1984年世界大地测量系统
1984 年世界大地测量系统 (wgs84)是一个椭圆体、基准面和坐标系(存档)，广泛用于制图、大地测量学和导航领域，包括与谷歌地图一起使用。wgs84 表示具有球坐标系的世界。关于这个话题的讨论通常围绕这样一种说法，即由于 wgs84 提供了准确的信息并将地球表示为一个球体，因此它必须是地球是一个球体的证据。
在评估这一说法时，发现该过程是一个复杂的系统，它从大量较小的平面地图中提取信息以向用户提供信息。[1]测量和坐标信息被临时重新投影并从具有平面坐标的平面地图中检索，以提供准确的地理空间数据。[2]经纬度坐标系被描述为不可靠，不用于测量距离或面积。[3]
内容
1定义11地理坐标系12投影坐标系13基准
2国家平面坐标系和 nad83
3地球不是圆的！31锚点基准32未使用的纬度和经度
4wgs84 需要平面地图
5wgs84平面地球地图管理系统
6投影到平面的球坐标
7地理坐标背后的基本思想
8分类坐标变换
9平面地图作为标准
定义
地理坐标系
地理坐标系是使用经度和纬度的球面坐标系 。
从什么是地理坐标系？（存档）由 arcgis：
“ 地理坐标系(gcs)使用三维球面来定义地球上的位置。gcs 通常被错误地称为基准，但基准只是 gcs 的一部分。gcs 包括角度测量单位、本初子午线和基准面（基于椭球体）。 ”
投影坐标系
投影坐标系是平面坐标系。
从什么是投影坐标系？（存档）由 arcgis：
“ 投影坐标系定义在平坦的二维表面上。与地理坐标系不同，投影坐标系在两个维度上具有恒定的长度、角度和面积。 ”
基准
基准是一个锚点，它将两个不同的坐标系（地理和投影）联系在一起。
从arcgis 的基准（存档）我们读到：
“ 虽然椭球体近似于地球的形状，但基准面定义了椭球体相对于地球中心的位置。基准面为测量地球表面上的位置提供了参考框架。它定义了经纬线的起点和方向。 ”
国家平面坐标系和 nad83
国家平面坐标系广泛用于地理数据，并且基于具有简单 xy 坐标的平面地球“平面测量”方法：
“ 州平面坐标系（sps 或 spcs）是一组 124 个地理区域或坐标系，专为美国特定地区而设计。每个州包含一个或多个州平面区域，其边界通常遵循县线。美国毗邻地区有 110 个区域，阿拉斯加有 10 个，夏威夷有 5 个，波多黎各和美属维尔京群岛有 1 个。该系统被州和地方政府广泛用于地理数据。它的受欢迎程度至少有两个因素。首先，它使用简单的笛卡尔坐标系来指定位置，而不是更复杂的球面坐标系（经纬度的地理坐标系）。通过使用笛卡尔坐标系的简单 xy 坐标，可以使用“平面测量”方法，加快和简化计算。 ”
在那篇文章的下方，我们读到州平面坐标系与 1983 年的北美基准面相关联：
“ 最初，州平面坐标系基于 1927 年北美基准面 (nad27)。后来，更准确的 1983 年北美基准 (nad83)成为标准（大地基准是坐标系与物理地球相关联的方式）。最近，人们努力使用 1983 年尚不可用的技术来提高 nad83 基准的准确性。 ”
美国政府回应了同一个协会：
“ 美国国家飞机区域 - nad83 元数据更新时间：2016 年 8 月 11 日
us state plane zones (nad 1983) 代表 1983 年北美基准在美国境内的州平面坐标系 (spcs) 区域。 ”
地球不是圆的！
犹他州地理参考中心提供了一篇描述性标题为“地球不是圆的！”的文章。它解释了使用的坐标系以及平面地球地图如何与球面坐标系联系以进行数据检索。
地球不是圆的！犹他州、nad83 和 webmercator 投影（存档）
由犹他州地理参考中心提供
nad83 被称为地理空间数据的最佳坐标系：
“ utm nad83 是收集和分析全州 gis 数据的最佳坐标系统，尤其是任何使用长度、面积或地理处理的业务需求。 ”
nad83，如上所述，基于平面坐标系。
在web mercator上，这是一个基于 web 的版本 wgs84，用于谷歌地图等服务，文章解释说：
“ web mercator 的显着弱点是在其原始坐标中测量距离和面积是完全不可用的。如果需要精确的距离和面积计算，必须将 web-mercator gis 数据临时重新投影到更合适的坐标系 (utm nad83)。agrc 已开始在 web mercator 中构建 web 应用程序，并使用 web 服务调用进行必要的临时重投影，以获得新创建或编辑的地理特征的准确长度和面积。 ”
