自动驾驶中你需要知道的地理坐标系知识

高校里面做自动驾驶的都是计算机,控制,车辆的学生,很少人会接触到地理坐标系,我初学的时候也是一头雾水,这里整理一份自动驾驶中你需要知道的地理坐标系知识,供后来人参考。

地理坐标系


  • 地理坐标系,就是用经线、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标系。包含两个重要部分,地球椭球体和大地基准面。
  • 地球椭球体:用一个椭球去近似描述地球,国内常见的有CGCS2000椭球体,WGS84椭球体(实际上这两个椭球体极为相似,可以等价)。
  • GPS(非北斗)所使用的WGS坐标系为采用WGS84椭球体,WGS84基准面的坐标系,原点为地球质心。

国内的地理坐标系


国家标准的地理坐标系是CGCS2000,其基本与WGS84通用,最大不同点在于地磁北极,CGCS2000取得是在2000年测量得到的地磁北极位置。WGS84地磁北极点后文会提及。采用CGCS2000坐标系的有千寻、北斗、国家地理信息公共服务平台等。

火星坐标系GCJ02,这是在WGS84之上进行加密的一个坐标系,我国规定国内出版的各种地图系统(包括电子形式),必须至少采用“GCJ02”对地理位置进行首次加密。采用GCJ02坐标系的有高德、腾讯、谷歌地图国内版、必应地图国内版等。

百度坐标系BD09,是在火星坐标系上二次加密得到的。采用的有百度地图。

其他参数


  • WGS84除了椭球体还包括地球引力模型,磁场模型等标准。
  • 磁场模型:实际上地磁北极位置是一直改变的,最新的为ITRF2014,近几年地磁北极的变化较大,2020年的地磁北极标准也即将发布。
  • 引力模型:最新为2008年的 EGM 08
  • 根据2018年的ICG13会议,WGS84精度可以达到1cm。

投影坐标系


关于投影坐标系和地理坐标系,可见下图(图片来源网络)。也就是将椭球上的地理坐标系投影到一个平面,就是投影坐标系。
投影坐标系

投影之后,将地图分成一个个区域,如下图。例如:海南所在区域就是50Q。
UTM

网格北


网格北
这个网格北很多人会忽略,实际上影响还是挺大的。比如我们在百度地图上看坐标,会发现,同一水平线的地点,其纬度是不一样的,这就是投影坐标系所带来的变形。

MGRS


以下两张图说明UTM和UTM的区别,两张图都是同一个区域,无非就是MGRS在UTM之上继续细分。
UTM示例MGRS示例

参考资料


香港的一份教材(似乎还是小学的)地圖網格座標
磁北、真北和网格北的关系以及方位的校正
扩展知识Evolution of the World Geodetic System 1984(WGS 84) Terrestrial Reference Frame
以及维基百科中utm、mgrs、wgs84相关词条

转换工具


https://www.earthpoint.us/Convert.aspx
https://tool.lu/coordinate/
相关库: Pygeodesy, geodesy, geographiclib

作者

Yida

发布于

2020-06-23

更新于

2022-02-11

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