1. 坐标系分类

1. 平面坐标系(PlannarCoordinateSystem)，用户自定义的坐标系，适用于小区域内的定义使用
2. 地理坐标系(GeographicCoordinateSystem)，球面坐标系，参考平面是椭球面，坐标单位:(经纬度)
3. 投影坐标系(ProjectionCoordinateSystem)，平面坐标系，参考平面是水平面，坐标单位:(米，千米)等

2. 地球空间模型

为什么要建立地球空间模型？

（1）地球既不是正圆，也不是标准的椭圆

（2）地球的自然表面不是光滑的，是崎岖不平的

先从简单说起，假设地球是正圆的，地球表面上的一点可以用经纬度来表示，这时的经纬度是唯一的。那什么情况下是不唯一的呢，就是地球不是正圆的时候。实际也是如此，地球本来就不是圆的，而是一个椭圆,关于这个椭圆并不是唯一的。

地球的自然表面是崎岖不平的，在地理课本上我们会看到对地球形状的描述：地球是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。

不难看出在地球的自然状态下其表面并不是连续不断的，高峰、悬崖的存在，使得地球表面存在无数的凸起和凹陷，因此，对地球表面的第一层抽象，大地水准面即得到了一个连续、闭合的地球表面。大地水准面的定义是：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面，这就是大地水准面。它是重力等位面。

在大地水准面的基础上可以建立地球椭球模型。大地水准面虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体，这个椭球体称为地球椭球体。其表面是一个规则数学表面，可用数学公式表达，所以在测量和制图中用它替代地球的自然表面。地球形体的二级逼近。

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地球椭球体有 3 个参数，长半轴，短半轴和扁率。

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3. 地理坐标系

地理坐标系分为地心坐标系和参心坐标系

地心坐标系的原点与地球质心重合，以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。如 CGCS2000、WGS84。

参心坐标系（正在逐渐被淘汰）的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合， 通常与地球质心不重合。区域性大地坐标系。

WGS84 (EPSG:4326)：

开发中常用的84坐标系就是地心坐标系，

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。

开发中常用的 EPSG:4326 就是84坐标系

单位：

单位用经纬度（度分秒）来表示，换算1°=60′=3600″

例如：113°12′34″ = 113.2094°

4. 投影坐标系

投影坐标系常用的主要分两个：墨卡托投影和高斯投影

1. 墨卡托投影 Mercator Projection (EPSG:3857)

墨卡托(Mercator)投影，是一种"等角正切圆柱投影”，荷兰地图学家墨卡托（Gerhardus Mercator 1512－1594）在 1569 年拟定，假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图。墨卡托投影没有角度变形，由每一点向各方向的长度比相等，它的经纬线都是平行直线，且相交成直角，经线间隔相等，纬线间隔从标准纬线向两极逐渐增大。墨卡托投影的地图上长度和面积变形明显，但标准纬线无变形，从标准纬线向两极变形逐渐增大，但因为它具有各个方向均等扩大的特性， 保持了方向和相互位置关系的正确。在地图上保持方向和角度的正确是墨卡托投影的优点， 墨卡托投影地图常用作航海图和航空图，如果循着墨卡托投影图上两点间的直线航行，方向不变可以一直到达目的地，因此它对船舰在航行中定位、确定航向都具有有利条件，给航海者带来很大方便。

目前国际上通行的世界地图有两种，一种是以太平洋上的经线为分割线的大西洋格局的 世界地图，即“大西洋版世界地图”，另一种是以大西洋上的经线为分割线的太平洋格局的 世界地图，即“太平洋版世界地图”。都是墨卡托投影坐标系地图。

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但是， 等角 不可避免的带来的面积的巨大变形，特别是两极地区，明显的如格陵兰
岛比实际面积扩大了N倍。 在这张地图上，格陵兰岛看起来和非洲大小一般，而实际上，非洲的面积差不多相当于 15 个格陵兰岛；巴西在地图上看起来还没阿拉斯加大，而实际上，巴西比阿拉斯加大五倍多；北欧的斯堪的纳维亚半岛上的国家看起来比印度大，但实际上，印度相当于整个斯堪的纳维亚半岛的 3 倍；地图上的欧洲似乎比北美大，而事实正好相反。真实的俄罗斯也没有地图上看起来的那么大，比非洲要小。

EPSG代码：

常见的是EPSG:3857来表示，有的时候也会见到EPSG:900913，比如使用geoserver切片的时候，这两个代码都表示墨卡托投影

坐标轴：

Web Mercator是以整个世界范围，赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负。

x轴是赤道，y轴是本初子午线（0度经线），x轴上方为正，下方为负。y轴向东为正，向西为负。

范围：

X 轴：由于赤道半径为 6378137 米，则赤道周长为 2PIr = 20037508.3427892，因此 X 轴的取值范围：[-20037508.3427892,20037508.3427892]

Y 轴：由墨卡托投影的公式可知，同时上图也有示意，当纬度φ接近两极，即 90°时，y 值趋向于无穷。所以就默认取到85度附近，在[-20037508.3427892,20037508.3427892]之间

投影坐标系范围是：
最小 (-20037508.3427892, -20037508.3427892 )
最大 (20037508.3427892,20037508.3427892)

对应的纬度范围是：
最小(-180,-85.05112877980659)
最大(180, 85.05112877980659)

2. 高斯投影 Gauss-Kruger Projection

高斯- 克吕格投影， 简称“高斯投影”，又名"横轴等角切圆柱投影”， 是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。我国规定 1:1 万、1:2.5 万、1:5 万、1:10 万、1:25 万、1:50 万比例尺的地形图均采用高斯克吕格投影。北京 54 和西安 80 投影坐标系的投影方式。该投影在英美等国家被称为横轴墨卡托投影。

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高斯投影特点:

（1）中央子午线长度变形比为 1

（2）在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大

（3）在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快

（4）在 6˚带范围内，长度最大变形不超过 0.14%

通过分带控制变形：

（1）6°分带： 用于 1：2.5 万 ~1：50 万比例尺地图 ，起始于初子午线（格林威治），按经差 6 度为一个投影带自西向东划分，全球共分 60 个投影带。我国范围可分成 11 个 6 度带。

（2）3°分带：用于大于 1：1 万比例尺地图 ，始于东经 1°30′，按经差 3 度为一个投影带自西向东划分，全球共分 120 个投影带。我国范围可分成 22 个三度带。

（3）坐标系原点为每个投影带的中央经线与赤道交点

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为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中央经线为 X 轴，赤道为 Y 轴，中央经线与赤道交点为坐标原点，x 值在北半球为正，南半球为负，y 值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x 值均为正值，为了避免 y 值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移 500km， 中央经线上原横坐标值由 0 变为 500km。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,20655933m)，其中 20 即为带号。

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特此声明：文章摘录一部分木遥大神的笔记，整合了一下自己的理解，方便学习使用