隨著網劇《隱秘的角落》的爆紅，笛卡爾與他的心形線的傳說再次重回大眾視野，r＝a(1-sinθ) 就是“心形線”方程式。

笛卡爾法國著名數學家，哲學家，創建了數學坐標系，將數與形聯系起來，開創了解析幾何的先河。但作為一名GISer應該都知道數學坐標系并非測量坐標系。

GIS中的坐標系統就像謎一般的存在，只要是涉及到坐標系統的相關問題，不管是測繪地信還是國土規劃，大家都好像是似懂非懂的狀態。

但坐標系卻是解決各類空間數據問題的基礎，如果坐標系產生了偏差，再漂亮的分析都會喪失說服力。

今天這篇干貨將帶你去了解GIS坐標系的相關知識，讓行業小白能有大概的印象，不再被坐標系問題實名勸退。首先，就讓我們先了解一下坐標系統究竟是什么？

【坐標系統概念】

坐標系統，是描述物質存在的空間位置的參照系，通過定義特定基準及其參數形式來實現。坐標系其實是一種常用的輔助方法，為了描述或確定點的位置，使坐標更具有實際意義。

說起GIS的坐標系統，就不得不說起這樣幾個概念——大地水準面，旋轉橢球體，大地基準面。

大地水準面的定義由德國的大地測量學家利斯延于1873提出：假想一個與靜止的平均海水面重合并延伸到大陸內部的封閉曲面，這個曲面就是大地水準面。

物理學中我們知道，只有當所受重力處處相等時，平均海水面才會呈現靜止狀態。因此大地水準面≈平均海水面，是一個重力等位面。

并且由于地球表面起伏不平，內部質量分布不勻，地球重力場的分布也不一致，從而導致大地水準面是一個略有起伏的不規則曲面。所以大地水準面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是高程測量中正高系統的起始表面。

但一個不規則的曲面是無法用數學表達式來準確描述的，所以就需要二次逼近。因此人們就選擇了一個非常接近于并且能用數學模型表達的曲面代替大地水準面，這個曲面就是旋轉橢球面，旋轉橢球面包圍的數學形體就是旋轉橢球體。

對于大地基準面，它是所有大地水準面的數學模型，定義了一個點在地表上的原點之間的關系。

舉一個 ，地球是一個表面凹凸不平的“丑橘”，橢球體好似一個“鵝蛋”，基準面就是定義了如何利用“鵝蛋”去逼近“丑橘”的某一個表面，可能是偏移，旋轉坐標軸，大小不一縮放“鵝蛋”也是有可能的。北京54，西安80實際上就是我國的大地基準面。但北京54的大地原點并不在北京，而在前蘇聯的普爾科沃。

所有的逼近都是為了更準確的計算，描述地球這個不規則的曲面，除了北京54，西安80，WGS84，高斯克呂格投影，UTM投影等也是GIS中常用的坐標系。

針對常用的GIS坐標系統，主要是分為了地理坐標系、投影坐標系和空間直角坐標系。（空間直角坐標系相對來說更為復雜，下期一起探索吧！）

【常用坐標系分類】

我們常聽說火箭發射位于某某地，東經XX度，北緯XX度，這里的東經北緯就是我們所說的地理坐標系（GCS）。

地理坐標系|圖片來源于百度

地理坐標系為球面坐標，是把地球當作一個球體來看待即參考平面地是橢球面，以球心為參照點，通過經緯度找出需要的坐標點，坐標單位為經緯度。北京54，西安80，WGS84，CGCS2000等都是地理坐標系。

然而，經緯度是不帶單位的，度分秒也僅僅是進制而已，因此地理坐標系并不能滿足定量的地圖分析和空間分析，就需要新的坐標系，由此就誕生了投影坐標系。

投影示例|圖片來源于百度

說明投影坐標系之前，我們需要先知曉一下投影的概念。通俗來說，投影就是一束光線透過物體打到平面上，使得物體產生的陰影形狀，投影也是坐標系的一種屬性。

當投影面發生變化時，可以是曲面，圓錐面，圓柱面等......這就會產生不同的投影，不同的投影有不同的用途。

投影坐標系（PCS）為平面坐標，參考平面地是水平面，單位是米，千米等。它是指將地球這個球體垂直投影在一個平面上。高斯克呂格投影，墨卡托投影，UTM投影等都屬于投影坐標系。

投影坐標系

由此我們可以知道：

?地理坐標系屬于三維球體，投影坐標系是二維平面，兩者架構不同；

?PCS=GCS+投影方式：投影坐標系是基于地理坐標系的，沒有地理坐標系，就無從談起投影坐標系；

?一張地圖一定有坐標系，而一個坐標系可以有投影也可以沒投影。

從狹義上來說，地理坐標系統還分為了參心坐標系和地心坐標系。

物理學中闡述，物體均有其質心，且密度處處相等的物體的質心在其幾何中心。因此地球也是有且僅有一個質心，數據有所偏差也許是測量精確度的問題。

所以，以地球質心為旋轉橢球面的中心的坐標系叫做地心坐標系。CGCS2000，WGS84都是地心坐標系。

地心坐標系|圖片來源于百度

地心坐標系被廣泛用于衛星大地測量、全球性導航和地球動態研究，但對于描述國家的地形地貌圖就存在局限性，一幅地圖用途是服務國家，因此地圖上對國家地形地貌的相關描述就要盡可能準確，盡量減小誤差。

