文章目录

一、国内的常用坐标系
- 1.1 坐标系简介
- 1.2 国内各地图厂家坐标系
- 1.3位置数据坐标系分析
二、坐标系介绍
- 2.1 WGS-84坐标系：
- 2.2 CGCS2000
- 2.3 GCJ02 坐标系
- 2.4 BD09坐标系
- 2.5.墨卡托投影法
- 2.6. Pseudo-Mercator投影
- 2.7BD09MC投影
- 2.8. UTM投影
三、各厂家地图偏移说明
- 3.1 为什么天地图没有偏移
- 3.2 为什么谷歌地球没有偏移
- 3.3 为什么谷歌卫星地图（国外服务器）没有偏移？
- 3.4为什么必应卫星地图没有偏移？
- 3.5为什么OpenStreetMap地图没有偏移？

一、国内的常用坐标系

1.1 坐标系简介

WGS84\GCJ02\CGCS2000\BD09是地心坐标系，坐标表现形式为经度、纬度。
Pseudo-Mercator\UTM\BD09MC是投影坐标系，坐标表现形式为x、y。
WGS84\CGCS2000是原始坐标系，GCJ02\BD09是加密坐标系。

1.2 国内各地图厂家坐标系

厂商	国内	国外
天地图	CGCS2000和Pseudo-Mercator投影坐标系	CGCS2000和Pseudo-Mercator投影坐标系
谷歌	已停用街道图是GCJ-02,数据来源于高德，两者互通卫星图采用的是全84坐标系,导致在我国区域谷歌地图的街景和卫星图不重合	WGS84坐标系和Pseudo-Mercator投影坐标系
OSM	无	WGS84坐标系和Pseudo-Mercator投影坐标系
百度	BD09和BD09MC投影坐标系(包括港澳台) 1）BD09是在GCJ-02坐标系基础上再次加密 2）支持WGS-84、GCJ-02转换成BD09，反向不支持，并且批量转换一次有条数限制	WGS-84
高德	GCJ-02和Pseudo-Mercator投影坐标系 1）WGS-84->GCJ-02（高德有接口提供，反过来没有） 2）MapABC 是高德集团底下的图盟公司，主要面向大众型企业或政府机关，并提供付费的有偿服务, 3）Amap和MapABC，数据和服务都是共享的	无
腾讯	GCJ-02和Pseudo-Mercator投影坐标系	无
Bing	街道:GCJ-02 卫星图:WGS84或CGCS2000	WGS-84

1.3位置数据坐标系分析

国内Android系统手机采集的AGPS数据是GCJ02坐标系的，GPS数据应该为WGS84；
RTK和一些PDA设备采集的GPS数据是WGS84坐标系的；
IOS系统手机采集的AGPS数据是WGS84坐标系的；
GPS芯片原生得到的是坐标是84坐标，在我国，必须要得到授权后，才可以得到并使用02坐标系的加密方式，并且可以在我国02坐标系下进行使用。而国内几家大公司的地图的sdk，由于得到了国家的许可，提供了相应的sdk，可以通过调用sdk的方式得到02坐标系下的坐标值；
北斗芯片获取的定位数据是CGCS2000坐标系的。

二、坐标系介绍

2.1 WGS-84坐标系：

全称，World Geodetic System-1984，既1984年的全球坐标系统。
美国GPS系统使用的是WGS84坐标系，受益于GPS系统的发展，现在全球用的最多的坐标系就是WGS84坐标系，它的EPSG编码是4326。（EPSG是大地基准面、空间参考系统、地球椭球体、坐标转换和相关度量单位的公共注册中心，它为每个坐标系都分配有一个编码）。
WGS84坐标系的坐标原点为地球质心，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。
WGS84坐标系的EPSG编码为4326，赤道半径为6378137，扁率为1/298.257223565，是目前应用最为广泛的坐标系统，只要跟GPS定位相关，使用的都是WGS84坐标系，谷歌、OSM也用的WGS84坐标系，很多软件（QGIS、ARCGIS）、前端脚本库（leaflet、mapbox、openlayer），在没有特别声明的时候，默认数据使用是WGS84坐标。

