【技术】GPS坐标偏移与转换，值得学习！

开篇的话

“相同的经纬度坐标在地图上显示会有偏移”您有没有遇到相似的情形？各种坐标体系之间如何转换？到底有哪些坐标体系？什么是火星坐标？

GPS是怎样定为坐标的

现在全球有四个卫星定位系统：美国的全球定位系统GPS（Global Positioning System）,

俄罗斯的格洛纳斯GIONASS, 

欧盟的伽利略系统，

我国的北斗。

每个系统都有几个部分：星载部分、控制部分、以及用户部分。每个卫星在运行中，发送电磁波信息、包含时间、位置等等，用户部分根据定位装置接收信号，然后进行方程解算，由于要更多的解因子，所以GPS系统下，一般三颗卫星信号锁定后才能计算三差解，也就是粗略定位结果了。

一、坐标体系 

常见的坐标体系有哪些：

1）GPS坐标（wgs84）

wgs84 :WorldGeodetic System 1984，(全世界最流行的基准标准系统) ，是由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统(WGS-72坐标系统)。

WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIHl984.0的起始子午面和赤道的交点。

GPS系统直接通过卫星定位获得的坐标，一般由经度和纬度两个参数组成，也叫经纬度。由0°经线和赤道确定，地球从格林尼治向东、西各划分180个经度；从赤道起，向南、北也各划分90个纬度。单位是六十进制(度：分：秒，字母表示方向)或十进制(正/负十进制度)的。

谷歌地球，googleearth上取到的，是GPS坐标，而且是度分秒形式，如图：

2）GCJ02

GCJ-02是国内最广泛使用的坐标体系。是由中国国家测绘局制订的地理信息系统的坐标系统。

它是一种对经纬度数据的加密算法，即加入随机的偏差，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人称为火星坐标系统。

国内出版的各种地图系统（包括电子形式），必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。所有的电子地图、导航设备，都需要加入国家保密插件：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国家保密算法，将COM口读出来的真实的坐标信号，加密转换成国家要求的保密的坐标。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。

比如谷歌中国，腾讯，高德都在用这个坐标体系。

3）其他坐标体系

一般都是由GCJ-02经过偏移算法得到的。

这种体系就根据每个公司的不同，坐标体系都不一样了。

比如，图吧、百度和搜狗就使用自己的坐标体系，与其他坐标体系不兼容。百度定位SDK可以返回三种坐标系，分别是bd09, bd09ll和gcj02，其中bd-09能无偏差地显示在百度地图上。bd09ll 百度又在gcj02的技术上将坐标加密就成了bd09ll坐标。

现在，您明白了吗：

在各种web端平台，或者高德、腾讯、百度上取到的坐标，都不是GPS坐标，都是GCJ-02坐标，或者自己的偏移坐标系。

比如，你在谷歌地图API，高德地图API，腾讯地图API上取到的，都是GCJ-02坐标，他们三家都是通用的，也适用于大部分地图API产品，以及他们的地图产品。

例外，百度API上取到的，是BD-09坐标，只适用于百度地图相关产品。

例外，搜狗API上取到的，是搜狗坐标，只适用于搜狗地图相关产品。

例外，谷歌地球，googleearth上取到的，是GPS坐标，而且是度分秒形式的经纬度坐标，在国内不允许使用，必须转换为GCJ-02坐标。

二、坐标格式与转换

1）坐标格式

A、经纬度。这个是球面坐标，对于北京来说，就是(116.388171,39.935961)这样的坐标。比如腾讯、高德、百度都是这样的经纬度坐标。谷歌是经纬度顺序写反的经纬度坐标。

所有坐标体系的原点，都是非洲，如图：

B、墨卡托坐标。是一种投影坐标, 又称为高斯-克吕格投影（Gauss-KrugerProjection），它不是用经纬度来表示的，数字一般都比较大，像这样的：(215362.00021333335, 99526.00034912192)，多用于航海图航空图。墨卡托坐标主要用于程序的后台计算。直线距离，加加减减计算方便。比如搜狗地图API就是直接使用的墨卡托坐标。

2）度分秒坐标与经纬度的转换

比如，在GPS记录仪，或者google earth上采集到的是60进制度分秒形式113°50'40.45，那么应该怎样换算？

113.8445694444445=113+50/60+40.45/3600

反过来，知道经纬度113.844569444444怎样换算成度分秒呢？

度=113

分=（113.8445694444445-度）*60，取整数

秒=（0.8445694444445-分*60）*3600

3）GPS点的经纬度坐标小数点后哪一位是精确到米?

小数度：

经度0.00001度（十万分之一度,0°0'0.036"）,在赤道上对应的地球表面距离约为1米稍多,但在南北极极点上,则是0米.

纬度0.00001度在地球表面任意地方对应的地球表面距离都是大约1米稍多.