為了解決這一問題，人們就人為的把地球質心“移走”，將局部的表面“貼到”該國的國土，使誤差盡量減小到最小。于是就出現了所謂的“參心坐標系”：即橢球中心不在地球質心的坐標系。北京54，西安80等都屬于參心坐標系。

西安80參心坐標系

另外還有一些其他的坐標系，如火星坐標系、百度坐標系等，這些坐標系都是在國家大地坐標系的基礎上做了一定的偏移，目的是為了保護真實的坐標，防止泄密。

有人不禁會問，為什么有這么多的坐標系？如此之多，難免混淆啊。

【不同坐標系存在意義】

還是由于地球是一個不規則橢圓，地球表面地理環境非常復雜，同一坐標系在不同區域的適用性并不能一概而論。不同尺度不同層面的地球表面，都要選擇適用于它的模擬球面去參照，從而來提高精度，這就是為什么會有這么多坐標系的原因。

地球表面

存在這么多的坐標系，不同的坐標系之間，就不可避免的需要進行坐標轉換。坐標轉換操作也是測繪、地信、規劃等行業中常見的問題，大家一旦遇到此問題就愁眉不展。坐標轉換為何如此讓人望而生畏呢？原理方法先了解一下。

【坐標轉換原理與方法】

坐標轉換是在不同的坐標系體系下，比如在地理坐標系中和投影坐標系中，同一個點的坐標會因為參照系的改變而發生變化，所以不同坐標系之間就需要通過平移，旋轉等方式來達到統一。

空間直角坐標轉換

GIS中的坐標系轉換涉及空間的平移，旋轉，所以并非易事。而且在不同情況下，坐標轉換還需要引入轉換參數，也就是參考變量，用來說明因其變化而變化的量。引入變量可能是1個，4個，甚至是7個。

想想數學方程式中3個未知數就已經讓我們神魂顛倒，更何況是七個啊，望而卻步大概也就是如此了。不僅僅需要引入參數，不同類型的坐標系轉換分類就更加不勝枚舉。簡單列舉坐標轉換的兩種情況：

01同一參考橢球下的坐標轉換

：北京54的大地坐標系轉換到北京54的高斯平面直角坐標系是在同一參考橢球體范疇內的坐標轉換。換句話說：北京54平面是北京54大地坐標系投影得來的。那么，這種轉換只需投影參數就可以轉換了。

02不同參考橢球下的坐標轉換

：不同參考橢球下的坐標轉換實質是基準的轉換，這種轉換比較復雜且不嚴密。例如北京54大地坐標系轉換為WGS84大地坐標系。他們坐標原點不一致，相應的坐標軸也是不平行的，考慮的因素就非常多。

這樣的情況主要是利用轉換模型來解決，七參數和四參數就是兩種不同維度的轉換模型。轉換模型的計算難度非常大，涉及到線性代數，矩陣變換，平差計算，簡直如噩夢般。

慶幸的是可以借助一些地信軟件產品來解決坐標轉換問題。就以中國省級區劃數據為例，WGS84坐標，將其轉換為CGCS2000坐標系，坐標轉換工具是超擎地圖云平臺。

step1：將坐標系為WGS84的中國省級行政區劃數據導入地圖云平臺。

數據導入

step2：進入數據預覽界面，可以查看數據相關屬性值，如果數據有亂碼可以選擇字段編碼進行修改。

數據預覽

step3：選擇坐標系。平臺會默認讀取顯示原始坐標系。這里原始坐標系就是WGS84了，轉換為CGCS2000,目標坐標系就選擇中國2000地理坐標即可轉換成功。

坐標轉換

地圖云平臺支持300多種坐標系的存儲和轉換，數據導入導出即可實現坐標轉換，轉換完成的數據也可以對接ArcGIS,QGIS等主流地信軟件。

坐標轉換對接ArcGIS|制作工具by超擎地圖云

除此之外，我們還經常遇到，將不同坐標系，數據導入地信軟件中時，會發生圖形變形或者出現偏差的情況。這是不同坐標系坐標尺度不同所導致。因此，在GIS中做相關分析時，坐標系統一是前提！

目前，國家要求統一使用CGCS2000坐標系。因為北京54和西安80對我國全部國土面積近三分之一的海域領土不適用，也無法提供高精度的三維坐標，所以統一使用CGCS2000也是大勢所趨。

當然，坐標系知識遠遠不止于此，關注【超擎時空】下期帶你探索空間直角坐標系、投影坐標系的其他相關知識。

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的wgs84坐标格式转换度分秒_一起爬山吗？寻找GIS坐标系统中“隐秘的角落”的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。