2.2 CGCS2000

China Geodetic Coordinate System 2000，2000国家大地坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，它的EPSG编码为，4490。
2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。
相较于WGS84，CGCS2000坐标系的区别主要在于，它采用的是2000年的地球物理和大地测量的结果平差计算而设定的，坐标系Z轴指向历元2000的地球参考极方向，这些差异对高精数据有影响，但对于精度在10m以上的数据来说，这些差异可以忽略不计。
很多软件和框架都还没有兼容CGCS2000坐标系，我们在使用CGCS2000坐标系的数据的时候，可以设置为WGS84坐标系，这样也便于传输和查阅。
天地图采用的是CGCS2000坐标系
既非高精度的大多数情况下，我们可以认为WGS84坐标系=CGCS2000坐标系,2000坐标系与WGS84坐标系偏差不大，因为CGCS2000坐标系与WGS84坐标系的原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的，参考椭球的参数略有不同而已。相同的坐标点，在CGCS2000与WGS84下，经度是相同的，只在纬度上存有0.11mm上下的区别，可以忽略掉。。

2.3 GCJ02 坐标系

为了数据安全和保密，通过地形图非线性保密处理算法（俗称火星加密）加密过的WGS84坐标系，俗称国测局坐标系，或火星坐标系。

GCJ02坐标系与WGS84坐标系之间的偏差大概在50-700m左右。

目前国内大部分地图底图和矢量数据（除了LBS服务的坐标数据，还包括Android手机的定位数据）都使用GCJ02坐标系，为了使GCJ02坐标系的底图与数据和WGS84坐标系的底图与数据适配，通常会使用坐标系纠偏算法，将坐标系统一。

各种形式的纠偏算法，JavaScript、java、python等，都可以在网上搜索到，数据处理和webgis开发，坐标系纠偏与数据融合统一是很重要的环节。

通过对原始数据和加偏后的数据进行分析，猜测加偏的算法大概是，使用克拉索夫斯基椭球的参数，将原始坐标对应经线和纬线上的偏差转为弧度后，与原始坐标相加，形成加偏坐标。

这个算法非常优秀，它既能保证GCJ02坐标系，相对于WGS84坐标系的线性单调性；又能保证GCJ02坐标系在伪距墨卡托投影下，相对于WGS84坐标系在伪距墨卡托投影下的线性单调性；既能保证数据在加偏后，仍能维持实际的空间相对位置，又能保证数据可以无损的纠偏回去。

GCJ02坐标系是一种加密坐标系，目前国内大部分地图底图（高德、腾讯）和矢量数据（图商的LBS服务和Android手机的定位数据）都使用的是GCJ02坐标系，GCJ02的加密算法非常精妙，地图底图和矢量数据在使用之前，需要将坐标系进行统一。

2.4 BD09坐标系

D09坐标系是百度地图使用的地心坐标系，2009年，百度地图在GCJ02的基础上，做了二次加密，形成了BD09坐标系。坐标系的命名规则是首写字母+年份，BD09是2009年提出的，GCJ02是2002年提出的，CGCS2000是2000年提出的，WGS84是1984年提出的。）
BD09坐标系大概是先将GCJ02坐标转为极坐标后，添加一个常量做偏移值，再将偏移后的极坐标转回到直角坐标。
这种加偏算法，仅能保证相对于GCJ02坐标系的线性单调性，无法保证投影后的线性单调性，所以百度地图的墨卡托投影需要分区域进行。
百度地图提供WGS84、GCJ02坐标系向BD09坐标系的转换API;在前端，百度地图也支持声明数据坐标系，以自动适配百度地图底图。
除了百度自己的API外，网上也能搜索到BD09、GCJ02、WGS84坐标系之间的转换方法
因为在GCJ02坐标系的基础上，又做了一次加密，所以百度地图与其他地图的数据兼容性变得很不好。但作为国内硕果仅存的还在做街景的商业地图平台，加之其与echart开源JavaScript库的良好结合，我们很多时候，还需要使用百度地图，这时候，虽然麻烦，但还是需要对它的底图和数据进行坐标系统一。
BD09坐标系是在GCJ02坐标系基础上二次加密而成，仅有百度地图在用，但百度地图有街景、有三维、有echart，很多情况下，我们需要使用百度地图的底图和数据，这时候，就需要对坐标系进行统一了，百度地图webAPI和js API都支持坐标系的转换。

2.5.墨卡托投影法

在说其他投影坐标系之前，我们先来了解一下墨卡托投影法，因为它是所有网络地图投影的基础。
墨卡托投影法，又称麦卡托投影法、正轴等角圆柱投影，是一种等角的圆柱形地图投影法。
本投影法得名于法兰德斯出身的地理学家杰拉杜斯·墨卡托，他于1569年发表长202公分、宽124公分以此方式绘制的世界地图。在以此投影法绘制的地图上，经纬线于任何位置皆垂直相交，使世界地图可以绘制在一个长方形上。由于可显示任两点间的正确方位，航海用途的海图、航路图大都以此方式绘制。在该投影中线型比例尺在图中任意一点周围都保持不变，从而可以保持大陆轮廓投影后的角度和形状不变（即等角）；但墨卡托投影会使面积产生变形，极点的比例甚至达到了无穷大。

