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
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】
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】
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。
- 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】
- CGCS2000 高斯平面投影坐标系(
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)
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。
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)。。
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
- GeoJSON (opens new window)等图层支持配置
chinaCRS
参数来设置ChinaCRS (opens new window),如chinaCRS:"GCJ02"
- 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
- 笛卡尔坐标系原点是地球几何中心;
- 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;
- 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);//v3.8及之前版本
var cartesian3 = map.getCurrentMousePosition(windowPosition); //v3.9及之后版本
//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);
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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)
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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);
});
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# 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 },
})
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# 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。