開(kāi)篇的話(huà)

“相同的經(jīng)緯度坐標在地圖上顯示會(huì )有偏移”您有沒(méi)有遇到相似的情形？各種坐標體系之間如何轉換？到底有哪些坐標體系？什么是火星坐標？

GPS是怎樣定為坐標的

現在全球有四個(gè)衛星定位系統：美國的全球定位系統GPS（Global Positioning System）,

俄羅斯的格洛納斯GIONASS, 

歐盟的伽利略系統，

我國的北斗。

每個(gè)系統都有幾個(gè)部分：星載部分、控制部分、以及用戶(hù)部分。每個(gè)衛星在運行中，發(fā)送電磁波信息、包含時(shí)間、位置等等，用戶(hù)部分根據定位裝置接收信號，然后進(jìn)行方程解算，由于要更多的解因子，所以GPS系統下，一般三顆衛星信號鎖定后才能計算三差解，也就是粗略定位結果了。

一、坐標體系   

常見(jiàn)的坐標體系有哪些：

1）GPS坐標（wgs84）

wgs84 :WorldGeodetic System 1984，(全世界最流行的基準標準系統) ，是由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當時(shí)GPS所采用的坐標系統(WGS-72坐標系統)。

WGS-84坐標系的坐標原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIHl984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIHl984.0的起始子午面和赤道的交點(diǎn)。

GPS系統直接通過(guò)衛星定位獲得的坐標，一般由經(jīng)度和緯度兩個(gè)參數組成，也叫經(jīng)緯度。由0°經(jīng)線(xiàn)和赤道確定，地球從格林尼治向東、西各劃分180個(gè)經(jīng)度；從赤道起，向南、北也各劃分90個(gè)緯度。單位是六十進(jìn)制(度：分：秒，字母表示方向)或十進(jìn)制(正/負十進(jìn)制度)的。

谷歌地球，googleearth上取到的，是GPS坐標，而且是度分秒形式，如圖：

2）GCJ02

GCJ-02是國內最廣泛使用的坐標體系。是由中國國家測繪局制訂的地理信息系統的坐標系統。

它是一種對經(jīng)緯度數據的加密算法，即加入隨機的偏差，就是對真實(shí)坐標系統進(jìn)行人為的加偏處理，按照特殊的算法，將真實(shí)的坐標加密成虛假的坐標，而這個(gè)加偏并不是線(xiàn)性的加偏，所以各地的偏移情況都會(huì )有所不同。而加密后的坐標也常被人稱(chēng)為火星坐標系統。

國內出版的各種地圖系統（包括電子形式），必須至少采用GCJ-02對地理位置進(jìn)行首次加密。所有的電子地圖、導航設備，都需要加入國家保密插件：第一步，地圖公司測繪地圖，測繪完成后，送到國家測繪局，將真實(shí)坐標的電子地圖，加密成“火星坐標”，這樣的地圖才是可以出版和發(fā)布的，然后才可以讓GPS公司處理。第二步，所有的GPS公司，只要需要汽車(chē)導航的，需要用到導航電子地圖的，都需要在軟件中加入國家保密算法，將COM口讀出來(lái)的真實(shí)的坐標信號，加密轉換成國家要求的保密的坐標。這樣，GPS導航儀和導航電子地圖就可以完全匹配，GPS也就可以正常工作了。

比如谷歌中國，騰訊，高德都在用這個(gè)坐標體系。

3）其他坐標體系

一般都是由GCJ-02經(jīng)過(guò)偏移算法得到的。

這種體系就根據每個(gè)公司的不同，坐標體系都不一樣了。

比如，圖吧、百度和搜狗就使用自己的坐標體系，與其他坐標體系不兼容。百度定位SDK可以返回三種坐標系，分別是bd09, bd09ll和gcj02，其中bd-09能無(wú)偏差地顯示在百度地圖上。bd09ll 百度又在gcj02的技術(shù)上將坐標加密就成了bd09ll坐標。

現在，您明白了嗎：

在各種web端平臺，或者高德、騰訊、百度上取到的坐標，都不是GPS坐標，都是GCJ-02坐標，或者自己的偏移坐標系。

比如，你在谷歌地圖API，高德地圖API，騰訊地圖API上取到的，都是GCJ-02坐標，他們三家都是通用的，也適用于大部分地圖API產(chǎn)品，以及他們的地圖產(chǎn)品。

