坐标系及坐标变换

只要涉及到地图开发，无论如何关于坐标系的概念是逃不掉的，谁让地球它是个球呢。

地球就像个橘子 不同的坐标系就是不同的剝橘子的方法

这里就不列举国内常用的坐标系及转换方法，大家可以自行百度。

相关GIS的学习资料(含坐标系)： GIS基础知识-文档 (opens new window)、 GIS基础知识-培训视频 (opens new window)

平台内目前支持坐标系类型可以访问 CRS类 (opens new window)了解详情。

1. 目前常用GIS坐标系

• 1. EPSG:4326坐标系：目前最通用的标准坐标系，平时我们常说的经度纬度多少多少、从GPS 设备、智能手机中取出的数据的坐标系、国际地图提供商使用的坐标系 都是这个坐标系。WGS－84坐标系（World Geodetic System）是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。【wgs84需要保证坐标误差最小】
• 2. EPSG:3857坐标系：Web Mercator（墨卡托）投影坐标系，该坐标系是由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）。由于墨卡托投影当纬度接近两极时，y值趋向于无穷大，那些“懒惰的工程师”为了方便，就把Y轴的取值范围也限定在X轴相同范围，搞个正方形地图，而形成了Web Mercator 投影。 目前在互联网上的大部分全国公众地图网站均采用此坐标系。【墨卡托最早用来航海，要保证方向误差最小】
• 3. EPSG:4490坐标系：2000国家大地坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。
• 4. CGCS2000 高斯平面投影坐标系(EPSG:4491至EPSG:4554)：支持CGCS2000 Gauss-Kruger Zone 和 CGCS2000 Gauss-Kruger CM 的3度带和6度带平面投影。【各种投影坐标系为了本区域的面积、长度的测量误差最小】

上面的EPSG:后面的数字，是WKID，由EPSG组织统一管理（这样避免重复，也具备唯一性），可以在http://epsg.io/ (opens new window)网站进行查询了解详情。

👉 CGCS2000 与 WGS84 相差几个厘米，对于一般工程测量，可以认为二者是一致的。

👉 坐标系的更详细讲解可以参阅：GIS基础知识培训 (opens new window)

1.1 栅格瓦片图层坐标系的设置

瓦片图层支持配置crs参数 (opens new window)来设置坐标系的EPSG值，如crs:"EPSG:4490"

2. 国内的偏移坐标系

通常国外使用的是WGS84的坐标系统，中国使用CGCS2000坐标系统以经纬度的形式来表示地球平面上的某一个位置，这应该是国际共识。 在我国，出于国家安全考虑，国内所有导航电子地图必须使用国家测绘局制定的加密坐标系统，即将一个真实的经纬度坐标加密成一个不正确的经纬度坐标，我们在业内将前者称之为地球坐标，后者称之为火星坐标(GCJ-02)。 当我们使用的数据和服务不同时，就产生了我们时常说的偏移和纠偏的问题。

国内偏移坐标系的分类，我们定义在 ChinaCRS类 (opens new window)

• 1. WGS84坐标系：地球坐标系，目前国际通用的标准坐标系，通常称呼为标准无偏坐标系。
• 2. GCJ02 坐标系：在我国，出于国家安全考虑，国内所有导航电子地图必须使用国家测绘局制定的加密坐标系统，即将一个真实的经纬度坐标加密成一个不正确的经纬度坐标，我们在业内将前者称之为地球坐标，后者称之为火星坐标(GCJ-02)。。
• 3. BAIDU 坐标系：百度(BD09) 偏移坐标系,百度在国测局坐标基础二次加密后形成的坐标系。

2.1 栅格瓦片图层偏移坐标系的设置

瓦片图层支持配置chinaCRS参数 (opens new window)来设置ChinaCRS (opens new window)，如chinaCRS:"GCJ02"

2.2 矢量数据坐标的加偏或纠偏转换

1. GeoJSON (opens new window)等图层支持配置chinaCRS参数来设置ChinaCRS (opens new window)，如chinaCRS:"GCJ02"
2. 也提供了PointTrans类 (opens new window) ，可以对 百度坐标（BD09）、国测局坐标（火星坐标，GCJ02）、WGS84坐标系 的坐标 进行互相转换，在加载Graphic数据前按需转换坐标。

3. 平台内的坐标及坐标变换

Mars3D平台内涉的几类坐标包括：

坐标系	单位	对象的类名称	说明
屏幕坐标	像素值	Cesium.Cartesian2 (opens new window)	比如鼠标拾取到的坐标值
笛卡尔空间直角坐标	米	Cesium.Cartesian3 (opens new window)	原点是地球几何中心的xyz空间坐标， Cesium原生坐标
地理坐标	弧度值	Cesium.Cartographic (opens new window)	Cesium原生的地理坐标表现形成
地理坐标	角度值	mars3d.LngLatPoint (opens new window)	mars3d扩展的地理坐标经纬度表现形成，并内置了转换算法

