多种坐标系之间的转换之Proj.NET

Proj.NET ( http://www.codeplex.com/ProjNET )是一个.NET下开源的空间参照和投影引擎,遵循OGC相关标准。负责人(Coordinators )是D_Guidi 和SharpGIS,开发者(Developers)还有codekaizen、rstuven等,这些人也是.NET下其他的开源系统如GeoAPI.NET、SharpMap等主要贡献者。License: GNU Library General Public License (LGPL).

Proj.NET支持基准面转换,地理坐标系,投影坐标系,地心坐标系,可在多种.NET框架下使用,并支持SilverLight。它可进行点对点之间的坐标变换,同时也可以把坐标系转换为 Well-Known Text (WKT) 和 XML。目前支持投影类型有:Mercator、横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)、Albers、正轴等角割圆锥投影(Lambert Conformal Conic、兰勃特投影)等。

目前最新版发布版本是1.0,2007年8月,binaries内含Proj.NET.dll和Proj.NET.XML两个文件,创建程序时引入dll文件,即可使用相关类、函数、接口等。若想深入了解,建议把源码和示例一并下载。下面以实例来注解Proj.NET进行坐标转换的用法。

对地图投影基本概念,如投影参数,坐标系,SRID,WKT等概念不清楚的话,LionGG前面几篇文章都已介绍。理解则有助于阅读下面的示例程序,像我先前一知半解,看着示例修改代码也可以完成你自己的工作。

一个多月前,同学提供投影参数和四个投影坐标,让帮忙转换成经纬度坐标。ArcGIS我玩得不熟练,当时便使用刚接触不久的著名开源投影库proj4解决了问题。这一个月闲散时间主要集中在.NET开源GIS上,看了GeoAPI.NET和Proj.NET,于是顺便用Proj.NET完成同样的工作,两相验证结果。

投影参数:椭球体Krasovsky_1940;Datum:北京1954;投影:兰勃特双标准纬线,25N,47N。
坐标数据: 20634500,4660000; 20635500,466000; 20634500, 4659000;20635500,4659000 。

求经纬度无非就是从自定义投影坐标系转换到WGS1984坐标系反之若求地理坐标则是从WGS84geogCS转换到要求的投影坐标系。首先了解下在Proj.NET创建坐标系的方法: predefined、SRID、WKT、Code。

用预定义方法或SRID创建WGS84地理坐标系:
GeographicCoordinateSystem toCS = GeographicCoordinateSystem.WGS84;
预定义方法,十分简单,但系统预定义坐标系为数不多。
ICoordinateSystem toCS = SridReader.GetCSbyID(4326);
使用SRID也比较容易,前提是引入EPSG的数据集,还有SridReader类文件,在源码中有。不知道什么EPSG什么SRID?参考《SRID、EPSG》。

用WKT或Code创建给定的投影坐标系(写代码时注意转义字符\"和删除换行):
string bj1954Lcc = PROJCS["liongg",
GEOGCS["GCS_Beijing_1954",
DATUM["D_Beijing_1954",SPHEROID["Krasovsky_1940",6378245.0,298.3]],
PRIMEM["Greenwich",0.0],
UNIT["Degree",0.0174532925199433]],
PROJECTION["Lambert_Conformal_Conic"],
PARAMETER["False_Easting",20500000.0],
PARAMETER["False_Northing",0.0],
PARAMETER["Central_Meridian",0.0],
PARAMETER["Standard_Parallel_1",25.0],
PARAMETER["Standard_Parallel_2",47.0],
PARAMETER["Scale_Factor",1.0],
PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],
UNIT["Meter",1.0]] ;

不知道什么WKT?比瓢画葫芦,请参考《WKT (Well Known Text)》。然后用下行语句解析为投影坐标系。
IProjectedCoordinateSystem fromCS = CoordinateSystemWktReader.Parse(bj1954Lcc) as IProjectedCoordinateSystem;

对于用户自定义坐标系,即系统和EPSG没有预设的坐标系,只有通过WKT和Code方式来定义。所谓Code方式即把WKT中的“元素”如DATUM、SPHEROID、UNIT等分别定义,最后组合,何必那么麻烦?就像没必要用WKT方式去创建WGS84地理坐标系一样。

看一下转换多个坐标对的函数原型:List TransformList(List points);
参数和返回值都是List型,List的每个元素是一个一维double型数组每个一维数组即一个坐标对:两个或三个元素,取决于有没有高程等第三个坐标Z,顺序为(x,y,z)。因此我们需要把给的坐标存储到List中。(不懂泛型?不是吧……)

LionGG写了一个多点到多点的转换函数:参数分别是源坐标系,目标坐标系,要转换的坐标值List,返回的坐标值List。函数内容就不再解释,不精通设计模式?知道工厂模式不至于迷糊就行。

static void PtsToPts(ICoordinateSystem fromCS, ICoordinateSystem toCS,List pts, out List results)
{
CoordinateTransformationFactory ctfac = new CoordinateTransformationFactory();
ICoordinateTransformation trans = ctfac.CreateFromCoordinateSystems(fromCS, toCS);
results = trans.MathTransform.TransformList(pts);
}

下面是主函数,简略起见,命名空间的引用,异常捕捉等省略,并不再注释。

static void Main(string[] args)
{
string bj1954Lcc= "……"; //见上文
IProjectedCoordinateSystem fromCS = CoordinateSystemWktReader.Parse(bj1954Lcc) as IProjectedCoordinateSystem;
GeographicCoordinateSystem toCS = GeographicCoordinateSystem.WGS84;

double[] xPts = new double[4] { 20634500, 20635500, 20634500, 20635500 };
double[] yPts = new double[4] { 4660000, 4660000, 4659000, 4659000 };

List pts = new List();
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
double[] xy = new double[] { xPts[i], yPts[i] };
pts.Add(xy);

List results = new List();
PtsToPts(fromCS, toCS, pts, out results);

foreach (double[] result in results)
{
Console.WriteLine("{0},{1}", result[0], result[1]);
}
}

下面是计算结果,可以看出来和使用proj4的计算结果只有精度位数的差异。
118.611065451529,40.4621006468135
118.623041399559,40.4619479215536
118.610866262964,40.4529532936788
118.622840730867,40.4528005852267

proj4是用C写的,很好很强大,我暂且只会简单使用,没看过源代码。Proj4的计算结果:
Beijing 1954: 20634500.0 4660000.00
pj_inv result: 118.611065 40.462077

Beijing 1954: 20635500.0 4660000.00
pj_inv result: 118.623041 40.461924

Beijing 1954: 20634500.0 4659000.00
pj_inv result: 118.610866 40.452929

Beijing 1954: 20635500.0 4659000.00
pj_inv result: 118.622841 40.452777

本文介绍了Proj.NET的基本情况,如何创建坐标系,如何在坐标系间进行多个坐标点的转换,满足了最基本的需求。后续会逐步介绍更加深入一点功能。

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