坐标参考系统
坐标参考系统/Coordinate Reference Systems
EPSG 用于标识不同的地理空间参考系统,包括坐标系统、地理坐标系、投影坐标系等。这些标识符可用于许多应用程序和地理信息系统软件,以确保数据在不同系统之间的正确转换和处理。现在,EPSG已被Open Geospatial Consortium(OGC)承认并管理,成为了一个全球性的标准。
EPSG:官网
SRS:spatial reference system 空间参考系统
CRS:coordinate reference system 坐标参考系统
SRS和CRS是一种东西,都是坐标系统。
GEOGCS:Geographic Coordinate System ().
每个SRS(CRS)都可用一个SRID表示。
SRID,可以理解为是空间参考系统的ID,与EPSG一致
例如:WGS84 — SRID 4326,也表示为EPSG 4326
GEOGCS["WGS 84",DATUM["WGS_1984",SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,AUTHORITY["EPSG","7030"]],AUTHORITY["EPSG","6326"]],PRIMEM["Greenwich",0,AUTHORITY["EPSG","8901"]],UNIT["degree",0.01745329251994328,AUTHORITY["EPSG","9122"]],AUTHORITY["EPSG","4326"]]
投影坐标系是利用一定的数学法则,将地球上的经纬网表示到平面上,属于平面坐标系,数学法则指的是投影类型。
同样根据坐标原点的不同,投影坐标系也分为参心坐标系和地心坐标系。
地理坐标系是三维的,我们要在地图或者屏幕上显示就需要转化为二维,这被称为投影(Map projection)。显而易见的是,从三维到二维的转化,必然会导致变形和失真,失真是不可避免的,但是不同投影下会有不同的失真,这让我们可以有得选择。常用的投影有等矩矩形投影(Platte Carre)和墨卡托投影(Mercator),下图来自Mercator vs. well…not Mercator (Platte Carre),生动地说明了这两种投影下的失真: (参考)。
需要注意的是,对于墨卡托投影来说,越到高纬度,大小扭曲越严重,到两极会被放到无限大,所以,墨卡托投影无法显示极地地区。下图来自维基百科,可以看到墨卡托投影下每个国家的大小和实际大小的差异。但是 conformality(正形性) 和 straight rhumb lines 这两个特点,让它非常适合于航海导航(参考)。
我国常用的投影坐标系:
CGCS2000_3_Degree_GK_CM_111E:CGCS2000,高斯克吕格3度分带法,中央经线为东经111度的投影带的投影坐标系;
CHCS2000_3_Degree_GK_Zone_30:CGCS2000,高斯克吕格3度分带法,第30个投影带的投影坐标系;
Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_111E:北京54,高斯克吕格3度分带法,中央经线为东经111度的投影带的投影坐标系;
Beijing
常用的天气图底图有:南、北半球天气图、中纬度区域天气图、热带低纬地区天气图等。
制作底图的投影方式主要有以下三种:
1.兰勃特投影
兰勃特投影法又称等角正割圆锥投影。将地球体的30和60纬圈与圆锥面相割,经纬线及地形投影到圆锥形的图纸上,展开后经线呈放射形直线,纬线是同心圆弧。这种图最适宜作中纬度地区的天气图底图。我国、日本等国的天气图底图均采用这种投影。
Johann Heinrich Lambert(译为兰勃特,或兰伯特),瑞士裔德国科学家、哲学家,他首次给出了π为无理数的严格证明。1772年提出两种球面向投影面投影方式:等角圆锥投影和等积方位投影。通常所说的兰勃特投影指的是等角圆锥投影。
兰勃特等角圆锥投影是设想用一个正圆锥切于或割于球面,应用等角条件将地球面投影到圆锥面上,然后沿一母线展开成平面。投影后纬线为同心圆圆弧,经线为同心圆半径。兰勃特等角圆锥投影没有角度变形,经线长度比和纬线长度比相等。适于制作沿纬线分布的中纬度地区中、小比例尺地图。我国的分省图的兰伯特等角圆锥投影采用的两条标准纬度线为Q1=25度,Q2=45度。
2.极地平面投影
用这种投影法制成的底图,其经线为一组由极地向赤道发出的放射形直线,纬线为一组围绕极地的同心圆。这种投影适宜作北(南)半球天气图底图。
3.墨卡托投影
用一圆筒套在地球体上,地球赤道表面与圆柱面相切(或相割),光源放在地球中心进行投影。把圆筒展开便制成一张图,其经、纬线都为平行直线。由于低纬地区用这种投影与实况较为接近,而在高纬地区投影面积放大倍数太大。所以这种图主要适用于作赤道或低纬地区的天气图。
Spatial Reference System
Spatial Reference System (SRS) 是地理空间数据中用于描述地理坐标系、投影信息和地球椭球体参数的类或数据结构。在 GIS (地理信息系统) 中,SRS 是非常重要的概念,因为它定义了地理空间数据的几何特性和位置。
SRS 可以包含以下信息:
1、坐标参考系统 (Coordinate Reference System, CRS):描述地理数据的坐标系统,通常由坐标轴和原点组成。坐标参考系统定义了如何将地球表面上的点映射到二维地图上的坐标。
2、投影信息:地球表面是一个三维球体,而地图通常是在二维平面上表示的。投影定义了如何将地球的三维曲面映射到平面上,以实现地图的制作。
3、地球椭球体参数:地球并不是一个完美的球体,而是一个椭球体。地球椭球体参数包括椭球体的长半轴、短半轴、扁率等信息,用于更准确地描述地球的形状。
3.几种常用的坐标系
(1)谷歌地球处于以wgs84为基准面的地理坐标系中。(EPSG: 4326)
(2)谷歌Maps位于基于wgs84基准的投影坐标系中。(EPSG 3857)
(3)Open Street Map数据库的数据存储在一个以wgs84为基准,单位为十进制的gcs中。(EPSG: 4326)
(4)Open Street Map tiles和WMS网络服务,都在基于wgs84基准的投影坐标系统中。(EPSG 3857)
4.两者特点及转换
因为墨卡托投影等正形性的特点,在不同层级的图层上物体的形状保持不变,一个正方形可以不断被划分为更多更小的正方形以显示更清晰的细节。
很明显,伪墨卡托坐标系是非常显示数据,但是不适合存储数据的,通常我们使用WGS84 存储数据,使用伪墨卡托显示数据。
ArcGIS中地理坐标(EPSG4326)转投影坐标(EPSG 3857):
参考:https://blog.csdn.net/baoqian1993/article/details/51456771
投影转地理坐标:
参考:https://blog.csdn.net/weixin_40893164/article/details/121022817
参考资料:
1.GIS坐标系转换(EPSG:4326与EPSG:3857相互转换)
2.https://gis.stackexchange.com/questions/48949/epsg-3857-or-4326-for-googlemaps-openstreetmap-and-leaflet
3.EPSG:3857和EPSG:4326区别详解
GIS基础知识:坐标
坐标系对应EPSG代号经度范围中央经线
地理坐标系与投影坐标系
GeoTools入门(五)-- CRS操作
我国常用的坐标投影坐标系
Plate Carree - 简易圆柱投影
Python之Cartopy地图绘图包的学习与使用