坐标系

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2024-07-01

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、 GIS基础知识-培训视频

平台内目前支持坐标系类型可以访问 CRS类了解详情。

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】
1. 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，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】
1. 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。
1. 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/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

1.1 栅格瓦片图层坐标系的设置

瓦片图层支持配置crs参数来设置坐标系的EPSG值，如crs:"EPSG:4490"

const tdtLayer = new mars3d.layer.TdtLayer({
  name: "天地图注记图层",
  layer: "img_z", 
  crs: mars3d.CRS.EPSG4326, // 标识GIS坐标系
})
map.addLayer(tdtLayer)

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

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。
1. 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)。。
1. 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参数来设置ChinaCRS，如chinaCRS:"GCJ02"

const tileLayer = new mars3d.layer.XyzLayer({
  name: "电子地图",
  type: "xyz",
  url: "https://webrd0{s}.is.autonavi.com/appmaptile?lang=zh_cn&size=1&scale=1&style=8&x={x}&y={y}&z={z}",
  subdomains: "1234",
  chinaCRS: mars3d.ChinaCRS.GCJ02  // 标识国内偏移坐标系
})
map.addLayer(tileLayer)

2.2 矢量数据坐标的加偏或纠偏转换

GeoJSON等图层支持配置chinaCRS参数来设置ChinaCRS，如chinaCRS:"GCJ02"

const graphicLayer = new mars3d.layer.GeoJsonLayer({
  name: "纠偏后",
  url: "https://data.mars3d.cn/file/geojson/areas/340303.json",
  chinaCRS: mars3d.ChinaCRS.GCJ02, // 标识数据坐标，内部会纠偏
  flyTo: true
})
map.addLayer(graphicLayer)

也提供了PointTrans类，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。

const wgsPoint = mars3d.PointTrans.gcj2wgs([point.lng, point.lat]) // 转换为WGS84坐标
const graphic = new mars3d.graphic.BillboardEntity({
  position: [wgsPoint[0],  wgsPoint[1], point.alt],
  style: {
    image: "https://data.mars3d.cn/img/marker/lace-blue.png"
  }
})
graphicLayer.addGraphic(graphic)

3. 坐标系速查与选型

3.1 常用坐标系速查表

坐标系	传参写法	坐标形式	典型使用场景
WGS84 地理坐标系	`crs: "EPSG:4326"` 或 `mars3d.CRS.EPSG4326`	经纬度（度）	GPS 设备数据、GeoJSON、天地图 `c` 系列瓦片
Web 墨卡托投影	`crs: "EPSG:3857"` 或 `mars3d.CRS.EPSG3857`	平面米（Web 墨卡托）	高德、百度、OSM 等互联网瓦片
CGCS2000 地理坐标系	`crs: "EPSG:4490"` 或 `mars3d.CRS.EPSG4490`	经纬度（度）	国内天地图 2000 坐标系瓦片、政务数据
CGCS2000 高斯投影（3度带/6度带）	`mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_3`、`mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_6`	平面米（X 北 / Y 东）	工程测量、CAD 图纸、地方坐标系数据
平台默认（内部无偏 WGS84）	不传（默认）	经纬度（度）	平台内部统一坐标，推荐业务代码使用

瓦片图层支持通过 crs 参数（见 BaseTileLayer）指定 EPSG 值，最常用的写法是字符串形式 crs: "EPSG:4490"，加载方里网/大地 2000 瓦片时必须指定，否则会出现瓦片错位或空白。

3.2 选型建议

业务代码统一使用经纬度：平台上所有图层、矢量对象的 position 都推荐使用 [经度, 纬度, 高度]（无偏 WGS84），只有"接入别人的瓦片/数据"时才需要声明 crs 与 chinaCRS。
"我得知道对方是什么坐标系"：拿到一份瓦片服务或数据时，先确认它的坐标系与偏移类型，再分别配置 crs（投影/地理）与 chinaCRS（国内偏移），这两个参数是正交的、可以同时设置。
不要手工加偏移量：偏移与纠偏请交给平台的 chinaCRS 机制或 PointTrans 处理，自己加减固定值会在缩放、跨带时产生不可控误差。

4. 坐标转换

4.1 全局偏移坐标系 chinaCRS

如果整个项目使用的底图数据源是国内偏移坐标（如高德、百度），可以在创建地图时统一声明，之后的图层与矢量数据的偏移/纠偏都由平台自动处理：

const map = new mars3d.Map("mars3dContainer", {
  method: {
    chinaCRS: mars3d.ChinaCRS.GCJ02 // 标识地图整体使用的坐标系为国内偏移坐标系
  },
  scene: {
    center: { lat: 31.833439, lng: 117.212587, alt: 1237, heading: 0, pitch: -60 }
  }
})

同时，单个图层也支持独立声明 chinaCRS，常用在"底图是偏移坐标、而某个模型是标准坐标"的混搭场景：

// 模型数据是无偏坐标，配置 chinaCRS 后内部自动加偏，与偏移底图对齐
const tiles3dLayer = new mars3d.layer.TilesetLayer({
  name: "合肥国家大学科技园",
  url: "https://data.mars3d.cn/3dtiles/qx-hfdxy/tileset.json",
  chinaCRS: mars3d.ChinaCRS.WGS84 // 标识数据坐标，内部自动加偏
})
map.addLayer(tiles3dLayer)

