地图定位偏移以及坐标系转换(一)-国内部分常见的地理坐标系

首先明白,所有坐标体系的原点,都是非洲。

在各种web端平台,或高德地图API、腾讯地图API、百度地图API上取到的坐标,都不是GPS坐标,都是GCJ-02坐标,或者自己的偏移坐标系。

比如,在谷歌地图API,高德地图API,腾讯地图API上取到的,都是GCJ-02坐标,都是通用的,也适用于大部分地图API产品,以及他们的地图产品。

例如,百度API上取到的,是BD-09坐标(百度坐标),只适用于百度地图相关产品。

例如,搜狗API上取到的,是搜狗坐标,只适用于搜狗地图相关产品。

例如,谷歌地球(GoogleEarth),谷歌卫星地图上取到的,是GPS坐标,而且是度分秒形式的经纬度坐标。是针对全球的,坐标完全没有偏移。服务器不在国内,在国内不允许使用。必须转换为GCJ-02坐标。

例如,天地图API上取到的,是CGCS2000,是国家大地坐标系,是在国测局主导下生产的,没有偏移。

(一)WGS84坐标系

        WGS-84坐标系(World Geodetic System一1984 Coordinate System)是一种国际上采用的地心坐标系

        坐标原点为地球质心,其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH (国际时间服务机构)1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系,称为1984年世界大地坐标系统

        建立WGS-84世界大地坐标系的一个重要目的,是在世界上建立一个统一的地心坐标系

        通过遍布世界的卫星观测观测到的坐标建立,其初次WGS84的精度为1-2m,在1994年1月2号,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USNO站和北京站的改正,其东部方向加入了31-39cm 的改正。所有的

        Google Earth和中国外的Google Map使用,另外,目前基本上所有定位空间位置的设备都使用这种坐标系统,例如手机的GPS系统。

(二)WGS84 Web墨卡托

        也称为球体墨卡托,Web Mercator。它是基于墨卡托投影的,把 WGS84 投影到正方形。各大互联网地图公司以它为准。伪墨卡托非常适合显示数据、但不适合存储数据。一般用 WGS84 存储数据、用伪墨卡托显示数据。

        Web墨卡托是2005年谷歌在谷歌地图中首次使用的,当时或更早的Web墨卡托使用者还是称其为世界墨卡托 World Mercator - Spherical Mercator (unofficial deprecated ESRI),代号 WKID 54004 (在 EPSG:54004 或 ESRI:54004 中,非官方)。

        在2006年,OSGeo在提出的 Tile Map Service (TMS) 标准中使用代号 OSGEO:41001,WGS84 / Simple Mercator - Spherical Mercator (unofficial deprecated OSGEO / Tile Map Service)。

        2007年8月6日 Christopher Schmidt (OpenLayers的重要贡献者之一)在通过一次GIS讨论中为了在OpenLayers中使用谷歌投影,提出给谷歌投影(Web墨卡托)使用一个统一的代号(已有如54004、41001之类的代号)900913(也形似 Google),并与同年9月11日在OpenLayers的OpenLayers/Layer/SphericalMercator.js中正式使用代号 900913。

        在2008年5月EPSG在6.15版本中正式(可能是谷歌地图取得了巨大成功)给谷歌地图投影赋予 CRS 代号 EPSG:3785(Popular Visualisation CRS / Mercator),这也是Web墨卡托正式被EPSG组织承认(由于Web墨卡托不是标准的地图投影,之前一直没有被EPSG没有收录)。

        很快EPSG于2009年2月9号使用新代号EPSG:3857 代替之前的 EPSG:3785,给谷歌地图投影方法命名为“公共可视化伪墨卡托投影”(PVPM),投影运算方法代号 1024。

        至今,EPSG:3857(WGS 84 / Pseudo-Mercator) 代号是web墨卡托的正式代号。

        在GIS界,离不开 ESRI,Web墨卡托的代号在 ESRI 中也有几个。最早在 ESRI 的软件中给Web墨卡托投影的称号为 102113(WGS 1984 Web Mercator),与 EPSG:3785 对应;后来使用 102100(WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere),与 EPSG:3857 对应。

        在 ArcGIS 10.0 版本中,ESRI 正式使用 EPSG:3857 替换之前的 EPSG:102100。

        总之,Web墨卡托现在的正式官方代号 EPSG:3857,同时 900913、3587、54004、41001、102113、102100 和 3785 等也是指Web墨卡托,虽然他们的具体定义会有一些差别,但他们在数学上是相等的。

        Web墨卡托取得了巨大成功,如今主流的Web地图几乎都是使用的Web墨卡托,如国外的 Google Maps,OpenStreetMap,Bing Map,ArcGIS 和 Heremaps 等,国内的百度地图、高德地图、腾讯地图和天地图等也是基于Web墨卡托(由于国内政策的原因,国内地图会有加密要求,一般有两种情况,一种是在 Web墨卡托的基础上经过国家标准加密的国标02坐标系,熟称“火星坐标系”(下文三);另一种是在国标的02坐标系下进一步进行加密,如百度地图的BD09坐标系(下文五))。

(三)GCJ02经纬度投影

        介绍GCJ-02之前我们先来介绍一下火星坐标系。

        火星坐标系是一种国家保密插件,也叫做加密插件或者加偏或者SM模组,是对真实地图或者导航坐标系统进行人为的加偏处理,按照一定的加偏算法,将真实的坐标加密成虚假的坐标。加偏处理不是线性的加偏,所以各地的偏移情况都会有所不同。加密后的坐标也常被人称为火星坐标系统。

