WGS84坐标系

WGS84与WGS84 Web Mercator

1. WGS84与WGS84 Web Mercator

1.1 关于WGS1984投影坐标系

UTM (Universal Transverse Mercator)坐标系是由美国军方在1947提出的。虽然我们仍然将其看作与“高斯－克吕格”相似的坐标系统，但实际上UTM采用了网格的分带（或分块）。除在美国本土采用Clarke 1866椭球体以外，UTM在世界其他地方都采用WGS84。
UTM是由美国制定，因此起始分带并不在本初子午线，而是在180度，因而所有美国本土都处于0－30带内。UTM投影采用6度分带，从东经180度（或西经180度）开始，自西向东算起，因此1带的中央经线为-177（-180

在arcgis中打开WGS1984投影文件，仔细看看，我们可以发现里面中有三种不同的投影文件：如下：

WGS1984 BLM Zone 14N(ftvs).prj

WGS 1984 Complex UTM Zone 20N.prj (该处由20N——30N)

WGS 1984 UTM Zone 9s.prj(该处由9s——60s)此处的S代表南半球，同样北半球有同样的变化

1.UTM投影

UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，英文名称为Universal Transverse Mercator，是一种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，被许多国家用作地形图的数学基础，如中国采用的高斯-克吕格投影就是UTM投影的一种变形，很多遥感数据，如Landsat和Aster数据都应用UTM投影发布的。

UTM投影将北纬84度和南纬80度之间的地球表面积按经度6度划分为南北纵带(投影带)。从180度经线开始向东将这些投影带编号，从1编至60(北京处于第50带)。每个带再划分为纬差8度的四边形。两条标准纬线距中央经线为180KM左右,中央经线比例系数为0.9996.

UTM北半球投影北伪偏移为零，南半球则为10000公里。

2.在ArcGIS中UTM投影坐标文件名的N和S的区别

N代表北半球，S代表南半球，文件内容的区别在与参数False_Northing 北伪偏移值，如下图所示：

3.中国UTM投影带号

中国国境所跨UTM带号为43-53

我国的疆域范围：

最西端北纬39度15分、东经73度33分

最北端北纬53度33.5分东经124度27分

最南点，处北纬3°51′，东经112°16′

最东端北纬47度27.5分东经134度46.5分

4.UTM投影带号计算

如WGS_1984_UTM_Zone_49N，这个49的计算方法：

49：从180度经度向东,每6度为一投影带,第49个投影带

49=（114+180）/6，这个114为49投影带的最大经线

1.2 Web Mercator

EPSG，即 European Petroleum Standards Group 欧洲石油标准组织

在ArcGIS 10中Web Mercator有三种EPSG编号。他们分别是EPSG3857 、EPSG。

EPSG。其实三者表示同一个投影，而这个投影跟谷歌以及Open Street Map等使用的投影EPSG:是一致的，只是这个编号以前人们使用的时候并没有被EPSG组织采纳。

以下是这几个编号代表的投影在ArcGIS中的数据信息：（其中EPSG3857 EPSG 完全相同，EPSG稍有差异）

EPSG3857 - WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere

EPSG - WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere

 
         PROJCS[ 
        
         "WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere" 
         ,  
        
         GEOGCS[ 
        
         "GCS_WGS_1984" 
         ,  
        
         DATUM[ 
         "D_WGS_1984" 
         , SPHEROID[ 
         "WGS_1984" 
         , .0, 298.]],  
        
         PRIMEM[ 
         "Greenwich" 
         , 0.0],  
        
         UNIT[ 
         "Degree" 
         , 0.09433] 
        
         ],  
        
         PROJECTION[ 
         "Mercator_Auxiliary_Sphere" 
         ],  
        
         PARAMETER[ 
         "False_Easting" 
         , 0.0],  
        
         PARAMETER[ 
         "False_Northing" 
         , 0.0],  
        
         PARAMETER[ 
         "Central_Meridian" 
         , 0.0],  
        
         PARAMETER[ 
         "Standard_Parallel_1" 
         , 0.0],  
        
         PARAMETER[ 
         "Auxiliary_Sphere_Type" 
         , 0.0],  
        
         UNIT[ 
         "Meter" 
         , 1.0] 
        
         ]