在制作小比例尺地图的时候，近似认为地球是正球体，将上述中的x和y乘以地球半径，即可形成对应地点的墨卡托投影相对坐标，在制作大比例尺地图的时候，要考虑到地球扁率。
墨卡托投影法是一种等角圆柱形地图投影，它的投影公式计算简单，可以将地球投影到一张长方形图上，它是Web-Mercator投影的基础。

2.6. Pseudo-Mercator投影

Pseudo-Mercator又称Web-Mercator，是墨卡托投影的一种变体，是WGS84坐标系的伪距墨卡托投影，是网络地图应用的标准投影。自从2005年，谷歌地图使用Web-Mercator投影发布自己的瓦片地图起，后续的图商OSM、高德、腾讯、百度都沿袭了这种投影方法发布自己的地图。它的EPSG编码为3857。
墨卡托投影在大比例下会考虑地球扁率，但Web-Mercator在所有比例尺下都使用球面公式，会导致局部地区的地图偏离同一比例尺下的椭球面墨卡托地图。离赤道越远，偏差就越明显，在地面上可以达到40 km。
因为很多人不知道Web-Mercator和墨卡托投影有这样的差别，导致两者经常被乱用，为了避免投影乱用，致使数据混淆，很多官方机构规定正规途径禁用Web-Mercator投影。
通常情况，Web-Mercator投影仅在网络地图上使用。
Web-Mercator投影公式与标准球面墨卡托的公式基本相同，但将世界坐标调整为左上角为(0, 0)，右下角为(256, 256)的正方形，假设地图投影在一个256像素*256像素的图幅上：

其中x和y是像素坐标，λ是经度，φ是纬度，pixel是像素，zoom level是地图瓦片比例尺层级。
Web-Mercator投影的数据覆盖范围在经度[-180°,180°]，纬度[-85.051129°, 85.051129°]之间，这有两个好处，其一是避免将极点投影到无穷远处，其二是能将整个投影地图变成正方形；虽然它会把部分南北极地区截掉，但毕竟，除了极为特殊的情况外，企鹅和北极熊不看网络地图。
Web-Mercator投影的缺点是变形失真比较严重，不适用于大比例尺、高精度数据的显示；但优点也很明显，投影公式计算简单，投影结果是正方形，切图方便，坐标结果是各层级的像素坐标。
Web-Mercator投影坐标系是网络地图的投影坐标系，几乎所有的网络地图都使用这种投影，它的投影结果是正方形的，计算简单，切图方便。

2.7BD09MC投影

BD09MC是BD09坐标系的Web-Mercator投影坐标系。
前文已经说过，GCJ02坐标系是WGS84坐标系的加密结果，GCJ02坐标系相对于WGS84坐标保证了投影后的线性单调性，所以GCJ02坐标系可以直接使用Web-Mercator投影，但作为GCJ02坐标系的二次加密结果BD09坐标系没有做到投影后的线性单调性，为了保障投影后的线性单调性，百度地图基于Web-Mercator投影进行了修改，加入了常量矩阵，分区域对投影结果进行纠正。
因为BD09坐标系采用极坐标加常量的方法进行偏移，所以BD09MC投影不是基于正球体的，而是椭球，其椭球赤道半径a=6378206m，极半径b=6356584.314245179m，数据覆盖范围与Web-Mercator投影一致。
BD09MC投影坐标系与Web-Mercator投影坐标系之间的转换可参见：https://blog.csdn.net/sinat_41310868/article/details/113791826。
地图底图瓦片栅格的转换，考虑到精度要求不需要太高，通常情况下，仅需进行瓦片中心点坐标的平移即可。
因为BD09坐标系是极坐标加常量加密，无法保证投影后的线性单调性，所以BD09MC投影坐标系需要在BD09坐标系进行Web-Mercator投影后，进行坐标纠正。因为精度不需要太高，地图瓦片的坐标纠正，仅需进行瓦片中心点坐标的平移即可。

