常见的坐标系统
- GIS的坐标系统
-
- WGS 84(World Geodetic System 1984)
- EPSG:3857(Web Mercator)
- EPSG:4326(WGS 84 Latitude/Longitude)
- 国家坐标系统
- UTM(Universal Transverse Mercator)
- EPSG:4979(WGS 84 3D)
- 国家高程系统
- Local Tangent Plane (LTP)坐标系
- 地理坐标系(Geocentric Coordinates)
- State Plane Coordinate System (SPCS)
- Geoid和高程模型
- 极地坐标系统
- 地心地固坐标系(ECEF)
- 大地坐标系(Geodetic Coordinates)
- 区域坐标系统
- 转换与投影
- 知识加油站
GIS的坐标系统
当前主流的地图服务和地理信息系统(GIS)通常使用以下几种主要的坐标系统:
WGS 84(World Geodetic System 1984)
使用者: Google Maps, OpenStreetMap, Bing Maps, Mapbox
简介: WGS 84是一个全球参考系统,用于GPS和大多数现代地图应用。它是一个地理坐标系,使用经纬度表示位置,地球模型为一个椭球体。
示例:经度和纬度坐标:(latitude, longitude)
例如,纽约市的位置为(40.7128° N, 74.0060° W)
EPSG:3857(Web Mercator)
使用者: Google Maps, OpenStreetMap, Bing Maps, Mapbox
简介: Web Mercator投影(又称Pseudo-Mercator)是一个广泛用于网络地图的投影系统。它基于WGS 84,但使用了一种投影方法,将球面坐标转换为平面坐标。
特点:
平面直角坐标系,单位为米
常用于交互式网络地图,因为它在局部范围内保留了形状和角度,但在极地地区会有较大变形。
示例:X和Y坐标:(x, y),表示为米
例如,纽约市在Web Mercator中的位置大约为(x: -8237642, y: 4970241)
EPSG:4326(WGS 84 Latitude/Longitude)
使用者: 地理信息系统(GIS)和许多全球数据库
简介: 这是WGS 84坐标系的标准EPSG代码,用于表示地理坐标(经度和纬度)。
特点:
用于精确地表示全球地理位置
适用于需要高精度地理位置的应用
国家坐标系统
使用者: 各国的国家地图服务和测绘部门
简介: 每个国家通常有自己的标准坐标系统,用于高精度的测绘和地理信息服务。例如:
北美Datum 1983(NAD83): 用于北美地区
欧洲参考系统 1989(ETRS89): 用于欧洲地区
中国2000国家大地坐标系(CGCS2000): 用于中国
特点:
适用于特定国家或地区的高精度地图和测绘应用
与全球系统(如WGS 84)有明确的转换关系
UTM(Universal Transverse Mercator)
使用者: 地理信息系统(GIS),军事地图,工程测量
简介: UTM是一种平面投影坐标系,将地球表面划分为60个纵向带,每个带有自己的坐标系。
特点:
精确表示局部区域位置
每个带宽6度,经度范围从180°W到180°E
示例:UTM坐标:(zone, easting, northing)
例如,纽约市可能位于UTM Zone 18T,大约坐标为(easting: 583960, northing: 4507523)
EPSG:4979(WGS 84 3D)
使用者: 高精度地理信息系统(GIS),3D地理信息应用
简介: EPSG:4979是WGS 84的三维扩展版本,除了经纬度,还包括高度(ellipsoidal height)。
特点:
用于需要高精度三维位置表示的应用
高度通常相对于WGS 84椭球体
国家高程系统
使用者: 测绘部门,地形图,高程数据
简介: 除了平面坐标系统,许多国家还有自己的高程基准,用于表示海拔高度。例如:
美国国家高程基准(NAVD88): 用于美国地区
中国1985国家高程基准(1985 Yellow Sea Datum): 用于中国
特点:
高度基准用于表示相对于平均海平面的高度
通常与平面坐标系统结合使用
Local Tangent Plane (LTP)坐标系
使用者: 机器人导航,局部高精度测量
简介: LTP是一种用于局部区域的小范围坐标系统,假设地球表面是一个平面。
特点:
通常用于无人机、机器人等需要精确导航的应用
易于处理小范围内的几何计算
地理坐标系(Geocentric Coordinates)
使用者: 天文学,空间科学,高精度地理计算
