1.空间参考
1.1.空间参考的定义
空间参考(Spatial Referenee)是GIS数据的骨骼框架，是描述地球表面或者其他天体的方法，可以用来确定位置、方向、距离等信息，能够将数据定位到相应的位置，为地图中的每一点提供准确的坐标。常见的空间参考包括地心坐标系、大地坐标系、地球惯性坐标系、天球坐标系等。
确保地图数据使用统一的空间参考系统非常重要。如果不同图层使用了不一致的空间参考，将导致图层间的地理位置错误，无法正确拼合，影响图层叠加查看，无法进行准确的空间分析和地理处理。因此在开发一个GIS系统时，为数据选择正确的空间参考非常重要。
（比如说像智慧城市中的数字底座平台，需要将一个城市所有类型、所有时间段的数据整合在一起进行查看，其所有数据以及底座平台必须要统一坐标，不然根本合不到一起）
1.2空间参考的组成
空间参考系统是由平面坐标系统（水平坐标系统）和高程系统（垂直坐标系统）组成。
1.3.椭球体
由于真实的地球表面不是完全均匀的，是高低起伏的，这对于地球测量而言，地表是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量和制图的基准面。所以说需要引入地球椭球体的概念，为了定量描述地球的形状而不受起伏的影响，测量上把与大地水准面符合得最理想的旋转椭球体叫做地球椭球，也称地球椭球体，椭球体。
为了方便计算，用一个水准面所包围成的椭球体来近似代替地球自然表面，它可以用数学公式表达了，这便是参考椭球体。
根据椭球体就可以得到几个可以量化的参数，又称为椭球体参数，包括像长半轴（图中a），短半轴（图中b），扁率（f=(a-b)/a)。
因为不同国家的地理位置不同，所以各国会通过设置不同参数来建立更适合自己国家的参考椭球体。
2. 坐标系
2.1. 坐标系概念
椭球体与坐标系的关系是相互的，坐标系是描述椭球体表面位置的一种方式，而椭球体又可以采用不同的坐标系来描述。
GIS中的坐标系的目的就是为了精确描述地球上的点的位置。有了坐标系，我们就能描述地球上的点了，比如（经度，纬度） (36.12,111.56)。
坐标系分为以下两种： 地理坐标系（Geographic Coordinate System, GCS） 投影坐标系（Projected Coordinate System, PCS）
2.2.地理坐标系
地理坐标系（Geographic Coordinate System，GCS）使用经度和纬度来确定地球上点的位置。地理坐标系通常以大地水准面为基准，用来描述全球范围内的位置，例如GPS定位就是使用地理坐标系。
地理坐标：就是经纬度，基于椭球体的地理坐标称为大地坐标，或称地理坐标。在球面系统中，水平线（或东西线）是等纬度线或纬线。垂直线（或南北线）是等经度线或经线。
经度是以子午线为基准，从0°到180°东或西测量的角度值，表示点在东西方向上的位置。
纬度是以赤道为基准，从0°到90°北或南测量的角度值，表示点在南北方向上的位置。
2.3.投影坐标系
投影坐标系（Projected Coordinate System, PCS）地球椭球面是曲面，而我们日常中见到的地图是平面。因此只有一定的数学法则把大地坐标系转换成某投影平面上的平面直角坐标系，才能满足测绘工程的需求，日常中见到的地图就是测绘的工程结果。投影坐标系使用各种投影方法将地球表面投影到平面上，从而得到平面坐标系。
地图投影就是从球形球体的地理坐标系统转换到平面位置的地球，表面到平面的转换，即曲面变平面。
投影坐标系使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。一个投影坐标系总是基于一个地理坐标系。投影坐标系统地图单位通常为米。
平面坐标：投影坐标系的坐标称为平面坐标。通常Y坐标为7位，X坐标位6位或8位。y是横坐标，类似于经度；x是纵坐标，类似于纬度，无带号的时候是6位，有带号的时候是8位，前2位为带号。（后面会再介绍带号）
为什么要进行投影？---满足测绘工程的需要。
● 坐标系是球面坐标，不方便进行距离，方位，面积等参数的量算和各种空间分析
