WGS 1984 Web Mercator 对于在线地图服务的意义

    作者：Flyingis 

 

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    WGS 1984是3S应用的常用大地坐标系之一，和我们的生活息息相关，最典型的应用莫过于手持设备的GPS模块，无论是美国GPS全球卫星定位系统、俄罗斯 GLONASS、欧盟GALILEO，还是中国北斗，都提供了基于WGS 1984坐标系的定位，单位是度分秒，因此不少空间数据都是基于该坐标系，能够方便的进行GPS数据的叠加与分析。

    在WebGIS应用中，“GPS+基础地图服务”应用模式，使用WGS 1984坐标系是最方便了，但是更多的时候，特别是包含小比例尺地图时，我们需要将地图进行投影显示，投到一个平面上，否则，只能像Google Earth一样用球体显示世界地图。一种常规的投影方式是正轴等距圆柱投影，百度百科上的定义：

 

    正轴等距离圆柱投影又称“方块投影”、“方格投影”。圆柱投影中的一种。设圆柱投影面与赤道相切，按经线长度不变条件将经纬线网投影到圆柱面上，再沿一母线剖开展平。这种投影图上，纬线是一组等距平行直线，纬线间隔与实地等长；经线是与纬线垂直的等距平行直线，经线间隔在赤道上与实地相等，离赤道越远越放长；经线与纬线构成方格形（矩形）网格。沿经线方向无长度变形，其面积与角度的变形线与纬线平行，变形值由赤道向高纬度增大。适用于沿赤道或低纬度东西延伸地带的地图。

 

    如果不理解，拿个橙子做个实验就清楚了，典型的例子就是早期ArcGIS Online上的在线地图服务：

    http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/ESRI_StreetMap_World_2D/MapServer?f=jsapi

    地图学中老师说过，任何投影方式都有优点和缺点，在全球（国家或省级）基础地图服务或公共基础地图服务的应用领域，我们会发现里面存在两个隐蔽的问题，使正轴等距离圆柱投影的优点显得不痛不痒，甚至成为缺点：

 

    1.要利用其优点，研究区选择赤道周围地区。

    对于全球地图服务来说，赤道区域仅仅是其中很少的一部分，对于公共基础地图服务来说，仅需要低纬度地区且呈条带状东西延伸的应用非常有限。地图的角度变形大，无法正确进行地物之间方位的判断。

 

    2.经线逐步变形，纬线间隔与实地等长。

    全屏显示时，地图可以最大限度占据屏幕空间（地图长宽比是2:1），导致的结果是更多的数据量和硬盘存储空间。

 

    我们看美国大片、高清电影都喜欢宽屏，播放器左右长度占满整个显示器，视觉效果舒服。但对于地图服务来说，意味着大量的地图数据，以世界地图服务为例，大家试想，相同比例尺下，假如地图投影后是正方形（地图长宽比是1:1），同样能显示世界范围的地图服务，地图上下宽度占满显示器，那么地图左右将留出一片空白，相比前者能够节省出一半的空间。有人可能会疑问现在硬盘越来越便宜，存储量越来越大，存储问题还是问题吗？对于一般应用确实不必过于担心，但对于公共基础地图服务来说，长宽比从1:1变为2:1犹如蝴蝶效应，在大比例尺级别会带来巨大的数据量。

 

    举个小例子，一般情况下，采用WGS 1984坐标系和512×512切图，在L13（第十四级）将产生1,237,819张图片，而在切图大小相同的WGS 1984 Web Mercator投影坐标系下，L13图片数量将减少一半，这么多小图片，数量少一半还是有诱惑力的吧，并且还可以通过其他方法来进一步进行优化。说了这么多，这里才引出这篇文章的主题--Web Mercator投影，现在主流的在线地图使用的投影，如Google Map，Bing Map，MapABC等等。为什么采用这种投影方式呢？

 

    1.Web Mercator投影地图范围小一半，节省了50%空间。

    2.基于Web的应用需要关注客户端的用户体验，图片切片大容易造成传输缓慢，大片面积的图片无法及时响应，因此可以通过减少图片切片的大小改善用户体验。采用256×256切图，图片数量将增加4倍，综合第一点，图片数量整体增加2倍。在正轴等距离圆柱投影情况下，相比Web Mercator，使用256×256大小切片，将增加8倍的图片数量！

    3.Web Mercator投影地图在两极面积变形极大，并且无法显示高纬度的地图信息，这点在公共地图服务的应用中显得微不足道， 南极和北极的人们不会在意你对他们的遗忘 ，但这些缺失却保证了地图方向和相互位置的正确性，在航海和航空中常常应用，用户在查询地物方向时也不会出错。

 

    ESRI在ArcGIS Online上新增了一系列Web Mercator投影的地图服务，这里还有一个原因：

 

    4.能够和主流的地图服务进行mashup

    所以有了现在的全球在线地图服务：

    http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/World_Street_Map/MapServer?f=jsapi

 

    更多的地图服务：

    http://blogs.esri.com/Support/blogs/arcgisonline/archive/2009/12/22/arcgis-online-maps-updated-and-migrated-to-google-maps-bing-maps-tiling-scheme.aspx

 

    用最精简的几句话概括WGS 1984 Web Mercator意义：

 

    相同情况下，地图范围更小，减少图片数量==>可以采用256×256切片大小，增加了图片数量，但提升了网络用户体验；

    保证地图方向和相互位置的正确性；

    主流地图服务相互mashup

 

    做公共地图服务，有更好的投影方式吗？