浅谈GIS中几种常用的坐标系统与投影系统

对于坐标系和坐标系之间转换的记录是油生已久的想法，总的来说，坐标系这个概念从毕业以后，参与的两份工作中都离不开它。

由于相关内容较多，重点按照链接在后面介绍中一一做记录。

坐标系是用于表示地理要素、影像和观测结果的参考系统。每个坐标系通常有测量框架、测量单位、测量属性等相关问题的定义。

首先给出名词解释：

地理坐标系统(Geographic Coordinate System)：

是一种球面坐标，地理坐标系统是使用经纬度来定义球面或椭球面上点的位置的参照系统，是一种球面坐标。最常见的位置参考坐标系统就是以经纬度来量算的球面坐标系统。地球坐标系统不是地图投影，只是对球体或椭球体的模仿。地理坐标系统有经线和纬线组成，经纬度以地心与地表点之间的夹角来量算的，通常以度分秒（DMS）来度量。地理坐标系统使用一个三维椭球体来定义地球上的位置，其经常被误认为是一个数据，但是数据仅仅是地理坐标系统的一部分，地理坐标系统包括角度单位、本初子午线和数据（数据是基于椭球体）。地理坐标系统参数必须具备Spheroid和Datum两个基本条件，系统才算完整。

投影坐标系统(Projection Coordinate System)：

是平面坐标，在球面坐标上进行测量非常困难，所以地理数据通常都要投影到平面坐标上。投影坐标系统是定义在一个二维平面的坐标系统，与地理坐标系统不同的是，投影坐标系统在二维平面上有着恒定的长度、角度和面积，投影坐标系统总是基于地理坐标系统，而地理坐标系统又是基于球体或椭球体。在投影坐标系统中，以网格中心为原点，使用x，y坐标来定位，每个位置用两个值确定（水平方向和垂直方向）。 ---------------------来自百度

地图投影：

实际上是一种三维平面到二维平面的转换方式，换句话说，地图投影旨在建立地表点与投影表面之间的一一对应关系，地图投影即可是表示整个地表，也可表示其中的一部分。地图投影在早期是指将光源透过椭球体照射到二维平面上来实现这一过程、由于地球椭球体是不可展曲面，不可能用物理的方法将其展为平面。所以用地图投影方法。地图投影，就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，使地面点的地理坐标与地图上相应点的平面直角坐标或平面极坐标间，建立一一对应的函数关系。 ---------------------来自百度

参心坐标系（reference-ellipsoid-centric coordinate system）：

是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系。“参心”意指参考椭球的中心。

通常分为：参心空间直角坐标系（以x，y，z为其坐标元素）和参心大地坐标系（以B，L，H为其坐标元素）。参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。在测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。

参心大地坐标的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定。

北京54和西安80均为参心坐标系。

地心坐标系（geocentric coordinate system）：

以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合。人造地球卫星绕地球运行时，轨道平面时时通过地球的质心，同样对于远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点，参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。因此建立精确的地心坐标系对于卫星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义。

大地坐标系：

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。

地理坐标网（经纬网）：

为了制作和使用地图的方便，高斯－克吕格投影的地图上绘有两种坐标网：地理坐标网和直角坐标网。

在我国1：1万－1：10万地形图上，经纬线只以图廓的形式表现，经纬度数值注记在内图廓的四角，在内外图廓间，绘有黑白相间或仅用短线表示经差、纬差1’的分度带，需要时将对应点相连接，就构成很密的经纬网。在1：20万－1：100万地形图上，直接绘出经纬网，有时还绘有供加密经纬网的加密分割线。纬度注记在东西内外图廓间，经度注记在南北内外图廓间。

直角坐标网（方里网）：

直角坐标网是以每一投影带的中央经线作为纵轴（X轴），赤道作为横轴（Y轴）。纵坐标以赤道我0起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标都是正值。横坐标本应以中央经线为0起算，以东为正，以南为负，但因坐标值有正有负，不便于使用，所以又规定凡横坐标值均加500公里，即等于将纵坐标轴向西移500公里。

然后给出介绍目录：

一、WGS84坐标系与WGS84 Web Mercator

二、CGS2000坐标系

三、北京54坐标系与西安80坐标系

四、GCJ02

五、BD09(百度坐标系)

六、标称投影坐标系与经纬度转换

七、WGS84 UTM

八、Lambert投影

九、Albers投影

十、三参数与七参数

十一、北京54坐标系与西安80坐标系转换

持续更新中。。。。。。