简介: 以地球质心为原点的三维直角坐标系。
特点:
适用于天文学和卫星轨道计算
通常与WGS 84等地球模型结合使用
State Plane Coordinate System (SPCS)
使用者: 美国各州的测绘和工程项目
简介: 美国的州平面坐标系统,为每个州定义了多个区域,每个区域使用自己的平面坐标系。
特点:
适用于州或区域级别的精确测量
提供高精度,通常比UTM更适合小范围内的精确应用
Geoid和高程模型
使用者: 高精度地形测量,工程项目
简介: Geoid是一个参考面,用于表示平均海平面。高程模型(如EGM96、EGM2008)用于更精确地表示地球的形状和重力场。
特点:
用于高精度高程数据
适用于需要精确表示海拔高度的应用
极地坐标系统
使用者: 极地研究、冰盖测量
简介: 由于极地地区在常规投影(如Mercator投影)下会出现严重变形,极地坐标系统被专门设计用于这些区域。
常用投影:
北极: Polar Stereographic (EPSG:3413)
南极: Antarctic Polar Stereographic (EPSG:3031)
地心地固坐标系(ECEF)
使用者: 卫星轨道计算、全球导航卫星系统(GNSS)
简介: ECEF(Earth-Centered, Earth-Fixed)是一种三维直角坐标系,以地球质心为原点,用于表示地球上的位置。
特点:
适用于高精度的三维位置表示
常用于卫星和航天器的轨道计算
大地坐标系(Geodetic Coordinates)
使用者: 全球导航卫星系统(GNSS),高精度地理信息系统(GIS)
简介: 大地坐标系使用经纬度和大地高(ellipsoidal height)表示位置,基于一个参考椭球体。
特点:
提供高精度的全球位置表示
常用于需要精确地理位置的数据处理和分析
区域坐标系统
使用者: 城市规划、地方政府、工程项目
简介: 各国和地区有自己的坐标系统和投影方法,适用于地方测量和工程项目。例如:
日本: JGD2000(日本大地测量基准)
英国: OSGB36(Ordnance Survey National Grid)
转换与投影
了解常见的坐标转换和投影方法也很重要:
- 从地理坐标系(WGS 84)到投影坐标系(Web Mercator):
大多数地图API(如Leaflet、OpenLayers)提供内置的方法进行转换。 - 从WGS 84到本地坐标系:
例如使用Proj4js等库,可以在不同坐标系统之间进行转换。 - 高程转换:
高程数据可以通过各种DEM(数字高程模型)进行转换,例如SRTM、ASTER GDEM。
注意事项
使用投影坐标系时需要注意变形问题,尤其是在高纬度地区(例如极地地区),Web Mercator会有较大变形。
不同应用对坐标精度的要求不同,例如,GIS应用可能需要厘米级精度,而普通的地图应用只需米级精度。
选择适合的坐标系统取决于应用场景,例如全球应用适合使用WGS 84,而局部应用可以使用UTM或本地坐标系。并且,确保所有使用的数据源采用相同的坐标系统和投影,避免在合并或分析数据时出现误差
大规模地理数据处理需要考虑性能优化,如分块加载、缓存、空间索引等技术。
工具和资源
一个JavaScript库,用于在不同坐标系统之间进行转换。
一个开源库,用于处理和转换地理空间数据,支持多种坐标系统和投影。
本身支持多种坐标系统和投影,提供丰富的API用于处理地理空间数据。
知识加油站
- CRS(Coordinate Reference System,坐标参考系统)是地理信息系统(GIS)和地图学中的一个关键概念。CRS定义了如何将地球上的位置表示为平面或三维空间的坐标。CRS通常包括一个地理坐标系(如WGS 84)和一个投影(如Web Mercator)。
- EPSG数据库: 提供了详细的CRS定义和参数,可以在 EPSG.io 上查询。
- OGC(Open Geospatial Consortium): 提供了关于CRS和地理空间标准的详细规范和文档。
CRS的组成部分
基准面(Datum)
定义: 一个参考椭球体,用于表示地球的形状和大小。
示例: WGS 84, NAD83, ETRS89。
单位(Units)
定义: 用于坐标值的单位。
示例: 度(degrees)用于经纬度,米(meters)用于平面坐标系。
投影(Projection)
定义: 一种数学变换,将地球的三维表面投影到二维平面上。
示例: Web Mercator (EPSG:3857), UTM。
坐标轴(Coordinate Axes)
定义: 指定坐标值的顺序和方向。
示例: 经度(longitude)和纬度(latitude)或东坐标(easting)和北坐标(northing)。