2.8. UTM投影

Universal Transverse Mercator，通用横轴墨卡托投影，是一种国际标准化的地图投影法。使用笛卡尔坐标系，标记南纬80°至北纬84°之间的所有位置，它的坐标基础是WGS84坐标系，因为UTM是一种分度带投影，所以不同经度区间的UTM投影坐标系的EPSG编码不同。
UTM采用网格编码，每个网格的编码经度在前，纬度在后。
经度区间，每6°被编排为一经度区间。每一个经度区间均以一个数字表示，由西向东数以01至60编排。
纬度区间，从南纬80°开始，每8°被编排为一个纬度区间，而最北的纬度区间（北纬74°以北）则被延伸至北纬84°，以覆盖世界上大部分陆地。每一个纬度区间均以一个英文字母表示，由南向北数以C至X编排。
具体情况如下图︰

在网格编码的基础上，某一点的UTM坐标表示为该点所在的网格编码，加上该点由网格西南角起向北和向东的距离（细分网格数）。
坐标可由不同位数的数字组成，根据精确度而定。
如下图，假设在一个大网格（例如17T）中，网格被不断以1010的尺度被细分（第一次细分为100100）。
A点的UTM细分坐标为17T 11 83，B点的UTM细分坐标为17T 106 827，C点的细分坐标为17T 1085 8255。

通常，一些自动驾驶项目采集的高精地图数据（点云、街景）是UTM投影坐标系的。某些网站上的卫星影像和自然资源数据，也使用UTM投影编码进行索引。
UTM是通用横轴墨卡托投影，以细分网格的方式表示地球上的区间，一些高精地图数据使用的是UTM投影坐标系，某些网站上的卫星影像和自然资源数据，也是用UTM投影编码进行索引。
UTM投影坐标系经常应用在无人驾驶及高精地图上面

三、各厂家地图偏移说明

3.1 为什么天地图没有偏移

天地图是在国测局主导下生产建设的地图，是为了促进地理信息资源共享和高效利用，提高测绘地理信息公共服务能力和水平，改进测绘地理信息成果的服务方式，更好地满足国家信息化建设的需要，为社会公众的工作和生活提供方便。这样一个关乎国家民生的地图，你说能随意偏移吗，有必要偏移吗？
那么为什么其它百度或高德等公众地图就一定要用GCJ-02加密呢？制作过地图或搞过测绘的朋友一定了解，对于国家一些重要的机构是不能出现在地图中的（有地图测绘相关的法律法规），比如一些军事管理区或国防战备设施等，它就像一柄利剑，且能随意示人？对于这些敏感的重要信息，国家天地图肯定是可以进行了严格管控的，但对于其它商用地图，在监管困难的情况下，于是就制定了GCJ-02标准，这就是商用地图必须要采用GCJ-02加密的根本原因。

3.2 为什么谷歌地球没有偏移

谷歌地球（GoogleEarth）是针对全球的，坐标完全没有偏移，由于没有详细的标注信息，服务器不在国内，且也不是主要针对国内用户，因此ZF也没有对其采取强硬措施，但现在谷歌地球（GoogleEarth）越来越难登录，一般需要采取翻墙才能访问，这是不争的事实。

3.3 为什么谷歌卫星地图（国外服务器）没有偏移？

Web版谷歌地图分两种，一种是谷歌国外服务器在线地图，通过map.google.com访问，一个是谷歌国内服务器在线地图，通过map.google.cn访问。而谷歌国外服务器在线地图，也分三种，分别是谷歌卫星地图、谷歌电子地图和谷歌地表地形图。
谷歌卫星地图同谷歌地球（GoogleEarth）一样，谷歌国外服务器在线地图的卫星地图，由于服务器不在国内，且也不是主要针对国内用户，因此卫星地图是没有偏移的，也没有详细的标注信息，而且访问也需要翻墙才可以。它与谷歌地球（GoogleEarth）卫星影像的主要区别是采用的坐标系是WGS84 Web墨卡托投影且有Google水印，而谷歌地球（GoogleEarth）卫星影像采用的是WGS84地球坐标系且没有Google水印，它们的共同点是坐标都没有偏移。
对于谷歌电子地图和谷歌地表地形图而言，由于有详细的标注信息，也在国家的管控下进行了GCJ-02加密。

3.4为什么必应卫星地图没有偏移？

必应卫星地图的情况与谷歌卫星地图（国外服务）基本相同，投影为WGS84 Web 墨卡托且坐标没有偏移，而必应电子地图还是有偏移的。

3.5为什么OpenStreetMap地图没有偏移？

OpenStreetMap是一个网上地图协作计划，目标是创造一个内容自由且能让所有人编辑的世界地图，相对于其它主流地图来讲，可能影响力还没有这么大，国内用户用得相对较少，信息的详细程序也比较有限，因此ZF还没有对其进行管控。

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