区）、高德地图（中国台湾、国外地区）、OpenStreetMap地图（全球）、百度地图（国外地区）使用的WGS84坐标系】。
GCJ02（火星坐标系）：中国标准，也叫国测局坐标系，是我国国测局独创的坐标体系，由WGS84加密而成；
【Google地图（中国大陆）、高德地图（中国大陆、中国香港）使用的GCJ02坐标系】。
BD09（百度坐标系）：百度标准，是在GCJ02坐标系的基础之上再次加密偏移后形成的坐标系；
【百度地图（中国大陆、中国香港、中国台湾）使用BD09坐标系】。

在线坐标转换：https://www.ipplus360.com/tools/maptools/zh/

二、大地测量学 (Geodesy)

大地测量学是一门量测和描绘地球表面的学科，也包括确定地球重力场和海底地形。

三、大地水准面 (geoid)

大地水准面是海洋表面在排除风力、潮汐等其它影响，只考虑重力和自转影响下的形状，这个形状延伸过陆地，生成一个密闭的曲面。虽然我们通常说地球是一个球体或者椭球体，但是由于地球引力分布不均（因为密度不同等原因），大地水准面是一个不规则的光滑曲面。虽然不规则，但是可以近似地表示为一个椭球体，这个椭球体被 称为参考椭球体（Reference ellipsoid）。大地水准面相对于参考椭球体的高度被称为 Undulation of the geoid 。这个波动并不是非常大，最高在冰岛为85m，最低在印度南部为 −106 m，一共不到200m。

四、参考椭球体（Reference ellipsoid）

参考椭球体（Reference ellipsoid）是一个数学上定义的地球表面，它近似于大地水准面。因为是几何模型，可以用长半轴、短半轴和扁率来确定。我们通常所说的经度、纬度以及高度都以此为基础。

一方面，我们对地球形状的测量随着时间迁移而不断精确，另一方面，因为大地水准面并不规则，地球上不同地区往往需要使用不同的参考椭球体，来尽可能适合当地的大地水准面。历史上出现了很多不同的参考椭球体，很多还仍然在使用中。国内过去使用过“北京54”和“西安90”两个坐标系，其中北京54使用的是克拉索夫斯基（Krasovsky）1940的参考椭球，西安80使用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届大会推荐的参考椭球。当前世界范围内更普遍使用的是WGS所定义的参考椭球。

五、坐标系（coordinate system）

有了参考椭球体这样的几何模型后，就可以定义坐标系来进行描述位置，测量距离等操作，使用相同的坐标系，可以保证同样坐标下的位置是相同的，同样的测量得到的结果也是相同的。通常有两种坐标系 地理坐标系（geographic coordinate systems） 和 投影坐标系（projected coordinate systems）。

六、地理坐标系（Geographic coordinate system）

地理坐标系一般是指由经度、纬度和高度组成的坐标系，能够标示地球上的任何一个位置。前面提到了，不同地区可能会使用不同的参考椭球体，即使是使用相同的椭球体，也可能会为了让椭球体更好地吻合当地的大地水准面，而调整椭球体的方位，甚至大小。这就需要使用不同的大地测量系统（Geodetic datum）来标识。因此，对于地球上某一个位置来说，使用不同的测量系统，得到的坐标是不一样的。我们在处理地理数据时，必须先确认数据所用的测量系统。事实上，随着我们对地球形状测量的越来越精确，北美使用的 NAD83 基准和欧洲使用的 ETRS89 基准，与 WGS 84 基准是基本一致的，甚至我国的 CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000国家大地坐标系） 与WGS84之间的差异也是非常小的。但是差异非常小，不代表完全一致，以 NAD83 为例，因为它要保证北美地区的恒定，所以它与 WGS84 之间的差异在不断变化，对于美国大部分地区来说，每年有1-2cm的差异。

七、投影坐标系（Projected coordinate systems）

地理坐标系是三维的，我们要在地图或者屏幕上显示就需要转化为二维，这被称为投影（Map projection）。显而易见的是，从三维到二维的转化，必然会导致变形和失真，失真是不可避免的，但是不同投影下会有不同的失真，这让我们可以有得选择。常用的投影有等矩矩形投影（Platte Carre）和墨卡托投影（Mercator），下图来自Mercator vs. well…not Mercator (Platte Carre)，生动地说明了这两种投影下的失真：

左图表示地球球面上大小相同的圆形，右上为墨卡托投影，投影后仍然是圆形，但是在高纬度时物体被严重放大了。右下为等距投影，物体的大小变化不是那么明显，但是图像被拉长了。Platte Carre 投影因为在投影上有扭曲，并不适合于航海等活动，但是因为坐标与像素之间的对应关系十分简单，非常适合于栅格图的展示，Platte Carre 投影是很多GIS 软件的默认投影。

需要注意的是，对于墨卡托投影来说，越到高纬度，大小扭曲越严重，到两极会被放到无限大，所以，墨卡托投影无法显示极地地区。下图来自维基百科，可以看到墨卡托投影下每个国家的大小和实际大小的差异。但是 conformality（正形性） 和 straight rhumb lines 这两个特点，让它非常适合于航海导航。

墨卡托投影，是正轴等角圆柱投影，又称等角圆柱投影，圆柱投影的一种，由荷兰地图学家墨卡托（G. Mercator）于1569年创拟。为地图投影方法中影响最大的。

参考链接：

• https://blog.csdn.net/An1090239782/article/details/100572140