        所有的电子地图、导航设备,都需要加入该保密插件。第一步,地图公司测绘地图,测绘完成后,送到国家测绘局,将真实坐标的电子地图,加密成“火星坐标”,这样的地图才是可以出版和发布的,然后才可以让GPS公司处理。第二步,所有的GPS公司,只要需要汽车导航的,需要用到导航电子地图的,都需要在软件中加入该保密算法,将COM口读出来的真实的坐标信号,加密转换成ZF要求的保密的坐标。这样,GPS导航仪和导航电子地图就可以完全匹配,GPS也就可以正常工作了。

        GCJ-02是由中国国家测绘局(G表示Guojia国家,C表示Cehui测绘,J表示Ju局)制订的地理信息系统的坐标系统。

        它其实就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,即加入随机的偏差,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大家称为“火星坐标系统”。Google Map中国、高德和腾讯地图使用,这个是中国自己在WGS84基础上加密而成,目的显而易见。

        该坐标系的坐标值为经纬度格式,单位为度。

        这里的GCJ02经纬度投影,也就是在WGS84经纬度的基础之上,进行GCJ-02加偏

综上所述,其实火星坐标系和GCJ-02是同一种事物,它是国家测量(绘)局制定的02号标准,是一种对经纬度坐标进行非线性的随机加偏算法

为了响应国家制定的标准,国内所有在线地图服务商(如百度地图、高德地图、搜狗地图和SOSO地图等)和国外所有在线地图服务商(如谷歌地图、必应地图和雅虎地图等)都必须进行GCJ-02加密才对公众进行开放,这就是为什么大家在用地图时总是发现有偏移的原因。

GCJ-02只是一种坐标偏移标准(算法),对投影没有任何限制,如果再以投影为基础作细分,则可以分为GCJ-02经纬度投影和GCJ-02 Web 墨卡托投影。在水经注万能地图下载器无论是导入或导出矢量数据时都可以对GCJ-02经纬度投影和GCJ-02墨卡托投影进行很好的支持

(四)GCJ02 Web 墨卡托投影

    GCJ-02是由中国国家测绘局(G表示Guojia国家,C表示Cehui测绘,J表示Ju局)制订的地理信息系统的坐标系统。

    它其实就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大家称为“火星坐标系统”。

    该坐标系的坐标值为Web墨卡托格式,单位为米。

    这里的GCJ02 Web 墨卡托,也就是在标准Web默卡托的基础之上,进行GCJ-02加偏。

(五)BD09 经纬度投影

    BD09经纬度投影属于百度坐标系,只适用于百度地图的相关产品,它是在标准经纬度的基础上进行GCJ-02加偏之后,再加上百度自身的加偏算法,也就是在标准经纬度的基础之上进行了两次加偏。

    该坐标系的坐标值为经纬度格式,单位为度。

(六)BD09 Web 墨卡托影

    BD09 Web 墨卡托属于百度坐标系,它是在标准Web墨卡托的基础上进行GCJ-02加偏之后,再加上百度自身的加偏算法,也就是在Web墨卡托的基础之上进行了两次加偏。

    该坐标系的坐标值为Web墨卡托格式,单位为米。

(七)CGCS2000坐标系

    2000中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000),又称之为2000国家大地坐标系,是中国新一代大地坐标系,21世纪初已在中国正式实施。

    20世纪50年代,为满足测绘工作的迫切需要,中国采用了1954年北京坐标系。1954年之后,随着天文大地网布设任务的完成,通过天文大地网整体平差,于20世纪80年代初中国又建立了1980西安坐标系。1954北京坐标系和1980西安坐标系在中国的经济建设和国防建设中发挥了巨大作用。

简称CGCS2000(4490) 。天地图采用的就是这个。可以提供高精度三维坐标,它是以地球质量中心为原点的地心坐标系,可以满足航天、海洋、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的多种需求。

(八)北京54坐标系

    中国成立以后,我国大地测量进入了全面发展时期,在全国范围内开展了正规的,全面的大地测量和测图工作,迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的"一边倒"政治趋向,故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数,并与前苏联1942年坐标系进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系,定名为1954年北京坐标系。因此,1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。T.A的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

    自北京54坐标系统建立以来,在该坐标系内进行了许多地区的局部平差,其成果得到了广泛的应用。但是随着测绘新理论·新技术的不断发展,人们发现该坐标系存在很多缺点,为此,我国在1978年在西安召开了"全国天文大地网整体平差会议",提出了建立属于我国自己的大地坐标系,即后来的1980西安坐标系。

简称beijing54(4214) ,北京54坐标系(BJZ54),二维坐标,现已退出历史舞台。2018年12月14日,自然资源部宣布自2019年1月1日起,全面停止向社会提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系基础测绘成果。

(九)西安80坐标系

    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,建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据,即IAG 75地球椭球体。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇,位于西安市西北方向约60公里。

简称xian80(4610) , 1980年西安坐标系,又简称西安大地原点,二维坐标,现已退出历史舞台。2018年12月14日,自然资源部宣布自2019年1月1日起,全面停止向社会提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系基础测绘成果。

j​​​​​​​​​​​​​​j​​​​​​​GCJ02/BD09/80/54/2000常用坐标系详解-投影转换-高清卫星地图下载器_离线地图发布_水经微图地图下载器-水经注GIS (rivermap.cn)

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