WebGIS 常用坐标系

看过的知识不等于学会。唯有用心总结、系统记录，并通过温故知新反复实践，才能真正掌握一二
作为一名摸爬滚打三年的前端开发，开源社区给了我饭碗，我也将所学的知识体系回馈给大家，助你少走弯路！
OpenLayers、Leaflet 快速入门 ，每周保持更新 2 个案例
Cesium 快速入门，每周保持更新 4 个案例

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)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 单位: 经纬度（度）。

• 范围: 经度范围为 -180° 到 180°，纬度范围为 -90° 到 90°。

• 表现形式:

• 示例: 北京故宫太和殿的大致位置

• 经度 (Longitude): 116.391° E

• 纬度 (Latitude): 39.916° N

• 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)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 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。

• 单位: 米。

• 范围: 坐标值范围大约为 X: -20037508.34 ~ 20037508.34 米，Y: -20037508.34 ~ 20037508.34 米。

• 变形: 在高纬度地区变形较大，面积和形状失真明显。

• 表现形式:

• 示例: 北京故宫太和殿的位置（从 4326 转换而来）

• X 坐标: 12958175.08 米

• Y 坐标: 4825923.25 米

• 表示: (12958175.08, 4825923.25)

EPSG:32650 (WGS84 / UTM zone 50N)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 单位: 米。

• 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。

• 适用场景: 广泛应用于军事、测绘、工程建设等领域。

• 表现形式:

• 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。

• Easting (东偏移): 500000.00 米 (中央经线为 500km)

• Northing (北偏移): 4420000.00 米 (赤道为 0，向北增加)

• 表示: (500000.00, 4420000.00)

3. 国家坐标系

EPSG:4490 (CGCS2000 地理坐标系)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 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。

• 单位: 经纬度（度）。

• 表现形式:

• 示例: 北京故宫太和殿的位置

• 经度: 116.391° E (与 WGS84 非常接近，但严格来说有微小差别)

• 纬度: 39.916° N (与 WGS84 非常接近，但严格来说有微小差别)

• 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)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 不可逆: 理论上，从 GCJ-02 逆向推算 WGS84 坐标是困难且不精确的。

• 表现形式:

• 示例: 北京故宫太和殿的位置（从 WGS84 转换而来）

• 经度: 116.397° E (约)

• 纬度: 39.908° N (约)

• 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)

• 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。

• 特点:

• 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。

• 百度专属: 主要用于百度地图及其相关服务。

• 表现形式:

• 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）

• 经度: 116.403° E (约)

• 纬度: 39.915° N (约)

• 表示: (116.403, 39.915) (注意：实际偏移是随机的，此数值仅为示意)