聊聊GIS中的座標系|再版識別各類數據的座標系及代碼中的座標系

時間 2019-12-28

標籤聊聊 gis 座標系再版識別各類數據代碼简体版

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本篇講講在GIS桌面軟件和實際數據中，以及各路GIS有關API的編程中，如何尋找座標系信息。慣例：html

本文約2000字，建議閱讀時間10分鐘。前端

做者：博客園/B站/知乎/csdn/小專欄 @秋意正寒web

版權：轉載請告知，並在轉載文上附上轉載聲明與原文連接（http://www.javashuo.com/article/p-rymphcfq-dm.html）sql

有關「未定義座標系」的數據如何粗略判別是什麼座標系，已經在上篇的第5.1節寫明瞭，這裏想說的是，已經定義好座標系統的程序/數據，在哪裏找。數據庫

0. 預備知識

0.1. WKT

和json在網絡傳輸的地位同樣，是一個標記語言，全稱Well-Known Text，和上文說起的Well-Known ID出自同一個組織——OGC。網絡

WKT是用文本形式記錄地理信息的一個標記語言。什麼是地理信息？除開咱們常見的真·地理信息點線面之類，還包括座標系統的定義。咱們能夠在epsg.io這個網站查詢想知道的座標系的WKID，也能夠查到想知道座標系的WKT。

例如，WKID=4326的座標系的WKT以下：

GEOGCS["WGS 84",
    DATUM["WGS_1984",
        SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
            AUTHORITY["EPSG","7030"]],
        AUTHORITY["EPSG","6326"]],
    PRIMEM["Greenwich",0,
        AUTHORITY["EPSG","8901"]],
    UNIT["degree",0.0174532925199433,
        AUTHORITY["EPSG","9122"]],
    AUTHORITY["EPSG","4326"]]

此處不展開WKT的每一項定義。由於WKT的博客實在太多了，本文略過不做爲主要內容。

一般，若是拿到一個WKT，我會觀察最外層定義是GEOGCS仍是PROJCS，這能判斷是地理座標系或投影座標系統。

而後，若爲GEOGCS，我會在AUTHORITY處判斷它被epsg定義的WKID，上面這個wkt即4326.

WKT還有一種二進制存儲格式，叫WKB。有關這兩個東西的文檔在ogc官網是可查的。

1. 硬盤上的數據/數據庫

1.1. shapefiles

簡稱shp文件。shp文件至少有*.shp、*.shx、*.dbf三個同名文件組成，若想爲shp文件定義一個座標系，告訴它「你的空間信息落於哪一個座標系下」，那就要再多一個同名的*.prj文件。

一個shp文件一般要有以上4個文件，若無prj文件只會在加載時不知道它的座標系信息，實際數據並沒有影響，因此說shp文件的最低下限是shp、shx、dbf三大文件。

有關shp文件的構成格式再也不補充，也能在ogc官網查到對應標準。

此prj文件內座標系的信息，就是WKT文本。

PROJCS["Xian_1980_3_Degree_GK_CM_114E",
    GEOGCS["GCS_Xian_1980",
        DATUM["D_Xian_1980",
            PHEROID["Xian_1980",6378140.0,298.257]],
        PRIMEM["Greenwich",0.0],
        UNIT["Degree",0.0174532925199433]],
    PROJECTION["Gauss_Kruger"],
    PARAMETER["False_Easting",500000.0],
    PARAMETER["False_Northing",0.0],
    PARAMETER["Central_Meridian",114.0],
    PARAMETER["Scale_Factor",1.0],
    PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],
    UNIT["Meter",1.0]]

此處若無AUTHORITY信息，能夠用PROJCS內第一個字符串"Xian_1980_3_Degree_GK_CM_114E"去epsg.io查詢（epsg.io不支持模糊查詢，用空格替換下劃線，儘可能刪減一些關鍵詞）

1.2. GeoJson

geojson是一種用json標記的地理數據文件，記錄二維信息多一些，一般用於webgis傳遞。與turf、arcgis jsapi、openlayers等結合較好。

geojson也是一種ogc規範，開源。

打開一個geojson文件：

其中，頭部「crs」字段就是座標系信息，咱們能夠訪問其properties.name獲取有關EPSG信息，此處WKID爲32650。

可是，在大多數時候geojson是沒有crs字段的，例如：

這就要問數據的提供者了。

1.3. 影像數據（tif文件爲例）

tif文件爲柵格圖像文件，後綴爲tif或tiff，是ogc規範的一種，全稱GeoTiff。

一般不能在資源管理器中查看tif柵格影像數據的座標系信息，須要用GIS軟件查看，由於它的座標系信息寫在數據文件內部。

以下圖：

此爲ArcMap中Catalog查看數據的屬性。

1.4. postgis/geopackage/esri geodatabase等數據庫

這些地理數據庫的數據都可在客戶端查看，以QGIS爲例，打開這些數據庫裏的要素查看座標系信息。

①postgis

postgresql的一個插件。

②geopackage

geopackage是一種輕量的單文件數據庫，是sqlite的特例應用。

geopackage在QGIS裏的支持還不算很強，個人版本是3.8.1，還不支持右鍵導入，拖拽的方式卻是能夠。

讀取座標系的方法同樣。

③gdb

QGIS只能讀取gdb裏的表格和要素數據，複雜的數據由於esri商用問題不能讀取。

1.5. kml(kmz)/gml/gpx

kmz用壓縮軟件解壓後可獲取kml文件。kml是xml格式的一種特殊化，原來用於Google Earth的數據交互，它與geojson的區別在於它能夠帶符號、顏色、樣式信息。

kml因爲早期爲Google Earth使用，由上篇可知默認使用WGS84（WKID=4326）座標系，因此大多數kml文件是沒有寫入座標系信息的（至少我在QGIS裏導出的kml沒有）。

