Fast jede interaktive Karte, die man je genutzt hat, wird in Web Mercator gezeichnet. Google Maps, OpenStreetMap, Mapbox, MapLibre, Apple Maps, MapAtlas: allesamt dieselbe Projektion, in der EPSG-Datenbank als EPSG:3857 geführt. Der Grund ist einfach: Es ist die Projektion, die sich sauber in ein Tile-Raster skalieren lässt, Formen bei jedem Zoom erkennbar hält und als Standard-Backdrop für nahezu jeden geschäftlichen Karteneinsatz gut funktioniert.
Dieser Leitfaden erklärt, was die Projektion tatsächlich ist, warum sie Flächen auf die beschriebene Weise verzerrt und wann etwas anderes sinnvoller ist.
Eine Projektion in 30 Sekunden
Die Erde ist näherungsweise eine Kugel. Ein Computerbildschirm ist flach. Eine Kartenprojektion ist eine mathematische Funktion, die Positionen auf der Kugel (Breiten- und Längengrad) in Positionen auf der flachen Fläche (x, y) umwandelt. Jede Projektion tauscht etwas ein: Form, Fläche, Distanz oder Richtung. Es gibt keine perfekte Projektion für alle Zwecke, weshalb Kartografie als Disziplin existiert.
Web Mercator erhält Form und Richtung. Sie verzerrt Flächen. Je weiter man vom Äquator entfernt ist, desto größer erscheinen Features im Verhältnis zu ihrer wahren Größe auf dem Boden.
Die Mathematik in einem Absatz
Für Längengrad lng und Breitengrad lat in Radiant:
x = R * lngy = R * ln(tan(pi/4 + lat/2))
wobei R der Radius der sphärischen Erde ist, den die Projektion verwendet (6378137 Meter in EPSG:3857). Das Tile-Raster bildet diese x,y-Werte auf ganzzahlige Pixelkoordinaten bei jeder Zoomstufe ab, wobei Zoom 0 die Welt in einer einzigen 256x256-Kachel abdeckt und jeder folgende Zoom die Auflösung verdoppelt.
Die Breitengradgrenze liegt bei etwa +/- 85,0511 Grad, da die Formel an den Polen gegen Unendlichkeit strebt. Deshalb sind Polarregionen auf jeder Web-Mercator-Weltkarte abgeschnitten.
Warum Flächen in Richtung der Pole gestreckt werden
Der Grund für die wachsende Flächenverzerrung in Richtung der Pole liegt darin, dass die y-Achse nicht linear in Bezug auf den Breitengrad ist. Der ln(tan(...))-Term lässt den Abstand zwischen Breitengradlinien zunehmen, je weiter man sich nach Norden oder Süden bewegt. Am Äquator nimmt ein Grad Breitengrad denselben vertikalen Raum ein wie ein Grad Längengrad. In Helsinki nimmt ein Grad Breitengrad fast doppelt so viel vertikalen Raum ein.
Zwei berühmte Nebeneffekte:
- Grönland und Afrika. Auf einer Web-Mercator-Weltkarte wirkt Grönland etwa so groß wie Afrika. In Wirklichkeit ist Afrika rund vierzehnmal größer. Dieselbe Illusion lässt die Antarktis wie einen durchgehenden Streifen am unteren Rand der Welt aussehen.
- Russland. Russland wirkt riesig, weil der Großteil des Landes im Hochbreitenband liegt, wo die vertikale Verzerrung seine scheinbare Fläche multipliziert.
Für Karten auf Straßenebene spielt all das keine Rolle. Ein Viertel in Berlin und eines in Sydney rendern beide nahezu in ihrer wahren Form. Für thematische Karten, die Werte über Kontinente vergleichen, ist diese Verzerrung ein echtes Problem.
EPSG:3857 vs. EPSG:4326
Beide EPSG-Codes begegnen einem in jeder geospatialen Codebase.
- EPSG:4326 (WGS84 Lat/Lng): Winkel. Die Art, wie Koordinaten gespeichert werden. Die Art, wie GPS sie meldet. Die Art, wie GeoJSON sie kodiert. Das ist das universelle Koordinatensystem.
- EPSG:3857 (Web Mercator): Eine Projektion. Die Art, wie Koordinaten in Pixel für die Anzeige umgewandelt werden.
In der Produktion überall in 4326 arbeiten, außer an der Rendering-Grenze. PostGIS-Spalten: geometry(point, 4326). JSON-Payloads: [lng, lat] in WGS84. Kartenbibliothek-Eingabe: 4326-Koordinaten, die der Renderer intern projiziert.
Daten in 3857 zu speichern ist fast immer falsch. In dem Moment, wo eine Distanz berechnet, ein anderer Kartenanbieter abgefragt oder ein GIS-Tool genutzt werden soll, muss zurück in 4326 projiziert werden, was Präzision kostet.
