隨著網(wǎng)劇《隱秘的角落》的爆紅，笛卡爾與他的心形線的傳說再次重回大眾視野，r＝a(1-sinθ) 就是“心形線”方程式。

笛卡爾法國著名數(shù)學(xué)家，哲學(xué)家，創(chuàng)建了數(shù)學(xué)坐標(biāo)系，將數(shù)與形聯(lián)系起來，開創(chuàng)了解析幾何的先河。但作為一名GISer應(yīng)該都知道數(shù)學(xué)坐標(biāo)系并非測量坐標(biāo)系。

GIS中的坐標(biāo)系統(tǒng)就像謎一般的存在，只要是涉及到坐標(biāo)系統(tǒng)的相關(guān)問題，不管是測繪地信還是國土規(guī)劃，大家都好像是似懂非懂的狀態(tài)。

但坐標(biāo)系卻是解決各類空間數(shù)據(jù)問題的基礎(chǔ)，如果坐標(biāo)系產(chǎn)生了偏差，再漂亮的分析都會喪失說服力。

今天這篇干貨將帶你去了解GIS坐標(biāo)系的相關(guān)知識，讓行業(yè)小白能有大概的印象，不再被坐標(biāo)系問題實名勸退。首先，就讓我們先了解一下坐標(biāo)系統(tǒng)究竟是什么？

【坐標(biāo)系統(tǒng)概念】

坐標(biāo)系統(tǒng)，是描述物質(zhì)存在的空間位置的參照系，通過定義特定基準(zhǔn)及其參數(shù)形式來實現(xiàn)。坐標(biāo)系其實是一種常用的輔助方法，為了描述或確定點的位置，使坐標(biāo)更具有實際意義。

說起GIS的坐標(biāo)系統(tǒng)，就不得不說起這樣幾個概念——大地水準(zhǔn)面，旋轉(zhuǎn)橢球體，大地基準(zhǔn)面。

大地水準(zhǔn)面的定義由德國的大地測量學(xué)家利斯延于1873提出：假想一個與靜止的平均海水面重合并延伸到大陸內(nèi)部的封閉曲面，這個曲面就是大地水準(zhǔn)面。

物理學(xué)中我們知道，只有當(dāng)所受重力處處相等時，平均海水面才會呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)。因此大地水準(zhǔn)面≈平均海水面，是一個重力等位面。

并且由于地球表面起伏不平，內(nèi)部質(zhì)量分布不勻，地球重力場的分布也不一致，從而導(dǎo)致大地水準(zhǔn)面是一個略有起伏的不規(guī)則曲面。所以大地水準(zhǔn)面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是高程測量中正高系統(tǒng)的起始表面。

但一個不規(guī)則的曲面是無法用數(shù)學(xué)表達(dá)式來準(zhǔn)確描述的，所以就需要二次逼近。因此人們就選擇了一個非常接近于并且能用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的曲面代替大地水準(zhǔn)面，這個曲面就是旋轉(zhuǎn)橢球面，旋轉(zhuǎn)橢球面包圍的數(shù)學(xué)形體就是旋轉(zhuǎn)橢球體。

對于大地基準(zhǔn)面，它是所有大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)模型，定義了一個點在地表上的原點之間的關(guān)系。

舉一個 ，地球是一個表面凹凸不平的“丑橘”，橢球體好似一個“鵝蛋”，基準(zhǔn)面就是定義了如何利用“鵝蛋”去逼近“丑橘”的某一個表面，可能是偏移，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，大小不一縮放“鵝蛋”也是有可能的。北京54，西安80實際上就是我國的大地基準(zhǔn)面。但北京54的大地原點并不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。

所有的逼近都是為了更準(zhǔn)確的計算，描述地球這個不規(guī)則的曲面，除了北京54，西安80，WGS84，高斯克呂格投影，UTM投影等也是GIS中常用的坐標(biāo)系。

針對常用的GIS坐標(biāo)系統(tǒng)，主要是分為了地理坐標(biāo)系、投影坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系。（空間直角坐標(biāo)系相對來說更為復(fù)雜，下期一起探索吧！）