EPSG WGS_1984_Web_Mercator

 
         PROJCS[ 
        
         "WGS_1984_Web_Mercator" 
         , 
        
         GEOGCS[ 
         "GCS_WGS_1984_Major_Auxiliary_Sphere" 
         , 
        
         DATUM[ 
         "D_WGS_1984_Major_Auxiliary_Sphere" 
         ,SPHEROID[ 
         "WGS_1984_Major_Auxiliary_Sphere" 
         ,.0,0.0]], 
        
         PRIMEM[ 
         "Greenwich" 
         ,0.0], 
        
         UNIT[ 
         "Degree" 
         ,0.09433] 
        
         ], 
        
         PROJECTION[ 
         "Mercator" 
         ], 
        
         PARAMETER[ 
         "False_Easting" 
         ,0.0], 
        
         PARAMETER[ 
         "False_Northing" 
         ,0.0], 
        
         PARAMETER[ 
         "Central_Meridian" 
         ,0.0], 
        
         PARAMETER[ 
         "Standard_Parallel_1" 
         ,0.0], 
        
         UNIT[ 
         "Meter" 
         ,1.0] 
        
         ]

1.3 Web Mercator 的定义

我们知道，地理数据的坐标系一般有两大类，一是地理坐标系(GCS)，是经纬度单位的椭球坐标系；二是投影坐标系(PCS)，是平面直角坐标系。

投影坐标系（PCS）的定义一般会包含两方面的定义信息：
（1）基准面/Datum — 与GCS相应
（2）投影方法/Projection Method

Web Mercator 是一个投影坐标系统，其基准面是 WGS 1984 。

那么，第一个问题，WGS 1984 是什么？

“ 世界大地坐标系是美国国防部制图局（Defence Mapping Agency， DMA）为统一世界大地坐标系统，实现全球测量标准的一致性，定义用于制图、大地、导航的坐标基准。它包括标准地球坐标框架、用于处理原始观测数据的标准椭球参考面（即基准和参考椭球）和定义标准海平面的重力等势面（大地水准面）。……”（摘自《大地坐标系统及其应用》）

在上面一段中可以知道，定义一个坐标系绝对是一个复杂浩大的数学工程。我们经常听说的 WGS 1984 （或 WGS 84）就是其中一个世界大地坐标系统。我们经常使用的 GPS 的坐标参考系统也是它。

WGS 1984 的具体定义参数：

Angular Unit: Degree (0.09433)
Prime Meridian: Greenwich (0.0)
Datum: D_WGS_1984
Spheroid: WGS_1984
Semimajor Axis: .0
Semiminor Axis: .
Inverse Flattening: 298.

通过参数描述，我们知道 WGS 1984 是一个长半轴(a)为，短半轴（b）为. 的椭球体，扁率(f)为298.，f=(a-b)/a 。

这里写图片描述

Web Mercator 坐标系使用的投影方法不是严格意义的墨卡托投影，而是一个被 EPSG（European Petroleum Survey Group）称为伪墨卡托的投影方法，这个伪墨卡托投影方法的大名是 Popular Visualization Pseudo Mercator，PVPM。 看起来就觉得这个投影方法不是很严谨的样子，大众化的？受欢迎的？可视化伪墨卡托投影……

因为这个坐标系统是 Google Map 最先使用的，或者更确切地说，是Google 最先发明的。在投影过程中，将表示地球的参考椭球体近似的作为正球体处理（正球体半径 R = 椭球体半长轴 a）。这也是为什么在 ArcGIS 中我们经常看到这个坐标系叫 WGS 1984 Web Mercator (Auxiliary Sphere)。Auxiliary Sphere 就是在告知你，这个坐标在投影过程中，将椭球体近似为正球体做投影变换，虽然基准面是WGS 1984 椭球面。

这里写图片描述

后来，Web Mercator 在 Web 地图领域被广泛使用，这个坐标系就名声大噪。尽管这个坐标系由于精度问题一度不被GIS专业人士接受，但最终 EPSG 还是给了 WKID:3857。