Warum Web Mercator das Web gewann
Als Google 2005 Maps startete, wählte das Team Web Mercator, weil es die einfachste Projektion war, die bei jeder Zoomstufe quadratische Kacheln erzeugt. Quadratische Kacheln passen sauber in eine Zweierpotenzen-Pyramide: Zoom 0 ist eine Kachel, Zoom 1 vier, Zoom 2 sechzehn. Jeder andere große Webkarten-Anbieter folgte derselben Konvention, weil Tilesets austauschbar sein mussten. Zwanzig Jahre später ist Web Mercator der unausgesprochene Standard. Nahezu jeder Kartenstyle, jede Routing-Engine und jedes Analytics-Overlay setzt 3857 voraus, sofern nicht anders angegeben.
Zu einer anderen Projektion im Web zu wechseln bedeutet, die Tile-Pyramide neu aufzubauen. Es ist technisch möglich (Mapbox unterstützt eine Globusansicht, deck.gl unterstützt eigene Projektionen) und wird für globale Ansichtsmodi häufiger, aber für Karten auf Straßenebene ist Web Mercator schwer zu verdrängen.
Wann eine andere Projektion besser ist
Web Mercator für nahezu jede interaktive Karte auf Stadt-, Regional- oder Länderebene verwenden. In zwei Szenarien sollte die Projektion gewechselt werden:
- Thematische Weltkarten, die Werte über Regionen vergleichen. Bevölkerungsdichte, Wahlergebnisse, Klimavariablen, alles, wo die visuelle Fläche Bedeutung trägt. Albers Equal Area für Nordamerika, Lambert Conformal für Europa, Mollweide oder Equal Earth für den gesamten Planeten verwenden.
- Polarkarten. In Polarnähe versagt Web Mercator. Eine polare stereografische Projektion für Arktis und Antarktis verwenden.
Für interne GIS-Analysen (räumliche Joins, Distanzpuffer, Overlay-Analysen) in WGS84-Winkeln oder einem lokalen Projektionssystem für das jeweilige Land (UTM-Zonen, ETRS89 für Europa) arbeiten. Nur zur Darstellungszeit reprojizieren.
Wie MapAtlas damit umgeht
MapAtlas liefert standardmäßig Web-Mercator-Tiles für das Dynamic Maps-Produkt, mit demselben EPSG:3857-Schema, das jede moderne Webkarten-Bibliothek erwartet. Koordinaten aus der Geocoding API und der Search API werden immer in WGS84 Lat/Lng (EPSG:4326) zurückgegeben, sodass die Quell-der-Wahrheit-Koordinate gespeichert und die Projektion dem Renderer überlassen werden kann. Für einen tieferen Einblick in Projektions-Tradeoffs und wann zu wechseln ist, den Kartenprojektions-Leitfaden lesen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Web Mercator?
Web Mercator ist die Kartenprojektion, die von Google Maps, Bing Maps, Apple Maps, OpenStreetMap, Mapbox, MapLibre, MapAtlas und fast jeder interaktiven Webkarte verwendet wird. Es ist eine Variante der klassischen Mercator-Projektion, angepasst für das Web-Tile-Modell. Ihre Kennung in der EPSG-geodätischen Datenbank ist EPSG:3857. Die Projektion wandelt Breiten- und Längengrad (Winkel auf einer Kugel) in x,y-Koordinaten auf einer flachen Karte um, sodass eine gekrümmte Erde auf einem rechteckigen Bildschirm dargestellt werden kann.
Warum verzerrt Web Mercator Flächen?
Web Mercator erhält Winkel und Formen lokal, dehnt aber Features, je weiter sie vom Äquator entfernt sind. In Stockholm oder Anchorage erscheinen Flächen etwa doppelt so groß wie in Wirklichkeit; an den polaren Grenzen der Projektion (rund 85 Grad Breitengrad) nähert sich die Verzerrung der Unendlichkeit. Deshalb wirkt Grönland auf einer Web-Mercator-Karte so groß wie Afrika, obwohl Afrika in Wirklichkeit vierzehnmal größer ist. Die Verzerrung ist der Preis dafür, dass Formen erkennbar bleiben, was die meisten Nutzer bevorzugen.
Was ist der Unterschied zwischen EPSG:3857 und EPSG:4326?
EPSG:4326 ist WGS84 Breiten- und Längengrad, die universelle Methode zur Beschreibung einer Position auf der Erde als zwei Winkel. EPSG:3857 ist Web Mercator, eine flache x,y-Projektion dieser Winkel. Koordinaten werden in 4326 gespeichert (Breiten- und Längengrad). Sie werden in 3857 (projizierte Pixel) angezeigt. Moderne Kartenbibliotheken übernehmen die Umrechnung automatisch, aber das Mischen beider Koordinatensysteme in Datenbank oder Code ist eine klassische Fehlerquelle.
Wann sollte ich eine andere Projektion verwenden?
Web Mercator für jede allgemeine interaktive Karte verwenden: Straßenansicht, Navigation, Store-Locator, Immobilien, Flottentracking. Zu einer flächentreuen Projektion (Albers, Lambert, Mollweide) wechseln bei thematischen Karten, die Werte über Regionen vergleichen, besonders auf kontinentaler oder globaler Ebene. Zu einer azimutalen Projektion wechseln für Polarregionen oder Globusansichten. Für interne GIS-Analysen in WGS84 Lat/Lng arbeiten und nur zur Darstellungszeit projizieren.
