【杂项】常见的坐标系及其使用方法

坐标系

1. 地理坐标系 (Geographic Coordinate Systems)

1.1 经纬度表示法 (Latitude/Longitude)

• 格式：纬度, 经度 (先纬度后经度)
• 示例：
  • 十进制度数：39.9042, 116.4074 (北京)
  • 度分秒(DMS)：39°54'15"N, 116°24'27"E
• 变体：
  • WGS84：GPS使用的标准 (39.9042°N, 116.4074°E)
  • 正负表示：北纬/东经为正，南纬/西经为负 (39.9042, 116.4074)

2. 投影坐标系 (Projected Coordinate Systems)

2.1 UTM (通用横轴墨卡托投影)

• 格式：东距(Easting) 北距(Northing) 区号
• 示例：500000mE, 4429750mN Zone 33N (柏林)

2.2 国家特定坐标系

• 中国：GCJ-02 (火星坐标系)、BD-09 (百度坐标系)
• 英国：OSGB36 (英国国家网格)
• 美国：State Plane Coordinate System

3.中国大地坐标系（CGCS2000）

CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）是中国自主研发的新一代国家大地坐标系，是国家法定的大地测量基准。

基本概念

1. 定义：
   • 全称：2000国家大地坐标系
   • 英文：China Geodetic Coordinate System 2000
   • 2008年7月1日正式启用，逐步取代原有的西安80坐标系和北京54坐标系
2. 基本参数：
   • 类型：地心坐标系（与全球定位系统兼容）
   • 参考椭球：CGCS2000椭球
   • 长半轴：6,378,137米
   • 扁率：1/298.257222101
   • 原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心

主要特点

1. 地心坐标系：
   • 以地球质心为原点
   • 与国际通用坐标系（如WGS84）更一致
   • 更适合卫星导航定位技术
2. 与WGS84的关系：
   • CGCS2000与WGS84在定义上非常接近
   • 在厘米级精度范围内可视为一致
   • 主要差异在于参考框架实现和维持方式
3. 技术优势：
   • 更适应现代空间定位技术
   • 提高测绘精度（毫米级）
   • 便于与国际接轨

与其他中国坐标系的比较

特性	CGCS2000	西安80坐标系	北京54坐标系
启用时间	2008年	1980年	1954年
坐标系类型	地心坐标系	参心坐标系	参心坐标系
椭球基准	CGCS2000椭球	IAG75椭球	Krasovsky椭球
适用技术	卫星导航	传统大地测量	传统大地测量
精度	毫米级	米级	米级

使用注意事项

1. 坐标转换：
   • 从旧坐标系转换到CGCS2000需要使用官方转换参数
   • 不同地区转换参数可能不同
2. 法律要求：
   • 中国境内依法测绘的地理信息最终必须采用CGCS2000
   • 公开出版地图必须采用CGCS2000
3. 与GPS数据的差异：
   • 实际应用中，CGCS2000与WGS84坐标的差异通常可以忽略
   • 但高精度应用需要考虑框架差异

坐标格式

一、地理坐标系格式（Geographic Coordinate Systems）

1. 经纬度表示法

• 标准十进制格式：
  纬度, 经度（如：39.9042, 116.4074）
• 度分秒格式(DMS)：
  DD°MM'SS.SSS"（如：39°54'15.12"N, 116°24'26.64"E）
• 符号表示法：
  ±DD.DDDD°（北纬/东经为正，南纬/西经为负）

2. 特殊编码格式

• ISO 6709标准：
  +DD.DDDD+DDD.DDDD/（如：+39.9042+116.4074/）
• GEOREF（世界地理参考系统）：
  GJNH37（15°×15°网格编码）

二、投影坐标系格式（Projected Coordinate Systems）

1. 笛卡尔坐标格式

• 标准平面坐标：
  X,Y（如：445678.12, 3945678.34 单位：米）
• 带标注格式：
  Easting, Northing（如：445678mE, 3945678mN）

2. 国家/区域专用格式

• 中国高斯坐标：
  带号+Y,X（如：38 4456789, 39456789）
• 英国国家网格：
  AB 123 456（字母+6位数字）

三、网格编码系统

1. 军用网格系统

• MGRS（军用网格参考系统）：
  32U PL 12345 67890（紧凑格式：32UPL1234567890）

2. 民用编码系统

• Plus Codes（开放位置码）：
  6PQR+JX 北京
• what3words：
  ///prom.coding.advises

四、专业数据格式

1. GIS数据格式

• WKT（Well-Known Text）：

  PROJCS["WGS 84 / UTM zone 50N",
    GEOGCS["WGS 84",
      DATUM["WGS_1984"...]]]
  

• GeoJSON：

  {
    "type": "Point",
    "coordinates": [116.4074, 39.9042]
  }
  

2. 文件存储格式

• KML格式：

  <coordinates>116.4074,39.9042,0coordinates>
  

• Shapefile：
  二进制存储，需配合.prj文件说明坐标系

五、高程表示格式

1. 独立高程格式

• 椭球高：
  H=45.321m（基于参考椭球面）
• 正高：
  H*=42.876m（基于大地水准面）

2. 三维坐标格式

• ENH格式：
  E,N,H（如：445678,3945678,45.321）
• LLH格式：
  经度,纬度,高程（如：116.4074,39.9042,45.3）

六、特殊应用格式

1. 卫星导航格式

• NMEA 0183：
  $GPGGA,023543.00,3909.45924,N,11639.12345,E...
• RTCM SC-104：
  二进制差分修正格式

2. 游戏开发格式

• Unity坐标系：
  (x, y, z) 左手系
• Unreal引擎：
  (x, y, z) 左手系（Z轴向上）

七、自动化系统格式

1. Web服务格式

• URL参数格式：
  ?lat=39.9042&lng=116.4074
• GeoURI：
  geo:39.9042,116.4074

2. 数据库存储格式

• PostGIS：
  POINT(116.4074 39.9042)
• Oracle SDO_GEOMETRY：
  SDO_GEOMETRY(2001, 4326, SDO_POINT_TYPE(116.4074,39.9042,NULL),NULL,NULL)