我们被告知 web mercator 有无法使用的原生坐标。gis 数据会暂时重新投影到 nad83 上，以进行可用的距离测量。
如果这篇文章旨在表明该平台正在显示圆形地球距离和测量值，那么犹他州肯定会将这篇文章的标题更接近于“地球是圆形的！”
锚点基准
来自“地球不是圆的！” 文章提到“utm nad83 投影使用 grs80 椭球和地心锚点作为其基准。” 有人询问与 nad83 相关的椭球和地心锚点指的是什么。如果 nad83 是由平面 xy 坐标系的国家平面图组成，为什么要提到地球模型的参与？
对此的答案是，与 nasd83 相关的椭球和锚点基准面对于与 wsg84 等其他球面坐标系互连是必要的，以便在正确的位置正确连接并交换数据。
文章讨论了wgs84圆形地球基准：
“ 地理坐标使用纬度和经度值来定义地球 3d 表面上的位置，当然，最好将其建模为椭球体，而不是球体。椭球体及其与现实世界相关联的锚点，统称为 wgs84 基准。 ”
注意“真实世界”。
文章还讨论了 nad83 平面地球基准：
“ utm nad83 是一个投影坐标系，表示抽象为平面笛卡尔坐标系的物理位置。utm nad83 投影使用 grs80 椭球和地心锚点作为其基准 ”
这篇文章谈到了将两种类型的系统连接在一起 的锚点。
文章中的附图是带有锚点的平面地图：
未使用的纬度和经度
地球不是圆的！我们阅读的文章：
“ 地理坐标使用纬度和经度值来定义地球 3d 表面上的位置，当然，最好将其建模为椭球体，而不是球体。
纬度和经度对于测量距离和面积是没有用的，因为长度单位（度）对于经度来说不是恒定的，除非沿着平行线 - 单独的完美东西线。
web mercator 的 [基于 web 的 wgs84] 的显着弱点是在其原始坐标中的距离和面积测量完全不可用。 ”
我们被告知圆形地球模型使用经纬度坐标系。我们还了解到没有使用纬度和经度。我们注意到，圆形地球坐标系是不可用和/或不可靠的。
那些相信地球不是圆的人！文章描述了一个分布圆形地球测量的系统，请向我们解释它是如何在不使用经纬度球坐标系的情况下工作的？我们真的很想知道。
wgs84 需要平面地图
wgs84 依靠平面投影来提供准确的数据。
“ 与此同时，以下是 wgs 84 和 nad83 之间的一些主要区别：
wgs 84 的坐标系是地理坐标系，并且 nad83 系统是投影的。 ”
正如我们从定义部分回忆的那样，地理坐标系是球形的，而投影坐标系是平面的。wgs84 有一个球坐标系，而 nad83 有一个平面坐标系。
wgs84 本身没有定义投影，需要平面坐标系进行操作：
“ wgs84 没有定义投影，因此由 gis 软件决定使用哪种投影在屏幕上显示数据（当然，除非您手动选择投影）。 ”
接下来我们看一下 arcgis 软件的投影列表：
arcgis 1070 和 arcgis pro 23 地理和垂直变换表（存档）
这是与 arcgis 一起使用的全球转换表的一长串列表，其中 nad83 被列为其中之一。这些都是平面坐标系及其相关的变换。wgs 84 正在从平面系统中获取数据，因为“地球不是圆的！” 文章描述，这些平面系统给出了更准确的信息。
wgs84平面地球地图管理系统
wgs84 是平面地球地图管理系统的另一个参考资料如下：
到 1911 年，格林威治子午线已被接受为全世界的本初子午线 。 然而，将单个国家或地区的地图与标准的经纬度系统联系起来不仅困难，而且几乎是不可能的。地球近似球形，但地图是平的。它们在一个区域内尽可能地与地球表面拟合，但在将它们拟合到标准的经纬度系统时，必然会存在细微的差异。直到最近，不同地图使用的坐标系之间的差异才真正无关紧要。当 gps 系统在 1980 年代推出时，人们意识到为不同国家拥有数十个“本地”纬度和经度系统是行不通的。必须设计一个单一的坐标系，这将为世界各地提供最佳结果。它被称为wgs 84（世界大地测量系统 1984）。 ”
投影到平面的球坐标
我们发现进一步的参考资料表明，该过程涉及将测地位置的曲面投影到平面上：
caltrans 调查手册（存档）
“ 国家平面坐标系的建立是为了提供一种将纪念碑点的大地测量位置转换为平面坐标的方法，这将允许在相对较大区域的平面测量中使用这些纪念碑而不会引入重大误差。
