GIS坐标系简介

大家都知道地球是一个不规则的椭球体，如果我们要测量某一个点位信息，你是没法直接给出这个点的位置信息的，就好比我们直接坐标系，你肯定要知道原点在哪里，你才可以标定出某个位置的信息。

而地球上的点位信息，也是一样的而且相比直角坐标系来说更复杂， 为了解决这个问题，GIS坐标系引入了两个个概念，参考椭球体和大地基准面，有了这两个概念，GIS坐标系对空间位置的定位和数学描述就变得相对简单。

1. 参考椭球体

由于地球表面是凹凸不平的，因此对于地球表面的测量，无法用某一个数学公式来精确表示这个曲面，无法直接在其上面进行精确的测量数据处理。

为了内业计算的方便和准确表示地面点的位置，需要引入一个与大地体非常接近的旋转椭球作为地球的参考形状，即参考椭球体。这个参考椭球体可以逼近大地水准面，并作为地球形状的一种理想化模型来描述地球的基本特征。通过大量观测数据和数学计算，可以得到参考椭球体的参数，如椭率、长半轴和短半轴等，这些参数进一步定义了椭球体的形状和大小。

有了参考椭球体，我们可以将其作为测量和制图的几何模型，便于地球表面的空间定位和数学描述。这对于地理信息系统（GIS）来说尤为重要，它使得空间数据可以统一标准进行处理和分析，提高了地理信息的准确性和可用性。

2. 大地基准面

确定了一个规则的椭球表面以后，我们会发现还有一个问题，参考椭球体是对地球的抽象，因此其并不能与地球表面完全重合，在设置参考椭球体的时候必然会出现有的地方贴近的好（参考椭球体与地球表面位置接近），有地地方贴近的不好的问题，因此这里还需要一个大地基准面来控制参考椭球和地球的相对位置，这是地球表面的第三级逼近。

简单理解就是大地基准面就是调整参考椭球体与地球表面贴合度的，以保证局部的高精度，比如我国常用的西安80坐标系其实就是我们的一个大地基准面，它是以1975地球椭球体（IAG75）作为参考椭球体，其大地原点设在设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇。

GIS坐标系分类

根据使用场景不同，GIS坐标系一般分为地理坐标系和投影坐标系，而地理坐标系根据地心原定的不同又划分为地形坐标系和参心坐标系，具体分类如下：

而投影坐标系根据投影规则的不同具体分为以下几种：

我国常用的坐标系以及其代号

1. 高斯克吕格

高斯-克吕格投影是国内地理坐标系（北京54、西安80、CGCS2000）最常采用的投影坐标系。
我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000）除1：100万以外，均采用高斯-克吕格投影，1：100万地形图采用兰伯特Lambert投影。

高斯克吕格分为3°和6°两种分带方式：

3°分带法：从东经1°30′起，每3°为一带，将全球划分为120个投影带；
3°分带常应用于大比例尺地形图，大于1：1万的地形图均采用3°分带，城建坐标多采用3°分带。

6°分带法：从0°经线（格林威治）起，每6°分为一个投影带，全球共分为60个投影带；6°分带常应用于小比例尺地形图，包括1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万地形图。

比如我们西安的经度范围大概在107—109之间，因此一般选用的都是高斯克吕格的3°分带中央经线108，范围在106.5—109.5之间，带号为36，其表示方法根据经度坐标是否带有带号，有两种表示方法，带带号的CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger zone 36和不带带号的CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger CM 108E(EPSG系统的表示方法)，在Arcgis中的表示CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_36和CGCS2000_3_Degree_GK_CM_108E，其中CM表示中央经线，GK代表高斯-克吕格投影方法。

GIS系统中为了统一表示不同的坐标系，给每一个地理坐标系和投影坐标系都指定了唯一编码，比如CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger zone 36的代号：EPSG:4524

CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger CM 108E的代号：EPSG:4545，而Arcgis中的唯一代号则是WIKD为前缀的。

2. Web Mercator

Web Mercator之所以火起来，是因为Google地图，因为这个坐标系统是 Google Map 最先使用的，或者更确切地说，是Google 最先发明的。在投影过程中，将表示地球的参考椭球体近似的作为正球体处理（正球体半径 R = 椭球体半长轴 a）,这也是为什么它被称为伪墨卡托的原因。

Web墨卡托对应的GIS唯一代号只有一个EPSG:3857, 当然初次之外，我们可能还见过EPSG:900913、EPSG:41001、EPSG:102100，其实这些都是早期Web Mercator

没有被EPSG组织接受前的产物，比如EPSG:900913是Google自定义的，EPSG:41001是OSGEO(Qgis是他们旗下的)组织在定义他们的TMS协议是定义的Web墨卡托代号；而这个EPSG:102100是Arcgis内部使用的代号。

目前EPSG:3857是EPSG官方给出的唯一Web Mercator代号，遇到的以上的代号也可以当作EPSG:3857处理，都没啥问题。

3. UTM横轴墨卡托

UTM坐标系也称为通用横轴墨卡托坐标系，UTM投影自西经180°起每隔经差6°自西向东分带，将地球划分为60个投影带，比如西安的UTM坐标系WGS 84 / UTM zone 49N，对应的代号是EPSG:32649。

好了，本节关于GIS坐标系的知识就梳理到这里，喜欢的朋友欢迎留言关注交流，后续将持续推出GIS类文章，下一篇将主要介绍Geotools读取GIS数据的相关知识，欢迎常来！