GIS投影、坐标系、坐标系转换
整理GIS基础知识，投影，坐标系问题。
1. 大地测量学 (Geodesy)
大地测量学是一门量测和描绘地球表面的学科，也包括确定地球重力场和海底地形。
1.1 大地水准面 (geoid)
大地水准面是海洋表面在排除风力、潮汐等其它影响，只考虑重力和自转影响下的形状，这个形状延伸过陆地，生成一个密闭的曲面。虽然我们通常说地球是一个球体或者椭球体，但是由于地球引力分布不均（因为密度不同等原因），大地水准面是一个不规则的光滑曲面。虽然不规则，但是可以近似地表示为一个椭球体，这个椭球体被 称为参考椭球体（Reference ellipsoid）。大地水准面相对于参考椭球体的高度被称为 Undulation of the geoid 。这个波动并不是非常大，最高在冰岛为85m，最低在印度南部为 −106 m，一共不到200m。下图来自维基百科，表示 EGM96 geoid 下不同地区的 Undulation。
1.2 参考椭球体（Reference ellipsoid）
参考椭球体（Reference ellipsoid）是一个数学上定义的地球表面，它近似于大地水准面。因为是几何模型，可以用长半轴、短半轴和扁率来确定。我们通常所说的经度、纬度以及高度都以此为基础。
一方面，我们对地球形状的测量随着时间迁移而不断精确，另一方面，因为大地水准面并不规则，地球上不同地区往往需要使用不同的参考椭球体，来尽可能适合当地的大地水准面。历史上出现了很多不同的参考椭球体，很多还仍然在使用中。国内过去使用过“北京54”和“西安90”两个坐标系，其中北京54使用的是克拉索夫斯基（Krasovsky）1940的参考椭球，西安80使用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届大会推荐的参考椭球。当前世界范围内更普遍使用的是WGS所定义的参考椭球。
2. 坐标系（coordinate system）
有了参考椭球体这样的几何模型后，就可以定义坐标系来进行描述位置，测量距离等操作，通常有两种坐标系 地理坐标系（geographic coordinate systems） 和 投影坐标系（projected coordinate systems）。
2.1 地理坐标系（Geographic coordinate system）
地理坐标系一般是指由经度、纬度和高度组成的坐标系，能够标示地球上的任何一个位置。
前面提到了，不同地区可能会使用不同的参考椭球体，即使是使用相同的椭球体，也可能会为了让椭球体更好地吻合当地的大地水准面，而调整椭球体的方位，甚至大小。这就需要使用不同的大地测量系统（Geodetic datum）来标识。
因此，对于地球上某一个位置来说，使用不同的测量系统，得到的坐标是不一样的。我们在处理地理数据时，必须先确认数据所用的测量系统。
事实上，随着我们对地球形状测量的越来越精确，北美使用的 NAD83 基准和欧洲使用的 ETRS89 基准，与 WGS 84 基准是基本一致的，甚至我国的 CGCS2000 与WGS84之间的差异也是非常小的。但是差异非常小，不代表完全一致，以 NAD83 为例，因为它要保证北美地区的恒定，所以它与 WGS84 之间的差异在不断变化，对于美国大部分地区来说，每年有1-2cm的差异。
2.1.1 地理坐标系的列举
我们通常用经纬度来表示一个地理位置，但是由于一些原因，我们从不同渠道得到的经纬度信息可能并不是在同一个坐标系下。
- 高德地图、腾讯地图以及谷歌中国区地图使用的是GCJ-02坐标系
- 百度地图使用的是BD-09坐标系
- 底层接口(HTML5 Geolocation或ios、安卓API)通过GPS设备获取的坐标使用的是WGS-84坐标系
不同的坐标系之间可能有几十到几百米的偏移，所以在开发基于地图的产品，或者做地理数据可视化时，我们需要修正不同坐标系之间的偏差。
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2.1.2 WGS-84 - 世界大地测量系统
WGS-84（World Geodetic System, WGS）是使用最广泛的坐标系，也是世界通用的坐标系，别名有：WGS:1984、EPSG:4326。
GPS设备得到的经纬度就是在WGS84坐标系下的经纬度。
通常通过底层接口得到的定位信息都是WGS84坐标系。
全球除神州外，几乎所有地图商都是使用这个坐标系，比如Google地图使用的就是WGS84坐标。
2.1.3 GCJ-02 - 国测局坐标系
GCJ-02（G-Guojia国家，C-Cehui测绘，J-Ju局），又被称为火星坐标系，是一种基于WGS-84制定的大地测量系统，由中国国测局制定。此坐标系所采用的混淆算法会在经纬度中加入随机的偏移。
由中国国家测绘局制定的地理信息系统的坐标，国内出版的各种地图坐标系统（包括电子地图），必须至少采用GCJ02对WGS84进行首次加密。
GCJ-02坐标系应用的一些地图列举：google中国地图、soso地图、aliyun地图、mapabc地图和高德地图等。
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