GIS 核心基础：地理坐标系与地图投影简明指南

GIS 核心基础：地理坐标系与地图投影简明指南

一、地理坐标系：空间定位的 "地球语言"

（一）核心概念

• 定义：基于地球椭球体的球面坐标系统，用经纬度（角度）描述位置，如北京坐标（116.4°E, 39.9°N）。

• 核心要素：

• • 大地基准面：定义地球形状（如 WGS84 采用 GRS80 椭球）；

• • 分类：

• • • 地心坐标系（全球统一，如 GPS 使用的 WGS84）；

• • • 参心坐标系（区域局部基准，如中国北京 54、西安 80）。

（二）常用地理坐标系对比

坐标系	基准椭球	应用场景	特点
WGS84	GRS80	全球导航（GPS）	地心基准，精度米级
CGCS2000	GRS80	中国法定基准（天地图）	与 WGS84 误差 < 1cm，支持动态定位
北京 54 / 西安 80	克拉索夫斯基 / IAG75	中国旧有测绘数据	区域基准，存在坐标偏移

二、地图投影：从球面到平面的 "翻译器"

（一）核心作用

• 解决问题：将地球曲面转换为平面地图，必然产生长度、角度、面积变形，需根据用途选择变形最小的投影方式。

• 分类逻辑：

• • 按投影面：圆柱（如墨卡托）、圆锥（如兰伯特）、平面（极地专用）；

• • 按变形性质：等角（导航）、等面积（统计）、任意（地形）。

（二）主流投影解析

投影类型	典型代表	核心特性	应用场景
等角圆柱	墨卡托 / Mercator	经纬线直角相交，高纬度面积夸大	航海图、早期 Web 地图（Google Maps 旧版）
横轴等角圆柱	高斯 - 克吕格 / UTM	分带投影（6°/3° 带），中央经线无变形	中国地形图（1:1 万 - 1:50 万）、全球军事地图
等角圆锥	兰伯特 / LCC	双标准纬线无变形，适合中纬度东西延伸区域	美国地图、中国分省图（如新疆）
等面积圆锥	阿尔伯斯 / Albers	面积无变形，角度长度有偏差	人口密度图、土地利用专题图

三、核心差异对比

维度	地理坐标系	地图投影
维度	三维球面（经纬度）	二维平面（米 / 英尺）
核心功能	位置描述	球面→平面几何转换
变形控制	无（曲面天然属性）	需平衡长度 / 角度 / 面积变形
典型应用	定位导航、数据采集	地图制图、空间分析可视化

四、国内地图服务的 "中国特色"

（一）主流平台投影坐标系

平台	坐标系	技术特点	典型场景
高德地图	GCJ-02（火星坐标）	基于 WGS84 加密，动态偏移（城市 5-10 米误差）	导航规划、物流追踪
百度地图	BD-09（百度坐标）	GCJ-02 二次加密（含旋转偏移）	商业选址、智能出行
天地图	CGCS2000（国家基准）	法定测绘基准，与 WGS84 兼容（误差 < 1cm）	国土规划、应急指挥

（二）关键技术点

• 坐标转换：

• • 境外数据（WGS84）→ 国内应用需先转 GCJ-02/BD-09（通过平台 API 或开源库实现）；

• • 国家数据（CGCS2000）→ 高精度测绘（亚米级），需遵守《测绘法》加密要求。

• 投影策略：

• • 互联网地图：通用伪墨卡托（EPSG:3857），兼容全球瓦片标准；

• • 大比例尺地图：高斯 - 克吕格分带（3° 带用于 1:1 万，6° 带用于 1:50 万）。

（三）政策合规

• 国内地图必须使用加密坐标系（GCJ-02/BD-09），公开数据需通过测绘主管部门审核；

• 商业地图服务需取得甲级测绘资质（如高德、百度），数据每 2 年送审一次。

五、实战选择指南

（一）坐标系选择三步法

1. 范围：全球用 WGS84，中国用 CGCS2000，旧数据兼容北京 54 / 西安 80；

2. 精度：导航选 GCJ-02/BD-09（米级），测绘选 CGCS2000（亚米级）；

3. 合规：涉及国内地理数据，优先使用加密坐标系。

（二）投影选择核心原则

• 用途：导航选等角（墨卡托 / UTM），统计选等面积（阿尔伯斯），地形选分带（高斯 - 克吕格）；

• 区域：中纬度（中国）选圆锥投影（兰伯特），低纬度选圆柱投影，极地选平面投影；

• 比例尺：大比例尺（>1:10 万）用 3° 带分带投影，小比例尺用全球统一投影。

结语

地理坐标系是空间定位的 "数字基石"，地图投影是可视化的 "变形魔术"，二者共同构成 GIS 的核心基础。在国内应用中，需特别注意坐标系的合规性（如 GCJ-02 加密）和投影的区域适配（如高斯分带）。掌握基础原理 + 结合场景选择，就能避免 "坐标错位"" 地图变形 "等常见问题，让空间数据真正" 准起来、用起来 "。