「GIS解惑」Google Maps 缩放级别到底对应多少比例尺？

最近有小伙伴在做 WebGIS 叠加分析的时候问小编：Google Maps 第 13 级缩放，是不是就对应 1:20000 的比例尺？这个问题看起来简单，实际上还是混淆了传统地图与Web地图的一些基础概念，小编今天就尝试解释下这个问题。

无法直接对应

先说结论：Google Maps 用的是 Web 墨卡托投影，缩放级别和比例尺之间不能像 ArcGIS 布局视图那样一一硬套。

首先比例尺会随纬度变化，墨卡托投影在高纬度地区被拉长了，同样一个 Zoom Level，在赤道和北京看到的地面距离是不一样的。其次比例尺还取决于屏幕 DPI，Web 地图显示在显示器上，96 DPI 和 Retina 屏看到的“1 厘米代表多少米”完全不同。最后瓦片是 256x256 像素一块，Zoom 0 时整个世界刚好塞进一块 256×256 的瓦片里，每加一级，横向和纵向各多一倍像素，也就是分辨率变成原来的 4 倍。这个机制和 ArcGIS 里的比例尺分母不是同一个概念，硬换算只能得到近似值。

也就是说缩放级别描述的是瓦片金字塔的第几层，比例尺描述的是图上距离和实地距离的比值，两者有关联，但不是固定常量。

最实用的计算公式

虽然无法直接对应，但如果做粗略的对应也有方法。Google 员工给出的官方思路：

metersPerPx = 156543.03392 * Math.cos(latLng.lat() * Math.PI / 180) / Math.pow(2, zoom)

其中公式里的 156543.03392 是 Zoom 0、赤道处的基准地面分辨率，单位是米/像素，计算过程：

赤道周长 = 2 × π × 6378137 ≈ 40,075,016.686 米
Zoom 0 时，360° 经度刚好铺满 1 块 256 像素宽的瓦片
156543.03392 = 40,075,016.686 / 256

实际开发中，低缩放级别用地图中心点纬度做近似，效果还可以；要是区域跨度大，中心点和边缘的误差就会比较明显。

各级别参考比例尺

ArcGIS 和 OpenStreetMap 官方文档里都有更直观的级别对照图，小编把原文里的两张图摘下来给大家看看。都是以赤道为例：

ArcGIS 开发者文档中的 Zoom Level 与比例尺对照：

OpenStreetMap Wiki 中的 Zoom Level 说明：

总结

如果项目中有需要，可以按照官方的文档或者本文中提供的算法来实现，但实际上Web 墨卡托（EPSG:3857）比例尺最精准的位置就是在赤道，离开赤道后，比例尺全部放大。

如果你有更好的换算经验，或者在实际项目里踩过坑，欢迎留言补充。