平面-矩形坐标系根据定义是一个平面。地球曲面上的大地坐标位置必须“投影”到其对应的平面坐标位置。将曲面投影到平面上需要某种形式的变形。想象一下将一片橙皮压平所需的拉伸和撕裂。在加利福尼亚州，lambert conformal 地图投影用于将纬度和经度的大地位置转换为 ccs83 的 y（北距）和 x（东距）坐标。 ”
球坐标投影到平面坐标。不是反过来。此外，它们“必须”被投影。
西弗吉尼亚 gis 技术中心（存档）提到了球坐标在平面上的相同投影：
“ 地理坐标系 (gcs)：一种非投影坐标系，它使用纬度和经度来定义球体或椭球体上点的位置。鼓励使用经度和纬度作为国家框架数据的一般参考和分布，因为它为美国大部分地区提供了无缝的坐标系。地理坐标可以很容易地投影到平面坐标系上，以正确显示数据或准确测量距离。地理坐标系是推荐用于覆盖西弗吉尼亚州整个地理范围的非投影 gis 数据集的坐标系。 ”
我们读到地理（圆形地球）坐标可以投影到平面（平面地球）坐标系上，以准确显示距离。
读者应该思考为什么球坐标会投影到平面上，如果地球是一个球体，投影到平面坐标系上的球坐标如何能够准确地显示数据和距离。如果地球是一个球体，则反之亦然。将球坐标投影到平面上会使数据和距离更加不准确，不准确。
地理坐标背后的基本思想
“ 为了更准确地绘制世界地图，gis 使用了多种地理坐标系和投影。地理坐标背后的基本思想是将 3d 球体或椭球体转换为平面地图。 ”
本文详细介绍了圆形 wgs84 和平面 nad83 坐标系。
关于地理坐标系，太平洋西北国家实验室说（存档）：
“ 什么是地理坐标系？
投影坐标系从地球的理想模型（地理坐标系）开始，然后使用投影将地球曲面的一部分转换为平面。 ”
圆形地球坐标系被描述为“地球的理想模型”。该模型的弯曲部分被临时重新投影到平面地图上，以收集准确的距离和测量数据，正如我们在上面所读到的。
分类坐标变换
有趣的是，一些纬度和经度坐标变换是不公开的。
“ 为什么会有这么多转变？
在任何两个地理坐标系之间，可能有零个、一个或多个变换。一些地理坐标系没有任何公开的转换，因为该信息被认为对政府或公司具有战略重要性。 ”
平面地图作为标准
我们发现有几个来源描述了平面地图和平面测量是 gis 工作的标准。
我们读到：
“ 欢迎来到本 gps 课程的第六课。这一次，我们将讨论两个坐标系。我有一点关于高度的讨论。我们已经谈到了一点。现在我们要讨论的这些坐标系是基于地球是平的虚构的平面坐标系，当然，这会立即引入失真。然而，大部分 gis 工作——以及 gps 工作——都是基于这个假设完成的。 ”
一位名叫 jerry mcgray 的测量员发表的评论，rpls（存档）：
“ 一两年前，我在一所社区大学担任一些介绍性测量课程的讲师。在第一类中，我们将“平面测量”定义为不考虑地球曲率的测量，将“大地测量”定义为考虑了地球曲率的测量。那是这两个类别唯一一次受到几乎同等的关注。哦，我们会指出（仍然在第一讲中）一些非平坦地球的真实世界证据，例如地球表面 115 英里弧的长度仅为英尺长于其对向弦，或者地球表面上一个面积为 75 平方英里的球面三角形的角和仅比相同大小的平面三角形的角和大一秒。（即使在今天，我也会从那些戏剧性的花絮中获得乐趣。我敢肯定，真正的大地测量学家会对这些琐事翻白眼！）但这些例子被用作不关注——不，不提——大地测量学概念的理由剩下的学期。我们会用诙谐的话结束十分钟的大地测量象征性点头，“因此，对于这门课，我们将尊重千古流传的古老原则——地球是平的。” 而且，说实话，这可能不是一个令人生畏的广泛主题的缩小范围。“因此，对于这个班级，我们将尊重千古流传的原则——地球是平的。” 而且，说实话，这可能不是一个令人生畏的广泛主题的缩小范围。“因此，对于这个班级，我们将尊重千古流传的原则——地球是平的。” 而且，说实话，这可能不是一个令人生畏的广泛主题的缩小范围。
但不仅仅是缩小范围，只是很少有私人执业的普通测量员有机会在日常工作中使用大地测量概念。即使我们尽职尽责地参加了偶尔的州平面坐标研讨会，这些原则也因缺乏使用而迅速从记忆中消失。如果来自普通人群的测量员甚至听说过大地水准面及其与椭球的关系，以及平均海平面适合图片的位置，那么听到它就知道了。 ”
分类：形式和大小地图和模型测量