PostGIS空间数据库SRID背景知识 - 地理坐标系（球面坐标系）和投影坐标系（平面坐标系）

背景

《PostGIS 坐标转换(SRID)的边界问题引发的背景知识 - ST_Transform》 一文，介绍了使用某个坐标系时，计算国内某个点到某个点的距离出现了负数。

背景知识和坐标系有关。

什么是地理坐标系，什么是投影坐标系？

参考此文：

http://www.cnblogs.com/jetz/archive/2005/03/29/127547.html

原文

1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。

很明显，Geographic coordinate system是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？

这必然要求我们找到这样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：

可以量化计算的。具有长半轴，短半轴，偏心率。

以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。

Spheroid: Krasovsky_1940   
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000   
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000   
Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000   

然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描述中，可以看到有这么一行：

Datum: D_Beijing_1954   

表示，大地基准面是D_Beijing_1954。

有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。

完整参数：

Alias:   
Abbreviation:   
Remarks:   
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)   
Prime Meridian（起始经度）: Greenwich (0.000000000000000000)   
Datum（大地基准面）: D_Beijing_1954   
Spheroid（参考椭球体）: Krasovsky_1940   
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000   
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000   
Inverse Flattening: 298.300000000000010000   

2、接下来便是Projection coordinate system（投影坐标系统），首先看看投影坐标系统中的一些参数。

Projection: Gauss_Kruger   
Parameters:   
False_Easting: 500000.000000   
False_Northing: 0.000000   
Central_Meridian: 117.000000   
Scale_Factor: 1.000000   
Latitude_Of_Origin: 0.000000   
Linear Unit: Meter (1.000000)   
Geographic Coordinate System:   
Name: GCS_Beijing_1954   
Alias:   
Abbreviation:   
Remarks:   
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)   
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)   
Datum: D_Beijing_1954   
Spheroid: Krasovsky_1940   
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000   
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000   
Inverse Flattening: 298.300000000000010000   

从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有Geographic Coordinate System。

投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。

那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？

这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。

好了，投影的条件就出来了：

a、球面坐标

b、转化过程（也就是算法）

也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法去投影！

即每一个投影坐标系统都必须要求有Geographic Coordinate System参数。

3、我们现在看到的很多教材上的对坐标系统的称呼很多，都可以归结为上述两种投影。其中包括我们常见的“非地球投影坐标系统”。

大地坐标（Geodetic Coordinate）:

大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。

方里网: 是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。

在1：1万——1：20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线(图式中称“分度带”)，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1：2 5万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。

我国的1：50万——1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。

直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四 个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。

虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面坐标。但是我们在一副地形图上经常见到方里网和经纬度网，我们很习惯的称经 纬度网为大地坐标，这个时候的大地坐标不是球面坐标，她与方里网的投影是一样的（一般为高斯），也是平面坐标。