WGS 1984 Web-Mercator 對於線上地圖服務的意義

 WGS 1984是3S應用的常用大地座標系之一，和我們的生活息息相關，最典型的應用莫過於手持功能的GPS模組，無論是美國GPS全球衛星定位系統、俄羅斯 GLONASS、歐盟GALILEO，還是中國北鬥，都提供了基於WGS 1984座標系的定位，單位是度分秒，因此不少空間資料都是基於該座標系，能夠方便的進行GPS資料的疊加與分析。

在WebGIS應用中，“GPS+基礎地圖服務”應用模式，使用WGS 1984座標系是最方便了，但是更多的時候，特別是包含小比例尺地圖時，我們需要將地圖進行投影顯示，投到一個平面上，否則，只能像Google Earth一樣用球體顯示世界地圖。一種常規的投影方式是正軸等距圓柱形投影，百度百科上的定義：正軸等距離圓柱形投影又稱“方塊投影”、“方格投影”。圓柱形投影中的一種。設圓柱形投影面與赤道相切，按經線長度不變條件將經緯線網投影到圓柱面上，再沿一母線剖開展平。這種投影圖上，緯線是一組等距平行直線，緯線間隔與實地等長；經線是與緯線垂直的等距平行直線，經線間隔在赤道上與實地相等，離赤道越遠越放長；經線與緯線構成方格形（矩形）網格。沿經線方向無長度變形，其面積與角度的變形線與緯線平行，變形值由赤道向高緯度增大。適用於沿赤道或低緯度東西延伸地帶的地圖。如果不理解，拿個橙子做個實驗就清楚了，典型的例子就是早期ArcGIS Online上的線上地圖服務：http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/ESRI_StreetMap_World_2D/MapServer?f=jsapi地圖學中老師說過，任何投影方式都有優點和缺點，在全球（國家或省級）基礎地圖服務或公用基礎地圖服務的應用領域，我們會發現裡面存在兩個隱形問題，使正軸等距離圓柱形投影的優點顯得不痛不癢，甚至成為缺點：1.要利用其優點，研究區選擇赤道周圍地區。對於全球地圖服務來說，赤道地區僅僅是其中很少的一部分，對於公用基礎地圖服務來說，僅需要低緯度地區且呈條帶狀東西延伸的應用非常有限。地圖的角度變形大，無法正確進行地物之間方位的判斷。2.經線逐步變形，緯線間隔與實地等長。全螢幕顯示時，地圖可以最大限度佔據螢幕空間（地圖長寬比是2:1），導致的結果是更多的資料量和硬碟儲存空間。我們看美國大片、高畫質 DVD都喜歡寬屏，播放器左右長度佔滿整個顯示器，視覺效果舒服。但對於地圖服務來說，意味著大量的地圖資料，以世界地圖服務為例，大家試想，相同比例尺下，假如地圖投影后是正方形（地圖長寬比是1:1），同樣能顯示世界範圍的地圖服務，地圖上下寬度佔滿顯示器，那麼地圖左右將留出一片空白，相比前者能夠節省出一半的空間。有人可能會疑問現在硬碟越來越便宜，儲存量越來越大，儲存問題還是問題嗎？對於一般應用確實不必過於擔心，但對於公用基礎地圖服務來說，長寬比從1:1變為2:1猶如蝴蝶效應，在大比例尺層級會帶來巨大的資料量。舉個小例子，一般情況下，採用WGS 1984座標系和512×512切圖，在L13（第十四級）將產生1,237,819張圖片，而在切圖大小相同的WGS 1984 Web Mercator投影座標系下，L13圖片數量將減少一半，這麼多小圖片，數量少一半還是有誘惑力的吧，並且還可以通過其他方法來進一步進行最佳化。說了這麼多，這裡才引出這篇文章的主題--Web Mercator投影，現在主流的線上地圖使用的投影，如Google Map，Bing Map，MapABC等等。為什麼採用這種投影方式呢？1.Web Mercator投影地圖範圍小一半，節省了50%空間。2.基於Web的應用需要關注用戶端的使用者體驗，圖片切片大容易造成傳輸緩慢，大片面積的圖片無法及時響應，因此可以通過減少圖片切片的大小改善使用者體驗。採用256×256切圖，圖片數量將增加4倍，綜合第一點，圖片數量整體增加2倍。在正軸等距離圓柱形投影情況下，相比Web Mercator，使用256×256大小切片，將增加8倍的圖片數量！3.Web Mercator投影地圖在兩極面積變形極大，並且無法顯示高緯度的地圖資訊，這點在公用地圖服務的應用中顯得微不足道，南極和北極的人們不會在意你對他們的遺忘，但這些缺失卻保證了地圖方向和相互位置的正確性，在航海和航空中常常應用，使用者在查詢地物方向時也不會出錯。ESRI在ArcGIS Online上新增了一系列Web Mercator投影的地圖服務，這裡還有一個原因：4.能夠和主流的地圖服務進行mashup所以有了現在的全球線上地圖服務：http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/World_Street_Map/MapServer?f=jsapi更多的地圖服務：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用最精簡的幾句話概括WGS 1984 Web Mercator意義：相同情況下，地圖範圍更小，減少圖片數量==>可以採用256×256切片大小，增加了圖片數量，但提升了網路使用者體驗；保證地圖方向和相互位置的正確性；主流地圖服務相互mashup