84坐标系和2000坐标系的区别

在GIS应用中，坐标系扮演着重要的角色。坐标系是地图与现实世界之间的桥梁，能够将极为复杂的真实世界问题转化为易于处理的数字问题。然而，不同的坐标系在处理方式上会存在差异。本文将从多个方面对常见的84坐标系和2000坐标系进行详细阐述。

一、基本介绍

84坐标系是一种经纬度坐标系，其坐标系中心为地球质心。该坐标系最重要的特点是能够方便地表示全球范围内的地理位置，但无法精确表达较小范围内的地理位置。

2000坐标系是国家测绘局推荐使用的新一代大地坐标系，其核心是新的大地参考系。相比于84坐标系，2000坐标系更加精确，能够将局部地理位置表达到亚米级别。此外，2000坐标系还具有与国际接轨的优势。

二、经纬度转换方式

经纬度坐标系是最基本的坐标系之一，在坐标转换中被广泛使用。在地球表面的任意一点上，可以通过一个水平面和一个垂直于水平面的轴建立本地地理坐标系来描述其位置。

在84坐标系中，将地球上一个点的位置用经、纬度来表示。经度是指从东往西的角度，以子午线为基准，范围在-180°到180°之间。纬度是指从南往北的角度，以赤道为基准，范围在-90°到90°之间。

在2000坐标系中，经纬度也是用来表示一个位置的。但是，由于该坐标系采用了新的大地参考系，因此需使用新的转换公式进行计算。


// 84坐标系转2000坐标系

public double[] convert84To2000(double latitude, double longitude) {
    double x = 0.0, y = 0.0, z = 0.0;
    double a = 6378137.0;
    double f = 1.0 / 298.257223563;
    double b = (1 - f) * a;
    double e = Math.sqrt((a * a - b * b) / (a * a));
    double E = Math.atan2(z, Math.sqrt(x * x + y * y));
    double r = Math.sqrt(x * x + y * y + z * z);
    double latitude1 = Math.atan2(z + e * e * b * Math.pow(Math.sin(E), 3), r - a * Math.pow(e, 2) * Math.pow(Math.cos(E), 3));
    double longitude1 = Math.atan2(y, x);
    double N = a / Math.sqrt(1 - Math.pow(e * Math.sin(latitude1), 2));
    double h = r / Math.cos(latitude1) - N;
    double X = (N + h) * Math.cos(latitude1) * Math.cos(longitude1);
    double Y = (N + h) * Math.cos(latitude1) * Math.sin(longitude1);
    double Z = (N * (1 - Math.pow(e, 2)) + h) * Math.sin(latitude1);
    double k = 1.0000648438897;
    double dx = -24.9;
    double dy = 140.8;
    double dz = 76.3;
    double X1 = k * (X + dx);
    double Y1 = k * (Y + dy);
    double Z1 = k * (Z + dz);
    return new double[]{X1, Y1, Z1};
}

三、投影方式

地理坐标系统一般只能处理本地地理坐标系，无法处理空间地理坐标系，因此需要将地球表面的曲面投影到一个平面上，再进行处理。这时，就需要使用坐标投影方式。不同的坐标系统有着不同的投影方式，因此在进行数据转换时需要对投影方式进行转换。

84坐标系采用的是经纬度投影方式，将地球投影为一个椭球面，并使用经纬度坐标系来表示位置。这种方式适合于小范围内的测量，但无法处理大范围内的地理数据。

2000坐标系采用的是局部坐标系投影方式，将地球投影为一个平面，使用直角坐标系来表示位置。该投影方式精度高，能够处理高精度和大范围内的地理数据。


// 84坐标系和2000坐标系之间的投影转换

import pyproj

def convert84To2000(latitude, longitude):
    p1 = pyproj.Proj(init='epsg:4326')
    p2 = pyproj.Proj(init='epsg:4547')
    return pyproj.transform(p1, p2, longitude, latitude)

四、距离计算方式

在实际应用中，需要根据位置信息计算出两点之间的距离。由于地球是一颗球体，因此在计算两点之间的距离时需要考虑地球曲率的影响。

在84坐标系中，通常采用地球球面上两点之间的最短距离（即大圆距离）来计算距离。这种方法可以使用Haversine公式来计算，能够满足大多数需求。

在2000坐标系中，通常采用勾股定理计算两点之间的距离。由于平面上直线距离与平面上曲线距离相等，因此在该投影方式下，使用勾股定理即可计算两点之间的距离。


// 计算84坐标系下两点之间的距离

public double distance84(double latitude1, double longitude1, double latitude2, double longitude2) {
    double earthRadius = 6371.0;
    double dLat = Math.toRadians(latitude2 - latitude1);
    double dLng = Math.toRadians(longitude2 - longitude1);
    double a = Math.sin(dLat / 2) * Math.sin(dLat / 2) +
            Math.cos(Math.toRadians(latitude1)) * Math.cos(Math.toRadians(latitude2)) *
                    Math.sin(dLng / 2) * Math.sin(dLng / 2);
    double c = 2 * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1 - a));
    return earthRadius * c;
}

// 计算2000坐标系下两点之间的距离

public double distance2000(double x1, double y1, double x2, double y2) {
    return Math.sqrt(Math.pow(x2 - x1, 2) + Math.pow(y2 - y1, 2));
}

五、地图展示方式

在地理信息系统中，地图展示是重要的数据呈现方式。不同的坐标系在地图展示方式上也存在差异。

84坐标系通常采用经纬度坐标系来展示地图，以全球为展示范围，能够方便地展示大范围的地理数据。

2000坐标系通常采用网格坐标系来展示地图，以局部区域为展示范围，能够展示更加精确的地理数据。此外，2000坐标系还应用了多分辨率技术和变换技术来提高地图绘制效率，使其具有优秀的性能表现。


// 使用OpenLayers展示84坐标系地图

var map = new ol.Map({
    target: 'map',
    layers: [
        new ol.layer.Tile({
            source: new ol.source.OSM()
        })
    ],
    view: new ol.View({
        projection: 'EPSG:4326',
        center: [120.12, 30.27],
        zoom: 8
    })
});

// 使用ArcGIS API for JavaScript展示2000坐标系地图

var map = new Map("map", {
    basemap: "streets",
    center: [119.768133, 29.582415],
    zoom: 12
});

六、总结

本文从多个方面对84坐标系和2000坐标系进行了详细的阐述。通过对两者的对比分析，可以看出2000坐标系相对于84坐标系在准确性、适用范围、处理能力和性能表现方面都具有优势。当需要处理高精度且范围较广的地理数据时，2000坐标系是更好的选择。