坐标系及投影

关于原点,方向,单位等等的相关定义和描述,组成了我们常说的坐标系。谈到坐标系,就会想起初中数学中经常接触到的二维笛卡尔坐标系,在图形学中也会遇到三维坐标系,在GIS中我们需要地理坐标系。但它并不像笛卡尔坐标系那样简单,学过地理知识就知道,地球并不是一个完全规则的球体。在不同的地区,为了在数学上表示它,就出现了多种不同的参考椭球体,比如克拉索夫斯基(Krasovsky)椭球体,WGS1984椭球体,更多的椭球体参见参考椭球体。在参考椭球体的基础上,就发展出了不同的地理坐标系,比如我国常用的WGS84,北京54,西安80坐标系,欧洲,北美也有不同的坐标系。北京54使用的是克拉索夫斯基(Krasovsky)椭球体,WGS84使用的是WGS1984椭球体。由此可见,多个坐标系是源于地理的复杂性。

由于存在着多种坐标系,即使同样的坐标,在不同的坐标系中,也表示的是不同的位置,这就是大家经常遇到的偏移问题的根源,要解决这类问题,就需要纠偏,把一个坐标系的坐标转换成另一个坐标系的坐标。由于WGS84是全球通用的坐标系,涉及到多个坐标系与它之间的转换,所以在此做个简单的介绍。

WGS84,全称World Geodetic System 1984,是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统。通过遍布世界的卫星观测站观测到的坐标建立,其初次WGS84的精度为1-2m,在1994年1月2日,通过10个观测站在GPS测量方法上改正,得到了WGS84(G730),G表示由GPS测量得到,730表示为GPS时间第730个周。

1996年,National Imagery and Mapping Agency (NIMA) 为美国国防部 (U.S.Department of Defense, DoD)做了一个新的坐标系统。这样实现了新的WGS版本WGS(G873)。其因为加入了美国海军天文台和北京站的改正,其东部方向加入了31-39cm 的改正。所有的其他坐标都有在1分米之内的修正。

关于北京54和西安80坐标系,请自行通过网络查找相关资料进行了解。

有了坐标系后,我们就能精确的表示地球上的每一个位置,但为什么还需要投影呢?投影是为了把不可展的椭球面描绘到平面上,它使用几何透视方法或数学分析的方法,将地球上的点和线投影到可展的曲面(平面、园柱面或圆锥面)上,再将此可展曲面展成平面,建立该平面上的点、线和地球椭球面上的点、线的对应关系。正是因为有投影,大家才能在网页上看到二维平面的地球地图。

投影方式也多种多样,其中有一种投影叫墨卡托投影(Mercator Projection),广泛使用于网页地图,对于OpenLayers 3的开发者而言,尤其重要,详情参见墨卡托投影

如果不了解上面这些基本知识,在使用OpenLayers 3的过程中,会感觉寸步难行,相反,则得心应手。