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

List<double[]> results = new List<double[]>();
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。