2. 坐标系与地理基础：WGS-84、经纬度与地球模型

做航线规划，第一件事不是写代码，而是搞清楚飞机到底在哪儿。

你可能觉得这很简单——不就是经纬度吗？我刚开始也这么想。直到有一次，我拿到的地图数据和无人机飞控用的坐标系不一样，结果规划的航线偏出去好几百米。嗯，从那以后，我再也不敢小看坐标系这回事了。

2.1 WGS-84 坐标系：全球通用的“尺子”

WGS-84，全称 World Geodetic System 1984。说白了，它就是一把全世界通用的尺子。GPS 卫星用的就是这套坐标系，我们手机里的定位芯片输出的也是 WGS-84 坐标。

为什么需要统一坐标系？你想想看，如果北京用一套坐标系，上海用另一套，那飞机从北京飞到上海，航线根本接不上。WGS-84 解决了这个问题——它把整个地球用一个数学模型固定下来，任何地点都有唯一的经纬度值。

我个人习惯，在项目一开始就确认数据源是 WGS-84 还是其他坐标系。如果是国内的一些测绘数据，很可能是 CGCS2000 或北京 54，需要做坐标转换。我曾经踩过这个坑——直接把 CGCS2000 的坐标当 WGS-84 用，航线偏了 200 多米。

2.2 经纬度与高度：三维空间的定位

经纬度确定的是平面位置，高度确定的是垂直位置。三者合起来，才能完整描述一个三维空间点。

• 纬度（Latitude）：范围 -90° 到 +90°，赤道为 0°，北正南负。
• 经度（Longitude）：范围 -180° 到 +180°，本初子午线为 0°，东正西负。
• 高度（Altitude）：通常指海拔高度（MSL），也有用椭球高度的。

2.3 地球模型：椭球体不是正球体

地球其实不是完美的球体。它两极稍扁，赤道略鼓。WGS-84 用一个椭球体来近似地球形状，参数如下：

参数	值	说明
长半轴 a	6,378,137.0 m	赤道半径
短半轴 b	6,356,752.3142 m	极半径
扁率 f	1 / 298.257223563	(a - b) / a
偏心率 e²	0.00669437999014	用于计算

为什么要在意这个？因为航线规划里很多计算——比如两点之间的距离、航向角——都需要用到椭球模型。如果简单地把地球当球体算，误差在赤道附近可能不大，但在高纬度地区，误差会显著增加。

我记得有一次做极地航线规划，用球体模型算出来的距离和实际差了将近 5%。后来改用 Vincenty 算法（基于椭球体），误差才降到可接受范围。

2.4 地理围栏：虚拟的“电子栅栏”

地理围栏（Geofence）就是在地图上画一个虚拟边界。飞机进入或离开这个边界时，系统会触发相应动作——比如报警、悬停、返航。

常见的围栏形状：

• 圆形：指定圆心和半径。最简单，适合禁飞区。
• 多边形：指定一系列顶点。适合不规则区域，比如机场净空区。
• 走廊：沿航线两侧扩展。适合航道保护。

判断点是否在围栏内，常用的算法：

• 射线法（Ray Casting）：从目标点发出一条射线，统计与多边形边的交点数。奇数在内，偶数在外。
• 绕数法（Winding Number）：计算多边形绕目标点的圈数。非零则在内。

2.5 知识体系总览

下面这张图把本章的核心概念串起来了。你可以把它当作一个思维导图来理解。

2.6 本章小结

这一章的内容，说白了就是回答三个问题：

1. 飞机在哪儿？——用 WGS-84 经纬度和高度来描述。
2. 地球长什么样？——一个椭球体，不是正球体。
3. 怎么限制飞机活动范围？——用地理围栏。

我个人觉得，坐标系和地理基础是航线规划里最容易被忽视、但出错代价最高的部分。你花 10 分钟搞清楚这些概念，可能省下后面 10 小时的调试时间。