谷歌地图如何将地球经纬度坐标系统转换成平面2D坐标系统

谷歌地图采用的投影方式为“墨卡托投影法”，将地球放在一个圆柱中，让地球赤道和圆柱壁相接触，在地球中心放一盏灯，地球上的图像在圆柱壁上会产生阴影，然后将圆柱壁展开，得到的一张“长方形地图”即为转换之后的平面2D地图，描述很简单，实际展开后的地图还进行了其他处理。

地球上的经度经过灯光的照射之后，在圆柱壁上生成的阴影应该是均匀分步的，而纬度就不一样了，纬度经过灯光照射之后，离赤道越近的分布越密，离赤道越远的分步越稀，到了地球两极（南极和北极），就会趋向无穷稀，因此谷歌地图并没有包含地球两极的区域（北边到北纬85度，南边到南纬85度，大概）。

谷歌地图包含的地球范围为 经度：0度~东经180，0度~西经180（共360度），纬度：0度~北纬85，0度~南纬85（共170度）。注：以上0经度表示通过英国的本初子午线，0纬度指赤道。转换成平面2D图之后，原点（0,0）在左上方（跟程序中一致），用像素作为单位，这样一来，地球上任何一个点（经度，纬度）都能转换成平面2D坐标系统中的一个点（x，y），转换算法已经提供了，直接可以拿来使用。前面说到，经度和纬度在圆柱壁上的阴影分步密度不同，纬度远离赤道分步越稀，因此，虽然经度范围为360度（-180~180，西经为负，东经为正，自西往东，经度越来越大），远远大于纬度170度（-85~85，南纬为负，北纬为正），但是映射到圆柱壁之后生成的图片的长宽却是相等的（这个也有后期经过处理的原因），实质上，谷歌地图的长宽确实是相同的。

由于平面地图是可以放大缩小的，因此地图不可能使用同一张图，这样放大后就会失真，谷歌地图的做法就是给地图预先定义缩放等级（0级~22级，常用的0~17），每一个缩放级别均对应许许多多的小方块图片（称为瓦片），这些小方块都是256*256像素，然后将这些瓦片拼接起来生成一张大的清晰的地图。谷歌地图的缩放级别与瓦片数目有一个对应关系：瓦片数目=2的n次方*2的n次方（n为缩放级别）。也就是说，当缩放级别为0时，整个世界地图只1*1张256*256的图，当缩放级别为1，整个世界地图包含2*2张256*256大小的图，当缩放级别为2，整个世界地图包含4*4张256*256大小的图。下图为缩放级别为0时，坐标对应关系：

当缩放级别改变时，整个世界地图组成变化如下图：