白话地图投影之墨卡托投影
我们在介绍世界投影中提到了墨卡托投影，它是由荷兰地图学家G. Mercator于1569年创拟。目前主流地图网站Google Map、Baidu Map等都采用该投影（Web墨卡托投影），今天我们简单介绍一下该投影。
墨卡托投影是什么？
墨卡托投影，又称等角正切圆柱投影，其原理是假设有一个与在赤道与地球相切的圆柱面，先把球面映射到这个圆柱面，再把这个圆柱面展开成为一个平面。
墨卡托投影的“等角”特性，保证了对象的形状的不变行，正方形的物体投影后不会变为长方形。“等角”也保证了方向和相互位置的正确性。假定地球表面有两点A和B，在地球球面上，B相对于A的角度是北偏东 ，那么经过墨卡托投影之后，在平面地图上，B相对于A的角度仍然是北偏东。这一点在航海中非常重要，因为在茫茫大海中，没有什么参照物，只能根据罗盘或者星象来判断方位，如果地图上终点相对于出发点的方位角和实际的方位角不同，那么这样的地图在航海中没有实际意义。正因为如此，海图一般都采用墨卡托投影规则制作。
- 例：设地球的半径为R，已知地球上一点P的坐标是 ，其中表示经度，范围是- <<，负数表示西经，正数表示东经；B表示维度，范围是- < <，负数表示南纬，正数表示北纬。将地球球面通过墨卡托投影映射到平面直角坐标系中，以0度经线与赤道的交点的映射点为原点，X轴与纬线平行，并取东方为正方向；Y轴与经线平行，并取北方为正方向。求P点在平面直角坐标系中的映射点P'的坐标 (Xp',Yp')。
解：根据墨卡托投影的原理可知，墨卡托投影是由一个和地球赤道相切的圆柱面展开而成的，所以展开之后的图形的宽度就是地球赤道的长度，P'点的X坐标就是通过P'点的经线与赤道的交点到0度经线和赤道的交点之间的距离，也就是赤道线的一部分，其值为：
求P’点的Y坐标稍微麻烦一点，我们看下图：
因为墨卡托投影要遵循的一个原则是方向角不变，所以映射过程中X方向和Y方向的缩放比例要相同。从图中我们可以知道，纬度为的纬线圈，投影过后变成和赤道一样长的一条直线，所以纬度为的点附近一个非常小的区域，投影过后，水平方向的放大比率是：
而根据墨卡托投影的规则，该块小区域垂直方向上上的放大比率也应该是 ，在投影之前的地球表面上，小块区域竖直方向的边长就是经线的一部分，我们可以用地球的半径乘以一个小角度来表示：
那么投影之后的小区域竖直方向上的边长应该是：
在上式中，对纬度进行积分，我们便可以计算出纬度是的点，投影之后的Y坐标是：
所以，最终的结果就是：
根据墨卡托投影得到的平面图，南北极点投影到无穷远处，但是google map的世界地图确实正方形的，所以google map的地图上靠经极地的地理信息肯定是丢失的。
以整个世界范围，赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负。
X轴：由于赤道半径为6378137米，则赤道周长为2*PI*r = 20037508.3427892，因此X轴的取值范围：
[-20037508.3427892,20037508.3427892]
Y轴：由墨卡托投影的公式可知，同时上图也有示意，当纬度φ接近两极，即90°时，y值趋向于无穷。通常，把Y轴的取值范围也限定在：
[-20037508.3427892,20037508.3427892]
参考文献：