1.4 两者的区别

WGS84坐标系
1、WGS84是地心坐标系，空间直角坐标系，原点与地球质心重合，为GPS采用的坐标系；
2、通过GPS可以直接获取WGS84下的坐标(B，L，H)，B为纬度，L为经度，H为大地高即到WGS84椭球面的高度；
3、我国地图采用的是北京1954或西安1980坐标系下的高斯投影坐标(x,y)，也有采用北京1954或西安1980坐标系下的经纬度坐标(B,L)，高程一般为海拔高度；
4、GPS的测量结果与北京54或西安80坐标相差几十米到一百多米，随区域各异；
WGS84 Web Mercator：
1、谷歌地图（WGS_1984_Pseudo_mercator）、Virtual Earth、Bing Maps、百度地图、Mapabc、ArcGIS Online等采用Web Mercator或Spherical Mercator坐标系，天地图采用CGCS2000国家大地坐标系；
2、Web Mercator与常规墨卡托投影的主要区别就是把地球模拟为球体而非椭球体；
3、为什么选择墨卡托投影？等角正轴圆柱投影，等角保证了对象的形状不变形，也保证了方向和相互位置的正确性(在航海、航空中应用)，等角的代价是面积的巨大变形，特别是两极地区；
4、WebGIS开发经常碰到坐标系互转，如底图使用Web Mercator，定位(GPS,wifi等)信号坐标为WGS84坐标，代码实现如下：
//经纬度转Wev墨卡托

 
         dvec3 CMathEngine::lonLat2WebMercator(dvec3  lonLat) 
        
         { 
           
         dvec3  mercator; 
        
         double 
         x = lonLat.x *.34/180; 
        
         double 
         y = log(tan((90+lonLat.y)*PI/360))/(PI/180); 
        
         y = y *.34/180; 
        
         mercator.x = x; 
        
         mercator.y = y; 
        
         return 
         mercator ; 
        
         } 
        
         //Web墨卡托转经纬度 
        
         dvec3 CMathEngine::WebMercator2lonLat( dvec3   mercator ) 
        
         { 
           
         dvec3 lonLat; 
        
         double 
         x = mercator.x/.34*180; 
        
         double 
         y = mercator.y/.34*180; 
        
         y= 180/PI*(2*atan(exp(y*PI/180))-PI/2); 
        
         lonLat.x = x; 
        
         lonLat.y = y; 
        
         return 
         lonLat; 
        
         }

2. 从WGS84到WGS84 Web Mercator

我们在做开发的时候，尤其是web地图开发，两种坐标系至关重要4326 GCS_WGS_1984 和 WGS_1984_web_mercator_auxiliary_sphere 。

在我们的实际应用中，经常用到SpatialReference空间参考系，我们大都用的是WKID=4326的D_WGS_1984的地理坐标，而由于需要，向之前的一篇博文中介绍的，叠加Google Map地图的话，就涉及到将我们现有的地图从WKID=4326的地理坐标系转换成WKID=的投影坐标系，怎么转换？

ArcMap中的工具箱中有这样的工具，以下截图详细说明：

1、打开已有的地图，并打开工具箱

2、按照箭头指向，依次展开节点后，选择“Project”工具，如下：

3、在打开的Project窗口中，选择输出的空间坐标系统，然后，“Select”，如下图：

4、选择“Projected Coordinate System”，如下图：

5、选择“World”，“Add”，如下图：

6、找到WGS 1984 Web Mercator.prj，“Add”，如下图：

7、在下拉框中，选择仅有的一项，然后“OK”，至此已经完成（这里请注意：请记住Output Dataset or Feature Class中的位置，那是转换后的输出shp位置）

8、关闭ArcMap，重新打开ArcMap，并Add Data上一步中转换后的那个图层shp文件，此时的图层已经是墨卡托坐标系了。

参考文章

WGS1984 -UTM投影问题

WGS84与WGS84 Web Mercator的区别

ArcGIS中利用ArcMap将地理坐标系转换成投影坐标系（从WKID=4326到WKID=）

Web Mercator 公开的小秘密

没有整理与归纳的知识，一文不值！高度概括与梳理的知识，才是自己真正的知识与技能。

永远不要让自己的自由、好奇、充满创造力的想法被现实的框架所束缚，让创造力自由成长吧！

多花时间，关心他（她）人，正如别人所关心你的。理想的腾飞与实现，没有别人的支持与帮助，是万万不能的。

分类: GIS、AE、GIS Server

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