地理坐标系简介

有没有想过，手机是如何神奇地知道你在地图上的位置呢？嗯，这一切都要归功于称为地理坐标系的秘密武器。

地理坐标系 (GCS) 是一组用于定位地球表面点的规则和参数。这些系统采用以度为单位的纬度坐标和经度坐标，来精确识别位置并实现准确的绘图和导航。本质上，GCS 为人员、技术和地图提供了一种标准化的方式来沟通和了解地球上的特定位置。它不仅仅适合技术奇才或地图迷。地理坐标系是我们日常冒险中的无名英雄。它们是您的外卖准时到达、远足应用程序不会让您迷路、拼车应用程序知道在哪里接您的原因。

坐标 101：导航地图网格

为了理解地理坐标系，让我们从基础知识开始——坐标，引导我们穿越地球的数字面包屑。

纬度和经度构成了定义全球位置的动态二重奏。纬度是东西向的，测量我们距赤道的北距或南距有多远。经度为南北向，表示我们距本初子午线（基本上在北极和南极之间）向东或向西的距离。它们共同为地球上的每个点创建了一个唯一的地址。

为了精确定位世界各地的位置，纬度和经度值以“度”、“分”和“秒”表示。如果把地球想象成一个巨大的球形蛋糕，可以把度、分和秒想象成蛋糕上更大和更小的切片。

度数，大的切片，给我们提供了大致的位置。分钟是中等的片段，改善了我们的位置。几秒钟，微小的叮咬，精确地确定了我们的位置。因此，当我们说北纬 40 度 26 分 30 秒时，我们正在放大地球蛋糕的特定部分。

关于赤道、本初子午线和国际日期变更线的有趣事实

• 赤道：赤道是正中间的大圆， 将地球分为北半球和南半球。 它就像地球的腰围， 靠近它的地方常年享受热带气候。

• 本初子午线：这条假想的线从北极延伸到南极， 是测量经度的起点。伦敦的格林威治天文台是这场经度聚会的起点。

• 国际日期变更线：想象一下太平洋上的一条锯齿线。 从西向东穿越它，就像时间旅行一样——提前了一天。 从东向西走，就会让时光倒流。

导航地理坐标系基础知识

接下来让我们一起了解赋予地理坐标系精度和深度的核心组件。

• 基准面作为地理坐标系的参考点发挥着关键作用： 作为基础，它们为测量位置提供了参考框架， 默默地影响着我们坐标的准确性。

• 椭球体和椭球体就像地球的衣服，定义了它在坐标系中的形状： 椭圆体（稍微被压扁的球）和椭球体（更圆的版本）创建了一个球坐标模型， 模仿地球不那么完美的圆形性质。 选择正确的形状可确保我们的坐标与现实世界的位置准确对齐。

• 水平基准将我们的坐标固定在地球表面，提供横向视角：现在， 让我们为旅程添加第三个维度，水平和垂直基准。 同时，垂直基准充当海拔的 GPS， 帮助我们了解高度和深度。 它们共同构成了一个充满活力的二人组， 可以从水平和垂直方向全面了解我们的位置。

GCS 类型

我们已经探索了基本的地理坐标系，使用纬度和经度来精确定位地球表面的位置。如果想象将 GCS 纬度和经度值的全局网格包裹在球体周围，创建 3D 地图，就会得到投影坐标系。当我们使用平坦的表面（例如地图和计算机屏幕）时，这特别方便。一个常见的例示例是通用横轴墨卡托 (UTM) 系统，该系统将地球表面划分为多个区域，以提高局部精度。

虽然经度和纬度都侧重于横向定位，但垂直坐标系增加了另一个维度-高度。这就像在地图上添加图层一样，帮助我们了解海拔和深度。这些坐标系共同提供了 3D 视角，这对于测量陆地表面或跟踪海平面变化等活动至关重要。

一些常用和引用的 GCS 示例包括：

• 1984 年世界大地测量系统就像地理坐标系中的超级巨星。 WGS84是一个全球标准， 广泛应用于GPS 技术、地图和导航应用程序。 它可确保 GPS 准确定位您的位置， 使其成为定位领域家喻户晓的名字。

• 国际地球参考系 (ITRS)是一个动态系统， 可适应由于板块构造和冰川均衡调整等过程而不断变化的地球性质。 伴随 ITRS 的是国际地球参考框架 (ITRF)， 本质上是 ITRS 在特定时间点的快照。 这些框架定期更新， 在维护全球导航卫星系统 (GNSS) 和各种大地测量应用的准确性方面发挥着至关重要的作用。

• 大地参考系 1980 的特点是两极的形状稍微扁平， 赤道的形状凸起， 比完美的球体更准确地表示了地球的实际形状。 GRS80由特定参数定义， 包括长半轴和短半轴， 是地理信息系统（GIS）和全球测绘的标准， 作为空间数据表示和分析的参考。

实际应用

现在我们已经奠定了地理坐标系统 (GCS) 的基础，让我们探讨它们对日常生活和技术领域的实际影响，包括它们在Maptive等平台中发挥的作用。

GCS 在地图和导航中的实际应用

GCS 与地图的协同作用在 Maptive 等平台上得到了集中体现。利用地理坐标系的精度，Maptive 将静态数据转换为动态的交互式地图。无论是规划业务路线还是可视化客户位置，Maptive 都可以利用 GCS 的强大功能来提供无缝的地图体验。这种语言不仅可以引导穿过城市街道和远足小径，还可以帮助企业优化物流并增强决策能力。