度分秒：

对于纬度:一秒==30.8米,一分==1.85公里.一度==110公里

对于精度,精度的差值随着纬度的增加而减少在赤道附近两者是相同的,在其他地方是30.8X纬度的余弦

4）GPS 坐标与实际距离的转换

我想知道google地图中 GPS坐标的与实际距离的转换

例如 点p1(28.18745,121.98767)到p2(28.129762,121.91891)直线段的距离在实际中沿球面是多少距离

d=sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2))

5）坐标偏移

如果您的坐标在转换之后，还有偏移，那么考虑以下几个方面。

A、原始坐标系弄错，比如以为自己是GPS坐标，但其实已经是GCJ-02坐标。

解决方案：请确保采集到的数据是哪个坐标体系，需要转换到哪个坐标系，再进行坐标转换。

B、原始坐标准确度不够

解决方案：如果您是GPS坐标，请确保采集GPS数据时，搜到至少4颗以上的卫星。并且GPS数据准不准，还取决于周围建筑物的高度，越高越不准，因为有遮挡。

如果本来就是GCJ-02坐标，在不同地图放大级别的时候，看到的地方可能不一样。比如你在地图级别4（国家）取到的坐标，放大到地图12级（街道）时，坐标就偏了。请确保在地图最大放大级别时，拾取坐标。

C、度分秒的概念混淆

比如，在googleearth上采集到的是39°31'20.51，那么应该这样换算，31分就是31/60度，20.51秒就是20.51/3600度，结果就是39 + 31/60 + 20.51/3600 度。

D、经纬度顺序写反了

有些公司（比如高德，百度，腾讯）是先经度，再纬度，即Point(lng, lat)。但谷歌坐标的顺序恰好相反，是(lat, lng)。

三、常见的一些问题 

1）说“经纬度投影”对吗？

经纬度表示的是地理坐标系（单位是度），不是投影坐标系（单位是米），两者放一起明显不妥。

2）大地坐标系与地理坐标系有何不同？

大地坐标系和地理坐标系都是经纬度表示的坐标系，本身并不包含投影信息，很多时候，这两种说法都是相同的。

3）为什么有地理坐标系和投影坐标系之分？

由于经纬度的度数不对应某一标准长度，因此无法精确测量距离或面积，也难以在平面地图或计算机屏幕上显示数据。在使用许多（不是全部）GIS 分析和制图应用程序时，经常需要由投影坐标系提供的更稳定的平面坐标框架。与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。投影坐标系始终基于地理坐标系，而后者则是基于球体或旋转椭球体的。在投影坐标系中，通过格网上的 x,y 坐标来标识位置，其原点位于格网中心。

4）通常所说的西安80，北京54是指什么？

GIS中的坐标系统定义由基准面和地图投影两组参数确定，基准面对应一个参考椭球体，我们常说的北京54、西安80、国家大地2000坐标系都是指其参考椭球体。基于这种椭球体，我们能定义出大地坐标系和投影坐标系。只说一个西安80是不能确定坐标系统的，因为没有说明有没有投影及投影信息。如果不指明投影方式，则认为西安80、北京54的表现形式为大地坐标，而不是投影平面直角坐标。

5）什么都是高斯投影 ？

高斯-克吕格投影属于横轴墨卡托投影，能小范围内保持形状不变，因此被国内普遍采用，但在表示小比例尺数据时，这种投影明显不合适。就中国来说，一般50万以上比例尺采用高斯投影，50万以下采用兰伯特投影。数据用途不同，具体的投影方式各有不同，有的是为了保持面积不变，有的是为了保持形状不变。另一种世界常用的投影是UTM（通用墨卡托投影），高斯-克吕格投影是“等角横切椭圆柱投影”，投影后**经线保持长度不变，即比例系数为1；UTM投影是“等角横轴割圆柱投影”，圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条割线上没有变形，**经线上长度比 0.9996。

6）北京54，西安80，WGS84，国家2000 有何不同？

54和80本质上是参心坐标系，大地原点分别在苏联和西安，原点是参考椭球的几何中心，这类坐标难以表达高度信息，精度信息等也不够，正被淘汰。84和2000本质上是地心坐标系，即以地球质量中心作为坐标系原点。54的椭球体长半轴半径是6378245米，80为6378140米，84和2000坐标系一样，都是6378137米。国家最新的2000坐标系和WGS84据说在厘米级都是一样的，但和80坐标在高纬度地区误差达十几倍。

7) Google、Microsoft、ArcGIS提供的地图服务分别采用了什么坐标系？

现在都统一为了WebMercator，即正轴墨卡托投影，和UTM（常规墨卡托）投影的主要区别是为了实现上的方便，把地球模拟为球体而非椭球体，精度理论上差别0.33%，比例尺大时基本可以忽略。同时纬度范围变成了(-85,85),南北极显示不了，但不影响正常使用，这样也减少了切图数量。

8）ArcGIS的空间参考与坐标系统？

ArcGIS的空间参考信息SpatialReference，不仅包含了坐标系统的定义，还包括容差Tolerance和分辨率Resolution等，通常由Prj文件表示。ArcGIS中的坐标系统分地理坐标系和投影坐标系，其中投影坐标系也一定包含一个地理坐标系，反之不然。

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来源：天乐网

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