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【干貨】導航、地圖背后的秘密:地理坐標系 vs 投影坐標系,一文看懂!

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打開地圖 APP 規(guī)劃路線,或看到工程圖紙上的精準標注時,你有沒有想過:這些位置信息是怎么 “算” 出來的?其實,背后藏著兩個關(guān)鍵概念 —— 地理坐標系和投影坐標系。今天就用通俗的語言,帶你搞懂它們的區(qū)別、用法,以及地圖上 “分帶” 的小技巧~

地理坐標系

用經(jīng)緯度 “鎖定” 地球每一點

地理坐標系就像地球的 “球面定位系統(tǒng)”,靠經(jīng)緯度確定任意一點的位置,是最基礎(chǔ)的定位工具。

  • 經(jīng)度:從本初子午線(0° 經(jīng)線)開始,向東是東經(jīng)(0°-180°),向西是西經(jīng)(0°-180°),就像地球的 “橫向刻度”。

  • 緯度:以赤道(0° 緯線)為界,向北是北緯(0°-90°),向南是南緯(0°-90°),類似地球的 “縱向刻度”。


地理坐標

但地球不是完美的球體,而是個 “兩極稍扁、赤道略鼓” 的不規(guī)則球體。為了方便計算,科學家定義了地球橢球體模型(比如 GPS 常用的 WGS84 橢球體),再結(jié)合大地基準面(確定橢球與地球的位置關(guān)系),就構(gòu)成了完整的地理坐標系。

適用場景:全球定位(比如 GPS 定位)、描述宏觀地理現(xiàn)象(如 “北京位于北緯 39°,東經(jīng) 116°”)。
小缺點:基于球面的經(jīng)緯度,沒法直接用來算距離、畫平面地圖 —— 這就需要投影坐標系登場了!

投影坐標系

把曲面 “壓平” 成平面地圖

地球是曲面,直接畫地圖或算面積、距離太麻煩。投影坐標系的作用,就是用特定方法把球面 “投影” 成平面,變成我們熟悉的 X、Y 坐標(單位通常是米)。


投影示意圖

常見投影方法有這些:

  • 高斯 - 克呂格投影:等角橫切橢圓柱投影,角度不變形,適合小比例尺地形圖(比如國家基本地形圖)。

  • 墨卡托投影:等角正圓柱投影,航海圖常用 —— 因為在這種投影下,航線是直線,方便導航。

投影坐標系 “繼承” 了地理坐標系的橢球和基準面信息,再加上投影參數(shù),就能把球面坐標轉(zhuǎn)成平面坐標。但要注意:投影過程中會有變形(長度、角度或面積可能變大 / 變?。?,不同投影方式的變形特點不同,得根據(jù)需求選~

適用場景:地圖制作、工程測量、城市規(guī)劃等需要平面計算的領(lǐng)域。比如修路時算距離、畫小區(qū)規(guī)劃圖,都得靠它!

一張表分清

地理坐標系 vs 投影坐標系


地圖 “分帶” 小技巧

三度帶 vs 六度帶

用高斯 - 克呂格投影時,為了減少變形,會把地球 “切開” 分帶投影,常見的有三度帶和六度帶。

1. 六度帶:大范圍地圖首選

  • 從本初子午線開始,每 6° 劃一帶,全球共 60 帶(編號 1-60)。

  • 中央子午線公式:中央子午線經(jīng)度 = 6°× 帶號 - 3°。比如第 10 帶,中央子午線是 6×10-3=57°E。

  • 適用場景:小比例尺、大范圍地圖(如 1:2.5 萬、1:5 萬地形圖),變形較小且覆蓋范圍廣。

2. 三度帶:高精度場景必備

  • 在六度帶基礎(chǔ)上,從東經(jīng) 1°30′開始,每 3° 劃一帶,全球共 120 帶。

  • 中央子午線公式:中央子午線經(jīng)度 = 3°× 帶號。比如第 20 帶,中央子午線是 3×20=60°E。

  • 適用場景:大比例尺、高精度需求(如 1:1 萬地形圖、城市規(guī)劃、工程建設(shè)),變形更小更精準。


三度帶和六度帶示意

實際應(yīng)用

別以為這些知識離生活很遠,其實在很多技術(shù)場景中都離不開:

  • 數(shù)據(jù)采集:在我們使用激光掃描儀搭配RTK模組進行數(shù)據(jù)采集時會進行投影坐標系的選擇,我們需要根據(jù)實際的要求選擇對應(yīng)的坐標系比如WGS84或CGCS2000,在使用GreenValley APP進行新建工程時可自動獲取當前位置,匹配相對應(yīng)的帶號。



APP坐標系設(shè)置

  • 數(shù)據(jù)解算:獲取原始的點云數(shù)據(jù)后在進行數(shù)據(jù)時MLS解算軟件會自動讀取數(shù)據(jù)采集時設(shè)置的投影坐標系,或者是手動進行設(shè)置,選擇需要的坐標以及投影帶。



坐標系設(shè)置

  • 數(shù)據(jù)處理:選擇坐標系后,可進行下一步數(shù)據(jù)解算,數(shù)據(jù)處理完會得到想要坐標系的點云數(shù)據(jù),點選不同的位置可以查看數(shù)據(jù)的坐標信息。



點云數(shù)據(jù)查看坐標信息

總結(jié)

地理坐標系是地球的 “球面身份證”,用經(jīng)緯度標記每一點;投影坐標系是 “平面翻譯官”,把曲面轉(zhuǎn)成平面方便計算。三度帶和六度帶則是控制變形的 “小技巧”,按需選擇就能讓地圖更精準~

下次看地圖或用導航時,不妨想想:你看到的位置,其實是經(jīng)過 “球面轉(zhuǎn)平面” 的智慧成果哦! ?

來源:數(shù)字綠土

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