GPS 等日常技术中的 GCS

有没有想过您的 GPS 如何准确知道您所在的位置？感谢 GCS，Maptive 更进一步。Maptive 与 GCS 的集成确保创建或与之交互的地图不仅具有视觉吸引力，而且准确。无论您是分析销售区域的商业专业人士还是规划路线的冒险家，Maptive 都可以利用 GCS 的精度来增强您的空间体验。

GIS 和空间分析中的 GCS

在地理信息系统 (GIS) 和空间分析领域，Maptive 成为了宝贵的盟友。通过将 GCS 无缝整合到其绘图功能中，Maptive 允许用户叠加多个数据集、进行空间分析并获得可行的见解。尖端技术和 GCS 的融合使用户能够根据空间关系做出明智的决策，无论是优化送货路线还是了解人口统计模式。

地理参考数据坐标系的两种主要类型

地理参考数据的坐标系主要有两种类型：

基于纬度和经度的地理坐标系 (GCS)

地理坐标系是一个 3D 参考系统，它使用纬度和经度来定义地球表面上的点的位置。纬度和经度坐标以度、分、秒为单位进行测量，以赤道为纬度参考线，以本初子午线（格林威治子午线）为经度参考线。

最常用的地理坐标系是 1984 年世界大地测量系统 (WGS 84)。它由 GPS 接收器使用，是大多数 GIS 应用程序的标准。

基于地图投影的投影坐标系 (PCS)

投影坐标系是一种 2D 参考系，它使用笛卡尔坐标 (X,Y) 来表示二维表面上的点的位置。PCS 是通过将 3D GCS 投影到二维表面上而创建的。

有许多不同类型的投影坐标系，每种都有自己的地图投影方法，并且每种坐标系都是针对地球表面的特定区域而设计的。投影坐标系的示例包括通用横轴墨卡托坐标系 (UTM)、国家平面坐标系 (SPCS)和兰伯特等角圆锥坐标系。

地理坐标系单位

地理坐标系（通常称为 GCS）中经度（x 坐标）和纬度（y 坐标）的测量单位通常为十进制度。地理坐标表示为赤道以北或以南、本初子午线以东或以西的位置。

纬度

赤道是穿过地球中心并标记零纬度的纬线。纬度线也称为 Y 轴上的纬线。赤道以北（纬度 0°）的地理位置具有正纬度（或 Y 值）坐标，赤道以南的地理位置具有负纬度值。

经度

本初子午线穿过英国格林威治皇家天文台，是一条零度经线，从北极延伸到南极。经度线沿着 X 轴找到。本初子午线（0°经度）以东的地理位置具有正经度（或 X 值）坐标，本初子午线以西的地理位置具有负经度值。

地理坐标的北、南、东、西位置用正值表示，对于赤道以北、本初子午线以东的坐标，用负值表示赤道以南、本初子午线以西的地理位置。

通用横轴墨卡托 (UTM)

通用横轴墨卡托 (UTM) 是一种地理坐标系，也是最常用的平面网格系统。UTM 将地球划分为北纬 84° 至南纬 80°，并编号为 60 个垂直区域（每个区域宽 6°）。

所有测量结果均为阳性。有两个起点（所有测量单位为北和东米）；一个位于赤道，另一个位于南纬 80°（赤道以南 1000,000,000 米）。UTM 用于遥感（卫星和航空图像分析），因为它允许使用公制进行精确测量。UTM 使用横向墨卡托投影（等角）。

国家平面坐标系 (SPCS)

州平面坐标系对 50 个州中的每一个使用一组唯一的坐标，使用与国家大地测量框架相关的横轴墨卡托投影或兰伯特等形圆锥投影。

每个 SPCS 区域都有自己的投影和坐标网格。SPCS 使用英尺作为测量单位。该坐标系非常精确（精度是 UTM 的四倍）。

基准面

网格系统依赖于对地球的精确测量。这种测量的起点称为基准，并且基于椭圆体表示。

换言之，称为基准面的地理坐标系的组成部分定义了将使用哪个模型（椭球体）来表示地球表面及其在地球表面上的位置。

开发了不同的数据供世界不同地区使用。

• 第一个数值孔径基准 (1866) – 平坦度比为 1/294.9787 1-b（极轴）/a（赤道轴）
• NAD 27 使用相同的比例
• NAD 83 基于到地心距离的估计
• 现在标准（GRS80）

从一种坐标系转换为另一种坐标系

基准变换是将一种坐标系转换为另一种坐标系的计算。如果 GIS 数据附加了所谓的地图投影文件，许多 GIS 程序可以“即时”转换地图坐标系。地图投影文件包含有关坐标系、地图投影的信息以及有关地理空间数据文件的地理范围的其他信息。

地图投影文件的示例。

结论

在结束对地理坐标系 (GCS) 的探索时，我们揭示了这种通用位置语言的简单性和重要意义。从纬度和经度坐标到基准面和椭球体，GCS 简化了地球的复杂性，以实现精确的测绘和导航。

本文内容来源于网站：https://www.maptive.com/what-are-geographic-coordinate-systems/，由小编整理编译。