4.2 坐标转换 API 清单

平台坐标转换集中在 PointTrans 类中，常用的方法有：

方法	作用	说明
`mars3d.PointTrans.gcj2wgs(坐标)`	国测局坐标 → WGS84	把高德/腾讯拾取的火星坐标转为平台使用的标准坐标
`mars3d.PointTrans.proj4Trans(坐标, 源坐标系, 目标坐标系)`	任意投影坐标系互转	依赖 proj4，支持 `mars3d.CRS` 内的 EPSG 常量，如 4326 与 CGCS2000 高斯投影互转
`mars3d.PointTrans.degree2dms(度值)`	十进制 → 度分秒	用于界面展示
`mars3d.PointTrans.dms2degree(度, 分, 秒)`	度分秒 → 十进制	用于界面输入
`mars3d.Util.formatNum(数值, 小数位)`	数值格式化	保留指定小数位，常用于经纬度输出

更多方法（如 wgs2gcj、bd2wgs、gcj2bd、bd2gcj 等）见 PointTrans API 文档。

另外，坐标对象的获取与格式化的常用写法：

// 1) 从 Cesium 笛卡尔坐标得到经纬度点对象
const cartesian = event.cartesian
const point = mars3d.LngLatPoint.fromCartesian(cartesian)
point.format() // 格式化经度、纬度、高度（保留 6 位小数等）
console.log(point.lng, point.lat, point.alt)

// 2) 经纬度数组与 LngLatPoint 互转
const arr = mars3d.LngLatArray.toArray(positions) // positions → [[lng, lat, alt], ...]

4.3 完整示例：坐标转换工具

下面的代码摘自平台"坐标转换"功能示例（util/pointTrans/selectPoint），演示了经纬度与度分秒、CGCS2000 高斯投影坐标之间的互相转换：

// 十进制 → 度分秒
function toDms(lng, lat) {
  const jd = mars3d.PointTrans.degree2dms(lng)
  const wd = mars3d.PointTrans.degree2dms(lat)
  return `${jd.degree}° ${jd.minute}′ ${jd.second}″ / ${wd.degree}° ${wd.minute}′ ${wd.second}″`
}

// 度分秒 → 十进制
function dms2degree(du, fen, miao) {
  return mars3d.PointTrans.dms2degree(du, fen, miao)
}

// 经纬度 → CGCS2000 高斯投影坐标（3度带 / 6度带）
function lngLatToGk(lng, lat, is6) {
  const crs = is6 ? mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_6 : mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_3
  const result = mars3d.PointTrans.proj4Trans([lng, lat], mars3d.CRS.EPSG4326, crs)
  return { x: mars3d.Util.formatNum(result[0], 1), y: mars3d.Util.formatNum(result[1], 1) }
}

// 高斯投影坐标 → 经纬度
function gkToLngLat(x, y, is6) {
  const crs = is6 ? mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_6 : mars3d.CRS.CGCS2000_GK_Zone_3
  return mars3d.PointTrans.proj4Trans([x, y], crs, mars3d.CRS.EPSG4326)
}

// 地图上拾取一个点并转换
map.once(mars3d.EventType.click, (event) => {
  const point = mars3d.LngLatPoint.fromCartesian(event.cartesian)
  point.format()
  console.log("经纬度：", point.lng, point.lat)
  console.log("度分秒：", toDms(point.lng, point.lat))
  console.log("高斯投影：", lngLatToGk(point.lng, point.lat, false))
})

运行效果

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更多坐标系相关示例：

全局偏移坐标系配置：map/options/chinaCRS
瓦片图层 EPSG:4490 / EPSG:4326 / EPSG:3857：layer-tile/crs/epsg4490

5. 坐标系常见问题

5.1 为什么底图和模型有几十米到几百米的整体偏移？

绝大多数是偏移坐标系没有声明造成的：底图（如高德、百度）是 GCJ02/BD09，而你的矢量或模型数据是 WGS84（或反过来）。解决办法就是给对应的图层加 chinaCRS（GCJ02 / BAIDU / WGS84），让平台自动加偏或纠偏，而不是去挪模型的位置。

5.2 加载天地图/地方瓦片时瓦片错位、只显示一小块或空白？

先确认服务是 EPSG:4490（天地图 c 系列）还是 EPSG:4326（天地图 w 系列），并按服务文档设置 crs；对于只覆盖某个行政区的瓦片服务（如省级服务），还需要设置 rectangle 限定范围，避免瓦片请求越界。

const layer = new mars3d.layer.XyzLayer({
  name: "山东电子",
  type: "xyz",
  url: "http://service1.sdmap.gov.cn/...&TileMatrix={z}&TileCol={x}&TileRow={y}&tk=你的token",
  crs: "EPSG:4490", // 标识坐标系
  rectangle: { xmin: 114.229839, xmax: 123.40053, ymin: 33.93893, ymax: 38.904819 }, // 限定范围
  minimumLevel: 7,
  maximumLevel: 18
})
map.addLayer(layer)

5.3 高斯投影坐标（X/Y）顺序怎么传？

proj4Trans 的入参与返回都是 [经度, 纬度] 形式（即 X 在前、Y 在后）的数组。如果拿到的是测量坐标"横坐标 Y、纵坐标 X"，转换前要先对调顺序，转换后再对调回来，避免出现"坐标跑到海里"的现象。

5.4 三维里能不能只画一个局部平面的坐标？

不能。三维球体（Cesium）内部统一使用笛卡尔空间直角坐标（Cesium.Cartesian3），任何平面坐标都必须先转换成经纬度再参与渲染。所以"平面坐标 → 经纬度 → 平台对象坐标"是必做的一步，转换过程就是上面 proj4Trans 的用法。