例外，百度API上取到的，是BD-09坐標，只適用于百度地圖相關(guān)產(chǎn)品。

例外，搜狗API上取到的，是搜狗坐標，只適用于搜狗地圖相關(guān)產(chǎn)品。

例外，谷歌地球，googleearth上取到的，是GPS坐標，而且是度分秒形式的經(jīng)緯度坐標，在國內不允許使用，必須轉換為GCJ-02坐標。

二、坐標格式與轉換

1）坐標格式

A、經(jīng)緯度。這個(gè)是球面坐標，對于北京來(lái)說(shuō)，就是(116.388171,39.935961)這樣的坐標。比如騰訊、高德、百度都是這樣的經(jīng)緯度坐標。谷歌是經(jīng)緯度順序寫(xiě)反的經(jīng)緯度坐標。

所有坐標體系的原點(diǎn)，都是非洲，如圖：

B、墨卡托坐標。是一種投影坐標, 又稱(chēng)為高斯-克呂格投影（Gauss-KrugerProjection），它不是用經(jīng)緯度來(lái)表示的，數字一般都比較大，像這樣的：(215362.00021333335, 99526.00034912192)，多用于航海圖航空圖。墨卡托坐標主要用于程序的后臺計算。直線(xiàn)距離，加加減減計算方便。比如搜狗地圖API就是直接使用的墨卡托坐標。

2）度分秒坐標與經(jīng)緯度的轉換

比如，在GPS記錄儀，或者google earth上采集到的是60進(jìn)制度分秒形式113°50'40.45，那么應該怎樣換算？

113.8445694444445=113+50/60+40.45/3600

反過(guò)來(lái)，知道經(jīng)緯度113.844569444444怎樣換算成度分秒呢？

度=113

分=（113.8445694444445-度）*60，取整數

秒=（0.8445694444445-分*60）*3600

3）GPS點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標小數點(diǎn)后哪一位是精確到米?

小數度：

經(jīng)度0.00001度（十萬(wàn)分之一度,0°0'0.036"）,在赤道上對應的地球表面距離約為1米稍多,但在南北極極點(diǎn)上,則是0米.

緯度0.00001度在地球表面任意地方對應的地球表面距離都是大約1米稍多.

度分秒：

對于緯度:一秒==30.8米,一分==1.85公里.一度==110公里

對于精度,精度的差值隨著(zhù)緯度的增加而減少在赤道附近兩者是相同的,在其他地方是30.8X緯度的余弦

4）GPS 坐標與實(shí)際距離的轉換

我想知道google地圖中 GPS坐標的與實(shí)際距離的轉換

例如 點(diǎn)p1(28.18745,121.98767)到p2(28.129762,121.91891)直線(xiàn)段的距離在實(shí)際中沿球面是多少距離

d=sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2))

5）坐標偏移

如果您的坐標在轉換之后，還有偏移，那么考慮以下幾個(gè)方面。

A、原始坐標系弄錯，比如以為自己是GPS坐標，但其實(shí)已經(jīng)是GCJ-02坐標。

解決方案：請確保采集到的數據是哪個(gè)坐標體系，需要轉換到哪個(gè)坐標系，再進(jìn)行坐標轉換。

B、原始坐標準確度不夠

解決方案：如果您是GPS坐標，請確保采集GPS數據時(shí)，搜到至少4顆以上的衛星。并且GPS數據準不準，還取決于周?chē)ㄖ锏母叨?，越高越不準，因為有遮擋?/span>

如果本來(lái)就是GCJ-02坐標，在不同地圖放大級別的時(shí)候，看到的地方可能不一樣。比如你在地圖級別4（國家）取到的坐標，放大到地圖12級（街道）時(shí)，坐標就偏了。請確保在地圖最大放大級別時(shí)，拾取坐標。

C、度分秒的概念混淆

比如，在googleearth上采集到的是39°31'20.51，那么應該這樣換算，31分就是31/60度，20.51秒就是20.51/3600度，結果就是39 + 31/60 + 20.51/3600 度。