【常用坐標(biāo)系分類】

我們常聽說火箭發(fā)射位于某某地，東經(jīng)XX度，北緯XX度，這里的東經(jīng)北緯就是我們所說的地理坐標(biāo)系（GCS）。

地理坐標(biāo)系|圖片來源于百度

地理坐標(biāo)系為球面坐標(biāo)，是把地球當(dāng)作一個球體來看待即參考平面地是橢球面，以球心為參照點，通過經(jīng)緯度找出需要的坐標(biāo)點，坐標(biāo)單位為經(jīng)緯度。北京54，西安80，WGS84，CGCS2000等都是地理坐標(biāo)系。

然而，經(jīng)緯度是不帶單位的，度分秒也僅僅是進(jìn)制而已，因此地理坐標(biāo)系并不能滿足定量的地圖分析和空間分析，就需要新的坐標(biāo)系，由此就誕生了投影坐標(biāo)系。

投影示例|圖片來源于百度

說明投影坐標(biāo)系之前，我們需要先知曉一下投影的概念。通俗來說，投影就是一束光線透過物體打到平面上，使得物體產(chǎn)生的陰影形狀，投影也是坐標(biāo)系的一種屬性。

當(dāng)投影面發(fā)生變化時，可以是曲面，圓錐面，圓柱面等......這就會產(chǎn)生不同的投影，不同的投影有不同的用途。

投影坐標(biāo)系（PCS）為平面坐標(biāo)，參考平面地是水平面，單位是米，千米等。它是指將地球這個球體垂直投影在一個平面上。高斯克呂格投影，墨卡托投影，UTM投影等都屬于投影坐標(biāo)系。

投影坐標(biāo)系

由此我們可以知道：

?地理坐標(biāo)系屬于三維球體，投影坐標(biāo)系是二維平面，兩者架構(gòu)不同；

?PCS=GCS+投影方式：投影坐標(biāo)系是基于地理坐標(biāo)系的，沒有地理坐標(biāo)系，就無從談起投影坐標(biāo)系；

?一張地圖一定有坐標(biāo)系，而一個坐標(biāo)系可以有投影也可以沒投影。

從狹義上來說，地理坐標(biāo)系統(tǒng)還分為了參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系。

物理學(xué)中闡述，物體均有其質(zhì)心，且密度處處相等的物體的質(zhì)心在其幾何中心。因此地球也是有且僅有一個質(zhì)心，數(shù)據(jù)有所偏差也許是測量精確度的問題。

所以，以地球質(zhì)心為旋轉(zhuǎn)橢球面的中心的坐標(biāo)系叫做地心坐標(biāo)系。CGCS2000，WGS84都是地心坐標(biāo)系。

地心坐標(biāo)系|圖片來源于百度

地心坐標(biāo)系被廣泛用于衛(wèi)星大地測量、全球性導(dǎo)航和地球動態(tài)研究，但對于描述國家的地形地貌圖就存在局限性，一幅地圖用途是服務(wù)國家，因此地圖上對國家地形地貌的相關(guān)描述就要盡可能準(zhǔn)確，盡量減小誤差。

為了解決這一問題，人們就人為的把地球質(zhì)心“移走”，將局部的表面“貼到”該國的國土，使誤差盡量減小到最小。于是就出現(xiàn)了所謂的“參心坐標(biāo)系”：即橢球中心不在地球質(zhì)心的坐標(biāo)系。北京54，西安80等都屬于參心坐標(biāo)系。

西安80參心坐標(biāo)系

另外還有一些其他的坐標(biāo)系，如火星坐標(biāo)系、百度坐標(biāo)系等，這些坐標(biāo)系都是在國家大地坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上做了一定的偏移，目的是為了保護(hù)真實的坐標(biāo)，防止泄密。

有人不禁會問，為什么有這么多的坐標(biāo)系？如此之多，難免混淆啊。

【不同坐標(biāo)系存在意義】

還是由于地球是一個不規(guī)則橢圓，地球表面地理環(huán)境非常復(fù)雜，同一坐標(biāo)系在不同區(qū)域的適用性并不能一概而論。不同尺度不同層面的地球表面，都要選擇適用于它的模擬球面去參照，從而來提高精度，這就是為什么會有這么多坐標(biāo)系的原因。

地球表面

存在這么多的坐標(biāo)系，不同的坐標(biāo)系之間，就不可避免的需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操作也是測繪、地信、規(guī)劃等行業(yè)中常見的問題，大家一旦遇到此問題就愁眉不展。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為何如此讓人望而生畏呢？原理方法先了解一下。

【坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理與方法】

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在不同的坐標(biāo)系體系下，比如在地理坐標(biāo)系中和投影坐標(biāo)系中，同一個點的坐標(biāo)會因為參照系的改變而發(fā)生變化，所以不同坐標(biāo)系之間就需要通過平移，旋轉(zhuǎn)等方式來達(dá)到統(tǒng)一。

空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

GIS中的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換涉及空間的平移，旋轉(zhuǎn)，所以并非易事。而且在不同情況下，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換還需要引入轉(zhuǎn)換參數(shù)，也就是參考變量，用來說明因其變化而變化的量。引入變量可能是1個，4個，甚至是7個。

想想數(shù)學(xué)方程式中3個未知數(shù)就已經(jīng)讓我們神魂顛倒，更何況是七個啊，望而卻步大概也就是如此了。不僅僅需要引入?yún)?shù)，不同類型的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換分類就更加不勝枚舉。簡單列舉坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的兩種情況：

01同一參考橢球下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

：北京54的大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到北京54的高斯平面直角坐標(biāo)系是在同一參考橢球體范疇內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。換句話說：北京54平面是北京54大地坐標(biāo)系投影得來的。那么，這種轉(zhuǎn)換只需投影參數(shù)就可以轉(zhuǎn)換了。

02不同參考橢球下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

：不同參考橢球下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實質(zhì)是基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜且不嚴(yán)密。例如北京54大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為WGS84大地坐標(biāo)系。他們坐標(biāo)原點不一致，相應(yīng)的坐標(biāo)軸也是不平行的，考慮的因素就非常多。

這樣的情況主要是利用轉(zhuǎn)換模型來解決，七參數(shù)和四參數(shù)就是兩種不同維度的轉(zhuǎn)換模型。轉(zhuǎn)換模型的計算難度非常大，涉及到線性代數(shù)，矩陣變換，平差計算，簡直如噩夢般。

慶幸的是可以借助一些地信軟件產(chǎn)品來解決坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。就以中國省級區(qū)劃數(shù)據(jù)為例，WGS84坐標(biāo)，將其轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)系，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具是超擎地圖云平臺。

step1：將坐標(biāo)系為WGS84的中國省級行政區(qū)劃數(shù)據(jù)導(dǎo)入地圖云平臺。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入

step2：進(jìn)入數(shù)據(jù)預(yù)覽界面，可以查看數(shù)據(jù)相關(guān)屬性值，如果數(shù)據(jù)有亂碼可以選擇字段編碼進(jìn)行修改。

數(shù)據(jù)預(yù)覽

step3：選擇坐標(biāo)系。平臺會默認(rèn)讀取顯示原始坐標(biāo)系。這里原始坐標(biāo)系就是WGS84了，轉(zhuǎn)換為CGCS2000,目標(biāo)坐標(biāo)系就選擇中國2000地理坐標(biāo)即可轉(zhuǎn)換成功。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

地圖云平臺支持300多種坐標(biāo)系的存儲和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出即可實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)也可以對接ArcGIS,QGIS等主流地信軟件。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對接ArcGIS|制作工具by超擎地圖云

除此之外，我們還經(jīng)常遇到，將不同坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)導(dǎo)入地信軟件中時，會發(fā)生圖形變形或者出現(xiàn)偏差的情況。這是不同坐標(biāo)系坐標(biāo)尺度不同所導(dǎo)致。因此，在GIS中做相關(guān)分析時，坐標(biāo)系統(tǒng)一是前提！

目前，國家要求統(tǒng)一使用CGCS2000坐標(biāo)系。因為北京54和西安80對我國全部國土面積近三分之一的海域領(lǐng)土不適用，也無法提供高精度的三維坐標(biāo)，所以統(tǒng)一使用CGCS2000也是大勢所趨。

當(dāng)然，坐標(biāo)系知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，關(guān)注【超擎時空】下期帶你探索空間直角坐標(biāo)系、投影坐標(biāo)系的其他相關(guān)知識。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的wgs84坐标格式转换度分秒_一起爬山吗？寻找GIS坐标系统中“隐秘的角落”的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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