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。

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