● 投影地图为平面，符合视觉心理（我们平时不会感觉自己生活在一个球上，而是生活在一个平地）
● 地球椭球体为不可展平面
2.4.主要的常用坐标系统
● cgcs2000（China Geodetic Coordinate System 2000）：是中国国家大地坐标系，也称为2000国家大地坐标系。它是中国的地理坐标系标准，是现在最常用的坐标系统之一。相比于北京54和西安80，更有利于测量三维坐标。
● 北京54（Beijing 1954）：是中国早期使用的大地坐标系，基于克拉索夫斯基椭球体，是通过与原苏联1942年坐标系联测而建立的，其原点不在北京，而是在苏联普尔科沃。该坐标系主要用于20世纪50年代至70年代期间的测绘工作，但现在已较少使用。
● 西安80（Xi'an 1980）：是中国大部分地区常用的大地坐标系，也称为1980国家大地坐标系。它基于克拉索夫斯基椭球体，并以西安市为基准点，被广泛应用于中国的测绘和地理信息系统中。
● wgs84（World Geodetic System 1984）：是一个全球通用的地理坐标系，由美国国防部制定，用于全球定位系统（GPS）等应用。WGS84基于克拉索夫斯基椭球体，并为全球提供了一套一致的地理坐标系统。
● GCJ02（国测局坐标系）：是一种用于中国大陆地区的地理坐标系，由中国国家测绘局制定。 GCJ02是一种加密坐标系，用于对地理位置进行保密和偏移处理，按照一定的加偏算法，将真实的坐标加密成虚假的坐标，以保护国家安全和地理信息安全。加密后的坐标也常被人称为火星坐标系统GCJ02主要在中国大陆的地图服务和定位导航应用中使用，例如高德地图、百度地图等。高德地图API，腾讯地图API上取到的，都是GCJ-02坐标，也适用于大部分地图API产品，以及他们的地图产品。
● BD09（百度坐标系）： BD09经纬度投影属于百度坐标系，是由中国百度公司自行研发的地理坐标系，主要适用于百度地图的相关产品。它是在标准经纬度的基础上进行GCJ-02加偏之后，再加上百度自身的加偏算法，也就是在标准经纬度的基础之上进行了两次加偏。与GCJ02相比，BD09在计算精度和数据处理方面有所改进，提供更好的位置定位服务。
2.5.常用投影
高斯-克吕格投影
从1952年起，作为我国大地测量和地形图的基本投影，也称为主投影。
它的投影方式是横轴等角切椭圆柱投影。假设一个椭圆柱面与地球椭球体面横切于某一条经线上，按照等角条件将中央经线东、西各3°或1.5°经线范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，然后将圆柱面展开成平面而成的。
2.5.1.投影分带
度带：高斯-克吕格投影带划分为了控制变形，每隔3或6的经差划分为互不重叠的投影带，也就是度带。
● 以6度分带来看，更适用于1:2.5万-1:50万地形图。我国覆盖了 13-23度带，共11个度带
● 以3度分带来看，更适用于比例尺大于1:1万的地图。我国覆盖了 24-45度带，共22个度带
2.5.2.投影命名方式
2.6.坐标编号
EPSG（European Petroleum Survey Group）：是一个由欧洲石油勘探和生产协会成立的组织，该组织制定了一套全球通用的地理和投影坐标系标识码，用于标识地球上各种不同的地理坐标系或投影坐标。PSG已被Open Geospatial Consortium（OGC）承认并管理，成为了一个全球性的标准。EPSG 是将常用的坐标系、投影、地理坐标系等地理空间参考系统的名称、参数、定义等信息进行标准化，并赋予一个唯一编码。可以到EPSG（European Petroleum Survey Group）网站（http://epsg.io/）上搜索坐标系统能查看坐标系的详细参数。
WKID（Well-Known ID）：是Esri公司用于标识空间参考系统的编号系统，也称为ESRI WKID。与EPSG类似，WKID也是一个全球通用的标识码，用于标识地球上各种不同的地理坐标系或投影坐标系。WKID通常由一个整数值组成，例如WGS84的WKID为4326。
