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坐标系概述
在地理信息系统(GIS)和地图应用中,坐标系是定义地球上位置的基础。它提供了一个框架,用于精确地表示、测量和分析地理数据。理解不同坐标系的特性及其适用场景至关重要。
1. 地理坐标系 (Geographic Coordinate System, GCS)
地理坐标系使用三维球面或椭球体来定义地球上的位置,通常以角度单位(经度、纬度)表示。
EPSG:4326 (WGS84)
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定义: WGS84(World Geodetic System 1984)是目前全球最广泛使用的地理坐标系。它基于一个地球椭球体模型,通过经度和纬度来确定地球表面上的点。
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特点:
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全球通用: 绝大多数 GPS 设备原始数据、遥感影像元数据、全球性空间数据库(如 PostGIS)默认或推荐使用。
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单位: 经纬度(度)。
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范围: 经度范围为 -180° 到 180°,纬度范围为 -90° 到 90°。
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表现形式:
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示例: 北京故宫太和殿的大致位置
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经度 (Longitude): 116.391° E
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纬度 (Latitude): 39.916° N
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表示 :
(116.391, 39.916)
2. 投影坐标系 (Projected Coordinate System, PCS)
投影坐标系是将三维的地球表面投影到二维平面上,以便于在平面地图上进行测量和显示。它使用线性单位(如米)来表示位置。
EPSG:3857 (Web Mercator)
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定义: Web Mercator 是一种基于墨卡托投影的投影坐标系,它将 WGS84 椭球体近似视为完美球体进行投影计算。
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特点:
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在线地图标准: 由 Google Maps 率先采用并普及,随后 Bing Maps、OpenStreetMap、Mapbox、Esri 等主流在线地图服务商广泛采用。
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浏览器默认: 浏览器中地图库(如 Leaflet, OpenLayers, MapLibre GL JS)的默认地图视图通常就是 3857。
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单位: 米。
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范围: 坐标值范围大约为 X: -20037508.34 ~ 20037508.34 米,Y: -20037508.34 ~ 20037508.34 米。
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变形: 在高纬度地区变形较大,面积和形状失真明显。
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表现形式:
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示例: 北京故宫太和殿的位置(从 4326 转换而来)
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X 坐标: 12958175.08 米
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Y 坐标: 4825923.25 米
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表示 :
(12958175.08, 4825923.25)
EPSG:32650 (WGS84 / UTM zone 50N)
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定义: UTM(Universal Transverse Mercator)是一种横轴墨卡托投影坐标系,它将地球划分为 60 个经度带(每带 6°),每个带都有自己的中央经线。
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特点:
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区域高精度: 分带投影使得在各自中央经线附近变形极小,精度高,适用于小范围的精确测量和工程应用。
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单位: 米。
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组成: 由带号(Zone Number)、东偏移(Easting)和北偏移(Northing)组成。东偏移通常以 500,000 米为中央经线的假东值。
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适用场景: 广泛应用于军事、测绘、工程建设等领域。
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表现形式:
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示例: 在 UTM 50N 投影带内(中央经线 117°E,覆盖中国东部部分地区)某点的位置。
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Easting (东偏移): 500000.00 米 (中央经线为 500km)
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Northing (北偏移): 4420000.00 米 (赤道为 0,向北增加)
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表示 :
(500000.00, 4420000.00)
3. 国家坐标系
EPSG:4490 (CGCS2000 地理坐标系)
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定义: CGCS2000(China Geodetic Coordinate System 2000)是中国 2000 国家大地坐标系,是中国法定的、全国统一的新一代大地坐标系。
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特点:
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国家标准: 正逐步取代 Beijing 1954(北京 54)和 Xian 1980(西安 80)坐标系,成为中国地理信息数据交换和使用的标准。
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与 WGS84 关系: CGCS2000 的定义与 WGS84 非常接近,两者在数值上差异极小(通常在米级甚至亚米级),但在严格意义上,它们基于不同的基准面和椭球参数。
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单位: 经纬度(度)。
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表现形式:
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示例: 北京故宫太和殿的位置
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经度: 116.391° E (与 WGS84 非常接近,但严格来说有微小差别)
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纬度: 39.916° N (与 WGS84 非常接近,但严格来说有微小差别)
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表示 :
(116.391, 39.916)
(数值上与 WGS84 示例极其相似,但基准面不同)
4. 加密偏移坐标系 (中国特有)
这类坐标系并非国际标准,是中国大陆特有的地理信息加密系统,出于国家安全考虑对真实地理坐标进行了偏移。
GCJ-02 (火星坐标系)
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定义: GCJ-02 是中国国家测绘局规定的一种加密坐标系,所有在中国大陆公开的地图服务(如高德地图、腾讯地图、谷歌中国地图等)都必须使用此坐标系。
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特点:
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强制偏移: 在中国大陆范围内,GCJ-02 坐标系下的位置与真实的 WGS84 或 CGCS2000 坐标有显著偏移(通常为几十米到几百米),且偏移量是随机的、非线性的。
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不可逆: 理论上,从 GCJ-02 逆向推算 WGS84 坐标是困难且不精确的。
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表现形式:
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示例: 北京故宫太和殿的位置(从 WGS84 转换而来)
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经度: 116.397° E (约)
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纬度: 39.908° N (约)
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表示 :
(116.397, 39.908)
(注意:实际偏移是随机的,此数值仅为示意)
BD-09 (百度坐标系)
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定义: BD-09 是百度地图在 GCJ-02 坐标系基础上,再次进行加密偏移后形成的坐标系。
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特点:
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二次偏移: 在 GCJ-02 的基础上又增加了一次偏移,因此与真实的 WGS84 坐标的偏差更大。
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百度专属: 主要用于百度地图及其相关服务。
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表现形式:
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示例: 北京故宫太和殿的位置(在 GCJ-02 基础上又加了一次偏移)
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经度: 116.403° E (约)
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纬度: 39.915° N (约)
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表示 :
(116.403, 39.915)
(注意:实际偏移是随机的,此数值仅为示意)