作为一个GIS开发人员，你必须知道的坐标系那些事

首先本文来自于一个qq群（城市数据团）分享的资料原题目是“关于坐标系，你不得不知道的事”，原文是pdf格式感觉写的不错，在这里分享，如有冒犯请告知

一．地理坐标系

1.先来看看地理坐标系的定义
地理坐标系（Geographic Coordinate System），是使用三维球面来定义地球表面位置，以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。

2.为什么要有地理坐标系这个东西？
学过地理的我们都知道，地球是一个两极稍扁赤道略鼓的不规则椭圆球体，且地球表面凸凹不平，有些地方是高山，有些地方是深沟。这样的地球表面带来一个很大的问题，就是地球表面无法用数学公式表达，进而不能作为测量和制图的基准面，而我们在很多领域中，比如航海、工程建设中都需要定位和测量。于是聪明的地理学家们想出了一个方法，用一个可以近似表示地球表面的规则的椭圆来进行地球表面的定位和测量，这个规则的三维球面就是地理坐标的参考椭球体。那全球有多少种地理坐标？
答案是全球有非常多种地理坐标，甚至每个国家或地区都有自己独特的地理坐标系。那为什么会有那么多种地理坐标系？这就需要我们再深入了解一下参考椭球体的知识。由于地球表面凹凸不平，任何一个参考椭球体都不能精确贴合地区的任一地区，一个参考椭球体对一个地区来说是非常贴合实际地表面的，而对另外一个地区而言可能就相差很大。因此对应每个地区而言，最贴合的参考椭球体并不一样，因此也就有了不同的地理坐标系。

• WGS84 坐标系
  是国际通用坐标系，也叫地球坐标系，大名鼎鼎的 GPS 系统就是采用的 WGS84 坐标
  系。WGS84 坐标系对于具体地方的位置描述可能不如当地坐标系来的准确，但是它对全球
  范围内的位置估计更准确。谷歌地图（非中国境内）也是采用的 WGS84 坐标系。在进行不
  同坐标系之间转换的时候，一般以 WGS84 坐标系作为基准坐标。
  3.2 我国常用地理坐标系

• 北京 54 坐标系
  是建国初期提出的地理坐标系，因此在早期有比较广泛的运用，有一定比例的数据使用
  的是 1954 北京坐标系。从现代的眼光看，它并不能十分准确地表达我国国境内的空间位置。

• 西安 80 坐标系
  由于后期意识到北京 54 坐标系的不足，我国 1978 年 4 月在西安召开全国天文大地网
  平差会议，确定重新定位，建立的我国新地理坐标系，它在中国经济建设、国防建设和科学
  研究中发挥了巨大作用。

• 2000 国家大地坐标系
  我国当前最新的国家大地坐标系。2018 年，我国国土资源系统全面采用 2000 国家大地
  坐标系，并要求各类国土资源数据向 2000 国家大地坐标系进行转换。

• 地方独立坐标系
  许多城市、矿区基于实用、方便与科学的目的，建立了地方坐标系。
  4. 总结
  地理坐标系是用经纬度表示的坐标系，国际上通用的地理坐标系是 WGS84 坐标系。国
  内常用的地理坐标系有北京 54 坐标系、西安 80 坐标系、2000 国家大地坐标系以及地方坐
  标系；其中，西安 80 坐标系最为常见，也要少部分是北京 54 坐标系，、2000 国家大地坐标
  系将是我国今后的主流坐标系。在涉及到不同坐标系转化的时候，通常是把北京 54 坐标系、
  西安 80 坐标系、2000 国家大地坐标系转为通用的 WGS84 坐标系。

