导航坐标系与大地坐标系转化（互联网地图坐标系简介及转换）

经常有客户反馈这样的问题，为什么接收到GPS设备(手机定位)点叠加到地图里会有很大的偏移呢？这个问题本身不复杂，但是对于非gis专业的客户来说，可能就有点晕了其实产生偏移，无非就是定位点基于的坐标系与底图的坐标系不一致导致简单介绍下互联网地图所采用的坐标系(仅讨论地理坐标系，也就是常说的经纬度坐标系)目前常用的地理坐标系主要有国际标准坐标系WGS-84，火星坐标系GCJ-02，百度坐标系BD-09，下面我们就来说一说关于导航坐标系与大地坐标系转化?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!

导航坐标系与大地坐标系转化

经常有客户反馈这样的问题，为什么接收到GPS设备(手机定位)点叠加到地图里会有很大的偏移呢？这个问题本身不复杂，但是对于非gis专业的客户来说，可能就有点晕了。其实产生偏移，无非就是定位点基于的坐标系与底图的坐标系不一致导致。简单介绍下互联网地图所采用的坐标系(仅讨论地理坐标系，也就是常说的经纬度坐标系)。目前常用的地理坐标系主要有国际标准坐标系WGS-84，火星坐标系GCJ-02，百度坐标系BD-09。

• 为一种国际标准的大地坐标线，是目前Gps全球卫星定位系统使用广泛的坐标系。
• 国际地图提供商使用的坐标系，如open street map。
• 天地图的在线地图是WGS-84坐标系，Google Earth采用的也是WGS-84坐标系。

• 火星坐标系GCJ-02也叫国家测绘局坐标系，国家规定国内出版的各种地图系统（包括电子形式），必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。
• 国行移动设备中定位获取的坐标数据使用的是GCJ-02坐标系。
• 超图云在线地图，谷歌国内在线地图，高德地图，腾讯地图采用的都是GCJ-02坐标系。

• 百度地图标准的坐标系，其实是百度地图在火星坐标系上进行了二次加密。
• 百度地图针对海外地区提供的WGS-84坐标系。

• 原生ios或android库获取的定位点坐标为WGS-84。
• 百度移动sdk获取的定位点坐标可以是BD-09或GCJ-02，默认BD-09。
• 高德移动sdk，腾讯移动sdk等获取的定位点坐标为GCJ-02。
• 现在我们基本搞清楚了为什么会产生偏移，要解决偏移，只需要对坐标点进行坐标系转换。举例：我用SuperMap iMobile for Android组件产品开发了一个地图app，其底图的坐标系是WGS-84，而定位点的获取采用的是高德地图sdk，要保证定位点能在底图上正常显示出来，那么只需对定位点进行GCJ-02到WGS-84坐标系的转换。坐标转换，有很多在线服务，例如超图公网服务的坐标转换，提供了这三种常用坐标系之间的相互转换。有了在线服务坐标转换，那么定位点就可以完美的在移动端或前端地图上叠加显示了。

• 对于Gis地图软件开发，经常会接触到除了点之外的矢量线和矢量面等数据，这些数据在与底图叠加时也需要坐标系转换，但在线服务无法转换线，面。这时我们可以离线转换，自己扩展转换算法，因为线，面本身也是由点构造的，故将线面的点取到后进行坐标系转换，然后将由结果点构造为线，面。附上离线转换代码：

