1.2　地理空间数据的相关概念

1.2.1　地理坐标与投影坐标

地理空间数据的核心就是拥有地理位置信息，而地理位置信息最基本的一个载体就是建立在某一特定坐标系统下的空间坐标。在GIS软件中，空间坐标依据坐标系的不同分为地理坐标和投影坐标。地理坐标是将地球比作一个类椭球体，描述一个点在球面上的位置。但是在地图制图过程中，往往需要在一个平面（无论是纸质地图还是电子地图）上展示地物，这时需要解决地球球面与地图平面之间的矛盾，因此需要对地球进行投影，经过投影后的坐标称为投影坐标，因此投影坐标是建立在地理坐标之上的。

1. 地球椭球体与地理坐标

为了构建地理坐标，首先要理解以下三个基本概念。

（1）地球自然表面。地球自然表面是指由地球上的陆地和海洋表面所构成的自然表面，其形状高低不平，难以构建坐标系。

（2）大地水准面。在假定海水静止的状态下，由海水水面向陆地进行延伸所构成的连续水平面，称为大地水准面。但是，地球质量分布的不均匀性使大地水准面存在轻微的高低不平现象，因此其仍然不适合构建坐标系。

（3）地球椭球面。根据实际需要，构建一个完美的椭球体拟合大地水准面所构成的球面，称为地球椭球面。

地球椭球面是理想的、完美的，地理坐标系也是建立在地球椭球面之上的。但是，地球椭球面不可能完美地拟合大地水准面，因此各个国家或地区建立了能够基本符合自己国家或地区的地球椭球面，或者根据精度需要及特定应用场景构建了不同的地球椭球面。根据构建的地球椭球面的参数不同，地理坐标系也层出不穷。我国的地理坐标系经历了从北京1954坐标系（BJZ54）到西安1980坐标系（XI'AN-80），再到2000国家大地坐标系（CGCS2000）的发展过程。

地理坐标系可以通过WKT语句描述。例如，利用WKT语句描述WGS 1984坐标系：

“GEOGCS”声明一个地理坐标系，第1项为地理坐标系的名称；第2项“DATUM”描述一个坐标基准，并通过“SPHEROID”描述其名称及地球椭球体的基本参数；第3项“PRIMEM”标识一个起始经线，此处以格林尼治0°线为起始经线；第4项“UNIT”定义了地理坐标系的单位；第5项“AUTHORITY”标识地理坐标系编码，这个地理坐标系可以用“EPSG:4326”编码表示。

2. 地图投影与投影坐标

为了解决地球椭球面和地图平面之间的矛盾，需要将地球椭球面进行投影，经过投影以后的坐标系称为投影坐标系。投影后的平面坐标系一定会出现变形，我们只能在等距、等积和等角之间进行取舍。因此，在不同应用场景下，大量的投影坐标系应运而生。

WKT语句也可以用于描述投影坐标系，例如，利用WKT语句描述WGS 1984 Web墨卡托投影坐标系（辅助球面）：

“PROJCS”声明一个投影坐标系，第1项为投影坐标系的名称；第2项“GEOGCS”指明该投影坐标系使用的地理坐标系；第3项“PROJECTION”描述投影方法；第4～8项“PARAMETER”声明各种投影参数；第9项“UNIT”定义坐标单位；第10项“AUTHORITY”标识投影坐标系编码，这个投影坐标系可以用“EPSG:3857”表示。

另外，Web墨卡托投影并不是真正的墨卡托投影，而是伪墨卡托投影（Popular Visualization Pseudo Mercator）。

3. EPSG

由于地理坐标系和投影坐标系众多，如果仅通过参数对这些坐标系进行整理与应用则过于麻烦，因此需要通过标准化组织将这些坐标系归档整理。对于石油的探查和开采来讲，坐标系的不同会显著影响开采精度，因此欧洲石油调查组织（European Petroleum Survey Group，EPSG）整合了绝大多数常用的坐标系，并为每个坐标系设置了一个编码，例如，“EPSG:4326”和“EPSG:3785”分别表示WGS 1984坐标系和WGS 1984 Web墨卡托投影坐标系。常用的坐标系及其EPSG编码如表1-1所示。

各坐标系的EPSG编码可在这一网站查找：http://spatialreference.org/ref/epsg/。

4. GCJ-02坐标系

GCJ-02坐标系是由中国国家测绘局制定的中国范围内民用地图（包括电子地图）加密后的地理坐标系，字母“GCJ”分别为“国家”、“测绘”和“局”的首字母简写。GCJ-02的加密算法是非线性的，很难通过加密坐标反推原始的坐标。目前，谷歌、百度等公司发布的电子地图基本采用GCJ-02坐标系对原始数据进行加密。因此，通过GPS获取的WGS 1984坐标系的位置信息经过投影后无法直接准确地叠加在电子地图上，需要经过GCJ-02加密处理。