二．投影坐标系

1. 先来看看投影坐标系的定义
投影坐标系是将三维的地理坐标系投影到二维平面上，形成投影坐标系。因此，投影坐标系就是地理坐标系+投影过程。投影坐标系是用距离单位表示的坐标系，如米。
2. 为什么要有投影坐标系这个东西
既然都有地理坐标系了，能够表达一个地方的位置了，为什么我们还需要投影坐标系呢？以及投影到底是个怎么样的过程呢？地理坐标系说到底是个椭圆体，它的面是曲面，在曲面上进行空间数据的处理分析比较复杂，显然不如在一个平面上进行处理来的简单高效，并且我们日常生活中的地图及量测空间通常也是二维平面，在地图制图和线性量测时我们首先考虑把曲面转化成平面，而这些需求诞生了投影坐标系。投影的方法多种多样，以下是一些投影转换的方法：
3. 常用投影坐
3.1 UTM 投影坐标系
WGS84 地理坐标系常采用 UTM 投影坐标系。如何确定一个地区的 UTM 投影带数？UTM 投影是从 180 度经线开始向东每 6°为一个投影带，我国从西到东一共跨过了 11 个投影带，每个投影带的经度范围如下图，根据这张图我们就能很容易判断一个地点的 UTM 投影带，以上海为例，上海的经度约为东经 121°，从下图可知其位于 51 度带；以北京为例，北京的经度约为东经 116°，其位于 50 度带。（后面操作部分会给大家详细讲解如何由 WGS84地理坐标转为 UTM 投影坐标）。

3.2 我国常用投影坐标系
3.2.1 高斯-克吕格投影坐标系
我国的地形图有如下基本比例尺：1:5 千，1:1 万，1:2.5 万，1:5 万，1:10 万，1:25 万，1:50 万，1:100 万。其中，大于等于 1:50 万的地形图均采用高斯-克吕格投影，因此，我们平时接触到的 cad 地形图均为高斯-克吕格投影，绝大多数为北京 54 高斯-克吕格投影或者西安 80 高斯-克吕格投影，知道了这个知识大家是不是就能ArcGIS 中定义 cad 文件的坐标啦。高斯-克吕格投影坐标系又分为 3°分带高斯-克吕格投影坐标系和 6°分带投影坐标系，其中，1:2.5 万，1:5 万，1:10 万，1:25 万，1:50 万这几个比例尺的地形图采用 6°分带，而1:1 万及大于 1:1 万的图采用 3°分带。概括来说，6°带用于中小比例尺测图，3°带用于大比例尺测图，城建坐标多采用 3°带的高斯投影，因此，我们在平时项目中接触到的基地 CAD文件多为 3°带高斯投影，大家可以直接用 3°带来定义坐标。3°分带高斯-克吕格投影从 1.5°经线开始向东每 3°为一个投影带。我国横跨 22 个投影带，每个投影带的经度范围如下图，根据这张图我们就能很容易判断一个地点的高斯投影带，以上海为例，上海的经度约为东经 121°，从下图可知其位于 40度带；以北京为例，北京的经度约为东经 116°，其位于 39 度带。（后面直接操作部分会给大家详细讲解如何定义 CAD 文件的高斯投影）.此外，我国 1：100 万地形图采用兰勃特投影，这个使用较少，大家可以忽略。

4. 投影坐标系的表示方法
道理我都懂，但是我还是看不懂投影坐标系的名字!
投影坐标系的名字其实分成三部分：它所使用的地理坐标系+以几度分的投影带+所在的投影带，由于投影带有两种表示方法：1.以 zone 来表示; 2.以中央经线来表示，所以下面我们就这两种表达方法分别进行举例说明。
4.1 以 Zone 表达投影带
在 ArcGIS 中，我们可以看到西安 80 坐标系下，有这样一系列的投影坐标系：

以 Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_30 投影坐标系为例，这些数字是什么意思呢？
4.2 以中央经度表示投影带
同样是地理坐标系是西安 80 坐标系的例子:

以 Xian_1980_3_Degree_GK_CM_102E 投影坐标系为例，Xian_1980_3_Degree 与上面的例子含义都一样 CM_102E 表示的是中央经线（也就是投影带的中线）是东经 102 度。

三．国内的另类坐标

在我国，出于安全考虑，所有的公开的电子地图、导航设备，都需要加入国家保密插件，它是对真实坐标系统进行人为的加偏处理，按照特殊的算法，将真实的坐标加密成虚假的坐标，而这个加偏并不是线性的加偏，所以各地的偏移情况都会有所不同，而加密后的坐标也常被人称为火星坐标系统（GCJ02），国内大部分的在线地图都是采用的火星坐标系，而百度地图采用的是百度坐标（BD09），百度坐标是在火星坐标的基础上又经过加偏处理产生的。