可是，在ogc文檔中有定義座標系：http://docs.opengeospatial.org/is/12-007r2/12-007r2.html#1274

此處不展開。

gml也是相似的一種xml擴展標記語言，一樣爲ogc規範的一種。

其座標系信息寫在這裏，比較顯眼：

最後一個gpx文件，是GPS衛星的信息記錄，也是一種xml的應用。由於是GPS（早期GPS指美國GPS），因此用的是WGS84座標系。

2. GIS數據服務

2.1. ArcGIS Server

①地圖服務

訪問MapServerURL，可查看地圖服務的基本信息：

https://sampleserver6.arcgisonline.com/arcgis/rest/services/Census/MapServer

圈出的Spatial Reference即爲此地圖服務（包括全部圖層）的WKID。

②影像服務

同地圖服務，可是影像服務並無子圖層。

例子：https://landsat2.arcgis.com/arcgis/rest/services/Landsat8_Views/ImageServer

③場景服務

場景服務，URL結尾是SceneServer，訪問後返回json，在控制檯能夠經過這樣來訪問：

便可獲取其座標系。

注意，fetch函數在各主流瀏覽器中較新版本均支持，IE不清楚未測試。

本例URL爲：http://scene.arcgis.com/arcgis/rest/services/Hosted/Building_Hamburg/SceneServer

④要素服務

基本方法同地圖服務，可是要注意的是要素服務既可單獨做爲FeatureServer，也能夠存在於MapServer中（做爲要素圖層）。

URL例子：

https://services.arcgis.com/V6ZHFr6zdgNZuVG0/arcgis/rest/services/ks_earthquakes_since_2000/FeatureServer

https://sampleserver6.arcgisonline.com/arcgis/rest/services/USA/MapServer/0（若爲MapServer中的要素圖層，請訪問上一級的MapServer查看座標系）

⑤網絡分析服務

網絡分析服務，URL以NAServer結尾，因博主暫無網絡分析服務的URL，暫時不能給例子，用法應該與MapServer相似。

⑥高程服務

高程服務，以ImageServer爲載體。方法同影像服務。

例子：https://sampleserver6.arcgisonline.com/arcgis/rest/services/Elevation/MtBaldy_Elevation/ImageServer

2.2. GeoServer

wms/wfs/wcs

訪問其描述xml，而後查看layer對應的"CRS"屬性便可。

例如：

wms的URL：http://<domain>:<port>/geoserver/wms?service=wfs&version=1.1.0&request=GetCapabilities

wfs的URL：http://<domain>:<port>/geoserver/wfs?service=wfs&version=1.1.0&request=GetCapabilities

wcs的URL：http://<domain>:<port>/geoserver/wfs?service=wcs&version=1.1.0&request=GetCapabilities

訪問此URL，瀏覽器會下載一個xml文件，經過尋找如下標籤的值，便可獲取對應圖層的座標系：

<WMT_MS_Capabilities> 👉 <Capability> 👉 <Layer> (👉 <Layer> 若是有子圖層) 👉 <SRS>

若在Openlayers解析中，則叫做"CRS"。Openlayers解析wms信息的例子：https://openlayers.org/en/latest/examples/wms-capabilities.html?q=wms

若在 ArcGIS JsAPI中，則可經過訪問WMSLayer.description屬性獲取wms的描述。

3. 程序代碼

3.1. ArcObjects/ArcEngine（10.7爲例）

①IMap

經過訪問IMap.SpatialReference屬性可獲取ISpatialReference類型的座標系數據，意義是ArcMap裏的數據框的座標系。

②IGeometry

經過訪問IGeometry.SpatialReference屬性可獲取ISpatialReference類型的座標系數據，意義是每一個幾何圖形的座標系。

③ILayer

ILayer.SpatialReference屬性只能設置，不能獲取，意義爲給一個圖層設置座標系。

④IGeoDataset

IGeoDataset.SpatialReference屬性只讀，意義爲獲取任意地理數據集的座標系數據。

地理數據集即要素類、shp文件、柵格數據等。

------------

AO編程不是本篇重點，不展開這些接口的獲取與設計。

3.2. ArcGIS JsAPI（4.x爲例）

①View

View有兩個子類，SceneView和MapView。這兩個視圖均可以經過訪問其spatialReference屬性獲取座標系信息。

②Geometry

Geometry是JsAPI前端的幾何，用來表示圖形或者要素的空間信息。經過訪問Geometry的spatialReference屬性獲取座標系信息。

Geometry的子類Point、Polygon、Polyline等都可用此屬性查看當前幾何信息的座標系信息。

3.3 openlayers（6.1爲例）

ol的最頂層是Map類，經過訪問map.getView().getProjection()可獲取座標系信息。（和ArcGIS JsAPI的不同，ol不少是經過方法訪問的）

此處打印了map實例的視圖的座標系信息，注意ol的座標系寫做「Projection」，直接翻譯是投影，實際上仍是座標系信息。咱們關注的是code_屬性。

當前打印的座標系信息，指明瞭當前地圖的座標系是3857，即網絡墨卡託。

3.4 cesium（1.64爲例）

①Viewer.scene

視圖中場景的座標系可經過Scene類的mapProjection屬性訪問。

②MapProjection

提供座標轉換用的幾個方法。

ps：cesium項目最好全用WGS84和Web墨卡託，不然容易出問題。這就意味着cesium弱化了座標系這一律念，更強調「PCS2GCS」或「GCS2PCS」這種地理座標和投影座標的交叉轉換，更注重屏幕像素座標到地圖座標的運算。

3.5 leaflets（學習中）

3.6 mapbox（學習中）

下一篇將是一篇硬骨頭，開足馬力上吧！2019不遺憾

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