D、經(jīng)緯度順序寫(xiě)反了

有些公司（比如高德，百度，騰訊）是先經(jīng)度，再緯度，即Point(lng, lat)。但谷歌坐標的順序恰好相反，是(lat, lng)。

三、常見(jiàn)的一些問(wèn)題 

1）說(shuō)“經(jīng)緯度投影”對嗎？

經(jīng)緯度表示的是地理坐標系（單位是度），不是投影坐標系（單位是米），兩者放一起明顯不妥。

2）大地坐標系與地理坐標系有何不同？

大地坐標系和地理坐標系都是經(jīng)緯度表示的坐標系，本身并不包含投影信息，很多時(shí)候，這兩種說(shuō)法都是相同的。

3）為什么有地理坐標系和投影坐標系之分？

由于經(jīng)緯度的度數不對應某一標準長(cháng)度，因此無(wú)法精確測量距離或面積，也難以在平面地圖或計算機屏幕上顯示數據。在使用許多（不是全部）GIS 分析和制圖應用程序時(shí)，經(jīng)常需要由投影坐標系提供的更穩定的平面坐標框架。與地理坐標系不同，在二維空間范圍內，投影坐標系的長(cháng)度、角度和面積恒定。投影坐標系始終基于地理坐標系，而后者則是基于球體或旋轉橢球體的。在投影坐標系中，通過(guò)格網(wǎng)上的 x,y 坐標來(lái)標識位置，其原點(diǎn)位于格網(wǎng)中心。

4）通常所說(shuō)的西安80，北京54是指什么？

GIS中的坐標系統定義由基準面和地圖投影兩組參數確定，基準面對應一個(gè)參考橢球體，我們常說(shuō)的北京54、西安80、國家大地2000坐標系都是指其參考橢球體?；谶@種橢球體，我們能定義出大地坐標系和投影坐標系。只說(shuō)一個(gè)西安80是不能確定坐標系統的，因為沒(méi)有說(shuō)明有沒(méi)有投影及投影信息。如果不指明投影方式，則認為西安80、北京54的表現形式為大地坐標，而不是投影平面直角坐標。

5）什么都是高斯投影 ？

高斯-克呂格投影屬于橫軸墨卡托投影，能小范圍內保持形狀不變，因此被國內普遍采用，但在表示小比例尺數據時(shí)，這種投影明顯不合適。就中國來(lái)說(shuō)，一般50萬(wàn)以上比例尺采用高斯投影，50萬(wàn)以下采用蘭伯特投影。數據用途不同，具體的投影方式各有不同，有的是為了保持面積不變，有的是為了保持形狀不變。另一種世界常用的投影是UTM（通用墨卡托投影），高斯-克呂格投影是“等角橫切橢圓柱投影”，投影后**經(jīng)線(xiàn)保持長(cháng)度不變，即比例系數為1；UTM投影是“等角橫軸割圓柱投影”，圓柱割地球于南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條割線(xiàn)上沒(méi)有變形，**經(jīng)線(xiàn)上長(cháng)度比 0.9996。

6）北京54，西安80，WGS84，國家2000 有何不同？

54和80本質(zhì)上是參心坐標系，大地原點(diǎn)分別在蘇聯(lián)和西安，原點(diǎn)是參考橢球的幾何中心，這類(lèi)坐標難以表達高度信息，精度信息等也不夠，正被淘汰。 84和2000本質(zhì)上是地心坐標系，即以地球質(zhì)量中心作為坐標系原點(diǎn)。 54的橢球體長(cháng)半軸半徑是6378245米，80為6378140米，84和2000坐標系一樣，都是6378137米。國家最新的2000坐標系和WGS84據說(shuō)在厘米級都是一樣的，但和80坐標在高緯度地區誤差達十幾倍。

7) Google、Microsoft、ArcGIS提供的地圖服務(wù)分別采用了什么坐標系？

現在都統一為了WebMercator，即正軸墨卡托投影，和UTM（常規墨卡托）投影的主要區別是為了實(shí)現上的方便，把地球模擬為球體而非橢球體，精度理論上差別0.33%，比例尺大時(shí)基本可以忽略。同時(shí)緯度范圍變成了(-85,85),南北極顯示不了，但不影響正常使用，這樣也減少了切圖數量。

8）ArcGIS的空間參考與坐標系統？

ArcGIS的空間參考信息SpatialReference，不僅包含了坐標系統的定義，還包括容差Tolerance和分辨率Resolution等，通常由Prj文件表示。ArcGIS中的坐標系統分地理坐標系和投影坐標系，其中投影坐標系也一定包含一個(gè)地理坐標系，反之不然。