3.1 笛卡尔空间直角坐标 Cartesian3

笛卡尔空间直角坐标又称为世界坐标，Cesium中用Cartesian3变量表示，可通过new Cesium.Cartesian3(x, y, z)创建，主要是用来做空间位置的变化如平移、旋转和缩放等等，它的坐标原点在椭球的中心

1. 笛卡尔坐标系原点是地球几何中心；
2. xz平面是中央经线和180度经线组成的平面，其中x轴正方向指向的是中央经线，x轴负方向指向180度经线;
3. y轴正方向指向东经90度经线，负方向指向西经90度经线。

Cesium平台内的所有用到坐标的地方，坐标均为Cartesian3对象

3.2 几种坐标的互转算法

//屏幕坐标 转换为 笛卡尔空间直角坐标
var cartesian3 = mars3d.PointUtil.getCurrentMousePosition(map.scene, windowPosition);

//笛卡尔空间直角坐标 转换为 屏幕坐标
var windowPosition = mars3d.PointTrans.toWindowCoordinates(map.scene, cartesian3); 

//笛卡尔空间直角坐标   转换为   地理坐标(弧度制)
var cartographic = Cesium.Cartographic.fromCartesian(cartesian3);

//笛卡尔空间直角坐标   转换为   地理坐标(经纬度)
var point = mars3d.LngLatPoint.fromCartesian(cartesian3);

//地理坐标(弧度制)   转换为   笛卡尔空间直角坐标
var cartesian3 = Cesium.Cartesian3.fromRadians(lng, lat, height); //lng\lat为弧度制

//地理坐标(经纬度)  转换为  笛卡尔空间直角坐标
var cartesian3 = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(longitude, latitude, height); 

或者使用 mars3d.LngLatPoint 作为中间类来做转换

//笛卡尔空间直角坐标   转换为   地理坐标(经纬度) 
var point = mars3d.LngLatPoint.fromCartesian(cartesian3);

//地理坐标(弧度制)   转换为    地理坐标(经纬度) 
var point = mars3d.LngLatPoint.fromCartographic(cartographic); 
 
//point 转换为  其他坐标  
var cartesian3 = point.toCartesian();  //转换为  笛卡尔空间直角坐标 
var cartographic = point.toCartographic();  //转换为  地理坐标(弧度制) 

示例

map.on(mars3d.EventType.click,  function (event) {
    var point = mars3d.LngLatPoint.fromCartesian(event.cartesian); //转为经纬度
    console.log("鼠标单击坐标", point);
});

3.3 支持多种形式坐标参数

为了方便使用者，Mars3D中大部分类的坐标参数均支持传入字符串、数组、经纬度对象或笛卡尔空间直角坐标等多种形式。 内部都是统一使用mars3d.LngLatPoint.parse (opens new window)方法做处理的，兼容多种形式的入参。

比如PointEntity类，支持下面多种参数形式，可以按个人习惯选用。

//1.数组形式
var graphic = new mars3d.graphic.PointEntity({
    position: [116.244399, 30.920459, 573.6],
    style: { color: '#ff0000', pixelSize: 10 },
})

//2.字符串形式
var graphic = new mars3d.graphic.PointEntity({
    position: "116.301798, 30.835848, 915",
    style: { color: '#ff0000', pixelSize: 10 },
})

//3.对象形式
var graphic = new mars3d.graphic.PointEntity({
    position: {lng:116.301798, lat:30.835848, alt:915},
    style: { color: '#ff0000', pixelSize: 10 },
})


//4.Cartesian3对象形式
var graphic = new mars3d.graphic.PointEntity({
    position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(116.308659, 30.914005, 59),
    style: { color: '#ff0000', pixelSize: 10 },
})

//5.LatLngPoint对象形式【建议】
var graphic = new mars3d.graphic.PointEntity({
    position: new mars3d.LngLatPoint(116.301798, 30.835848, 915),
    style: { color: '#ff0000', pixelSize: 10 },
})
 

3.4 空间位置仿射变换处理

平台为我们提供了如下几种很有用的 计算机图形学中的变换工具类（如平移旋转缩放）：

• Cesium.Cartesian3 (opens new window) ：相当于Point3D
• Cesium.Matrix3 (opens new window) ：3x3矩阵，用于描述旋转变换
• Cesium.Matrix4 (opens new window) ：4x4矩阵，用于描述旋转加平移变换
• Cesium.Quaternion (opens new window) ：四元数，用于描述围绕某个向量旋转一定角度的变换
• Cesium.Transforms (opens new window) ：包含将位置转换为各种参考系的功能

坐标需转换到笛卡尔坐标系（Cartesian3对象）后才能进行空间位置仿射变换处理。