public class CoordinateConvertTool {public static double pi = 3.1415926535897932384626;public static double a = 6378140.0;//1975年国际椭球体长半轴public static double ee = 0.0033528131778969143;//1975年国际椭球体扁率//百度坐标系转换有0.001级别的误差，若对精度要求高，可采用百度官方接口//gps实体类可自行构造，其属性字段为经纬度。public static Gps GPS84ToBD09(double lon, double lat) {if (outOfChina(lon, lat)) {return null;}double dLat = transformLat(lon - 105.0, lat - 35.0);double dLon = transformLon(lon - 105.0, lat - 35.0);double radLat = lat / 180.0 * Math.PI;double magic = Math.sin(radLat);magic = 1 - ee * magic * magic;double sqrtMagic = Math.sqrt(magic);dLat = (dLat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtMagic) * Math.PI);dLon = (dLon * 180.0) / (a / sqrtMagic * Math.cos(radLat) * Math.PI);double mgLon = lon dLon;double mgLat = lat dLat;double z = Math.sqrt(mgLon * mgLon mgLat * mgLat) 0.00002 * Math.sin(mgLat * Math.PI);double theta = Math.atan2(mgLat, mgLon) 0.000003 * Math.cos(mgLon * Math.PI);double longitude = z * Math.cos(theta) 0.0065;double latitude = z * Math.sin(theta) 0.006;return new Gps(longitude, latitude);}public static Gps GPS84ToGCJ02(double lon, double lat) {if (outOfChina(lon, lat)) {return null;}double dLat = transformLat(lon - 105.0, lat - 35.0);double dLon = transformLon(lon - 105.0, lat - 35.0);double radLat = lat / 180.0 * pi;double magic = Math.sin(radLat);magic = 1 - ee * magic * magic;double sqrtMagic = Math.sqrt(magic);dLat = (dLat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtMagic) * pi);dLon = (dLon * 180.0) / (a / sqrtMagic * Math.cos(radLat) * pi);double mgLat = lat dLat;double mgLon = lon dLon;return new Gps(mgLon, mgLat);}public static Gps GCJ02ToGPS84(double lon, double lat) {Gps gps = transform(lon, lat);double lontitude = lon * 2 - gps.getLongitude();double latitude = lat * 2 - gps.getLatitude();return new Gps(lontitude, latitude);}public static Gps GCJ02ToBD09(double gg_lon, double gg_lat) {double x = gg_lon, y = gg_lat;double z = Math.sqrt(x * x y * y) 0.00002 * Math.sin(y * pi);double theta = Math.atan2(y, x) 0.000003 * Math.cos(x * pi);double bd_lon = z * Math.cos(theta) 0.0065;double bd_lat = z * Math.sin(theta) 0.006;return new Gps(bd_lon, bd_lat);}public static Gps BD09ToGCJ02(double bd_lon, double bd_lat) {double x = bd_lon - 0.0065, y = bd_lat - 0.006;double z = Math.sqrt(x * x y * y) - 0.00002 * Math.sin(y * pi);double theta = Math.atan2(y, x) - 0.000003 * Math.cos(x * pi);double gg_lon = z * Math.cos(theta);double gg_lat = z * Math.sin(theta);return new Gps(gg_lon, gg_lat);}public static Gps BD09ToGPS84(double bd_lon, double bd_lat) {Gps gcj02 = BD09ToGCJ02(bd_lon, bd_lat);Gps map84 = GCJ02ToGPS84(gcj02.getLongitude(), gcj02.getLatitude());return map84;}private static boolean outOfChina(double lon, double lat) {if (lon < 72.004 || lon > 137.8347)return true;return lat < 0.8293 || lat > 55.8271;}private static Gps transform(double lon, double lat) {if (outOfChina(lon, lat)) {return new Gps(lon, lat);}double dLat = transformLat(lon - 105.0, lat - 35.0);double dLon = transformLon(lon - 105.0, lat - 35.0);double radLat = lat / 180.0 * pi;double magic = Math.sin(radLat);magic = 1 - ee * magic * magic;double sqrtMagic = Math.sqrt(magic);dLat = (dLat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtMagic) * pi);dLon = (dLon * 180.0) / (a / sqrtMagic * Math.cos(radLat) * pi);double mgLat = lat dLat;double mgLon = lon dLon;return new Gps(mgLon, mgLat);}private static double transformLat(double x, double y) {double ret = -100.0 2.0 * x 3.0 * y 0.2 * y * y 0.1 * x * y 0.2 * Math.sqrt(Math.abs(x));ret = (20.0 * Math.sin(6.0 * x * pi) 20.0 * Math.sin(2.0 * x * pi)) * 2.0 / 3.0;ret = (20.0 * Math.sin(y * pi) 40.0 * Math.sin(y / 3.0 * pi)) * 2.0 / 3.0;ret = (160.0 * Math.sin(y / 12.0 * pi) 320 * Math.sin(y * pi / 30.0)) * 2.0 / 3.0;return ret;}private static double transformLon(double x, double y) {double ret = 300.0 x 2.0 * y 0.1 * x * x 0.1 * x * y 0.1* Math.sqrt(Math.abs(x));ret = (20.0 * Math.sin(6.0 * x * pi) 20.0 * Math.sin(2.0 * x * pi)) * 2.0 / 3.0;ret = (20.0 * Math.sin(x * pi) 40.0 * Math.sin(x / 3.0 * pi)) * 2.0 / 3.0;ret = (150.0 * Math.sin(x / 12.0 * pi) 300.0 * Math.sin(x / 30.0* pi)) * 2.0 / 3.0;return ret;}}

由于偏移不是线性的，所以该离线转换代码不能保证百分百的精确度。经测试，与百度坐标系之间的转换有误差。影响误差的因素很多，比如选取的椭球体，转换算法等，精确度不在本文讨论范围。如需高精度转换，请使用百度地图官方转换接口。