前端实现投影坐标和地理坐标系（CGCS2000）转换

前言

地理坐标系和投影坐标系是地理信息系统（GIS）和制图学中用于描述地球表面位置的两种不同的参考系统。它们在使用方式和应用场景上有显著的区别。

1、什么是地理坐标系和投影坐标系？

1.1、地理坐标系

地理坐标系是基于地球的三维球面模型来描述位置的系统。地理坐标系通常使用经度和纬度来表示地球表面的任何一个点。常见的地理坐标系：WGS1984（World Geodetic System 1984）、CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）等。

（1）纬度（Latitude）：表示一个点相对于赤道的角度，范围是从-90°（南极）到90°（北极）。

（2）经度（Longitude）：表示一个点相对于本初子午线的角度，范围是从-180°到180°。

地理坐标系是以地球椭球体或球体模型为基础，适合全球范围的定位，但因为地球表面是曲面的，在较大的范围内使用时可能不够精确。

1.2、投影坐标系

投影坐标系是将地球的三维曲面（通常是椭球体）投影到二维平面上来表示位置的系统。这种转换过程称为地图投影（Map Projection）。常见的投影坐标系墨卡托投影、高斯克吕格投影。

（1）投影方法：通过将地球表面的点投影到一个平面（通常是纸张或屏幕）上，从而将地理坐标转换为平面坐标。常见的投影方法包括墨卡托投影、兰伯特投影、UTM投影等。

（2）平面坐标：在投影坐标系中，位置通常用X（东向）和Y（北向）平面坐标来表示，适用于地图制作和本地区域的测量。

理坐标系虽然对空间位置有利，但难以进行距离、方位、面积的量算，所有需要投影坐标系要计算要素的面积、长度等信息。但它们会引入不同类型的变形（例如形状、面积或距离的变形），因此通常只在特定区域使用。

2、投影坐标系中投影带计算方法

地理坐标系和投影坐标系是相对应的，常见的对应关系
地理坐标系投影坐标系WGS84墨卡托投影CGCS200高斯克吕格投影
在进行投影坐标系转换时不同的经度位置的坐标转换参数并不一致，需要根据经度计算具体分带数

（WGS1984-UTM-ZONE-46N）（CGCS2000-3-Degree-GK-CM-105E）

我国基本比例尺地形图多采用高斯-克吕格投影（GK），为减少投影变形，高斯-克吕格投影分为3度或6度带投影。

计算公式：带号=(经度整数位/6)的整数部分+31

方式3度带计算方式6度带计算方式
计算方式

带号=(经度+1.5°)/3取整

带号=(经度+6°)/6取整

适用范围

1：1万比例尺的地形图按3°分带

1：2.5万~1：50万比例尺地形图按6°分带

例如：汶川县东经102°51′～103°44′、103/6≈17+31=48 即：WGS_1984_UTM_Zone_48N

CGCS2000投影带表示意义

CGCS2000_3_Degree_GK_CM_105E

3°分带下的35带投影(横坐标没有带号)

CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35

3°分带下的35带投影(横坐标有带号)

CGCS2000_GK_CM_105E

6°分带下的18带投影(横坐标没有带号)

CGCS2000_GK_Zone_18

6°分带下的18带投影(横坐标有带号)

3、前端如何实现投影坐标系转换为CGCS2000地理坐标系？

前端实现坐标系转换最常用的工具是proj4.js工具库。proj4.js是一个 JavaScript 库，用于在 Web 应用程序中执行地理坐标系统的转换。它是 Proj4 的 JavaScript 版本，适用于在浏览器中处理地理空间数据。以下是 Proj4.js 的一些关键特点：

1. 坐标转换：支持在不同的地理坐标系统之间进行转换，比如从 WGS84（常用于 GPS 数据）到 UTM 等。

2. 多种投影支持：与 Proj4 类似，Proj4.js 支持多种地理投影，例如墨卡托投影、兰伯特投影等，可以处理全球或局部的坐标转换需求。

3. 轻量级：作为一个 JavaScript 库，Proj4.js 设计为轻量且高效，适合在 Web 环境中使用，不会显著增加页面的负载。

4. 易于集成：可以与其他 JavaScript 地图库（如 Leaflet.js 和 OpenLayers）一起使用，扩展地图应用的功能。

5.开源：Proj4.js 是开源的，社区支持活跃，可以在 GitHub 上获取代码并贡献。

    通过 Proj4.js，开发者可以在 Web 项目中轻松处理地理坐标转换，实现复杂的地理空间功能。proj4官网：PROJ4JS | Proj4js

3.1、根据地区经度计算出分带名称

例如：临沂地区经纬度位于117度左右，通过分带计算公式可以求出临沂地区的分度带为 39度带，则临沂地区对应的CGCS2000对应的高斯克吕格投影坐标系为：CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger zone 39

（1）在https://epsg.io/ （是一个提供地理空间参考系统信息的在线平台，需要梯子）网站中根据分带名称搜索对应的分带信息和转换参数

（2）找到CGCS2000坐标系的转换参数

3.2、安装proj4.js实现坐标转换

（1）安装

npm install proj4

（2）使用proj4结合上一步中找到的转换参数进行转换得到转换后的数据

// CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger zone 39
let from_system = "+proj=tmerc +lat_0=0 +lon_0=117 +k=1 +x_0=39500000 +y_0=0 +ellps=GRS80 +units=m +no_defs +type=crs"

// China Geodetic Coordinate System 2000
let to_system = "+proj=longlat +ellps=GRS80 +no_defs +type=crs";

// transform
let trasnformLnglat = proj4(from_system,to_system,[39624337.6595,3876411.9272]);

// 输出  :  [118.36213558429172, 35.00875250]

参考文章

培训一：坐标系与投影、栅格与矢量数据-太原市水利水保科学研究院

高斯克吕格投影分带计算_高斯克吕格投影3度分带-CSDN博客