聊聊GIS中的坐标系|再版 识别各种数据的坐标系及代码中的坐标系

本篇讲讲在GIS桌面软件和实际数据中，以及各路GIS有关API的编程中，如何寻找坐标系信息。惯例：

本文约2000字，建议阅读时间10分钟。

作者：博客园/B站/知乎/csdn/小专栏 @秋意正寒

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有关“未定义坐标系”的数据如何粗略判别是什么坐标系，已经在上篇的第5.1节写明了，这里想说的是，已经定义好坐标系统的程序/数据，在哪里找。

目录：

0. 预备知识（WKT的概念）

1. 硬盘上的数据/数据库（shp、geojson、tif栅格、几个单文件数据库、kml/gml/gpx）

2. GIS数据服务种的坐标系（2.1 ArcGIS家的/2.2 geoserver的）

3. 代码种的坐标系（3.1 AO/AE   3.2 ArcGIS JsAPI  3.3 openlayers 3.4 ceisum）

0. 预备知识

0.1. WKT

和json在网络传输的地位一样，是一个标记语言，全称Well-Known Text，和上文提及的Well-Known ID出自同一个组织——OGC。

WKT是用文本形式记录地理信息的一个标记语言。什么是地理信息？除开我们常见的真·地理信息点线面之类，还包括坐标系统的定义。我们可以在epsg.io这个网站查询想知道的坐标系的WKID，也可以查到想知道坐标系的WKT。

例如，WKID=4326的坐标系的WKT如下：

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"]]

此处不展开WKT的每一项定义。因为WKT的博客实在太多了，本文略过不作为主要内容。

通常，如果拿到一个WKT，我会观察最外层定义是GEOGCS还是PROJCS，这能判断是地理坐标系或投影坐标系统。

然后，若为GEOGCS，我会在AUTHORITY处判断它被epsg定义的WKID，上面这个wkt即4326.

WKT还有一种二进制存储格式，叫WKB。有关这两个东西的文档在ogc官网是可查的。

1. 硬盘上的数据/数据库

1.1.  shapefiles

简称shp文件。shp文件至少有*.shp、*.shx、*.dbf三个同名文件组成，若想为shp文件定义一个坐标系，告诉它“你的空间信息落于哪个坐标系下”，那就要再多一个同名的*.prj文件。

 一个shp文件通常要有以上4个文件，若无prj文件只会在加载时不知道它的坐标系信息，实际数据并无影响，所以说shp文件的最低下限是shp、shx、dbf三大文件。

有关shp文件的构成格式不再补充，也能在ogc官网查到对应标准。

此prj文件内坐标系的信息，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]]

此处若无AUTHORITY信息，可以用PROJCS内第一个字符串"Xian_1980_3_Degree_GK_CM_114E"去epsg.io查询（epsg.io不支持模糊查询，用空格替换下划线，尽量删减一些关键词）

 

1.2. GeoJson

geojson是一种用json标记的地理数据文件，记录二维信息多一些，通常用于webgis传递。与turf、arcgis jsapi、openlayers等结合较好。

geojson也是一种ogc规范，开源。

打开一个geojson文件：

其中，头部“crs”字段就是坐标系信息，我们可以访问其properties.name获取有关EPSG信息，此处WKID为32650。

但是，在大多数时候geojson是没有crs字段的，例如：

这就要问数据的提供者了。

1.3. 影像数据（tif文件为例）

tif文件为栅格图像文件，后缀为tif或tiff，是ogc规范的一种，全称GeoTiff。

通常不能在资源管理器中查看tif栅格影像数据的坐标系信息，需要用GIS软件查看，因为它的坐标系信息写在数据文件内部。

如下图：

此为ArcMap中Catalog查看数据的属性。

1.4. postgis/geopackage/esri geodatabase等数据库

这些地理数据库的数据均可在客户端查看，以QGIS为例，打开这些数据库里的要素查看坐标系信息。

①postgis

postgresql的一个插件。

 

 

 

 ②geopackage

geopackage是一种轻量的单文件数据库，是sqlite的特例应用。 

 

 

 geopackage在QGIS里的支持还不算很强，我的版本是3.8.1，还不支持右键导入，拖拽的方式倒是可以。

读取坐标系的方法一样。

 

 

 

③gdb

 QGIS只能读取gdb里的表格和要素数据，复杂的数据因为esri商用问题不能读取。

 

 

 

1.5. kml(kmz)/gml/gpx

kmz用压缩软件解压后可获取kml文件。kml是xml格式的一种特殊化，原来用于Google Earth的数据交互，它与geojson的区别在于它可以带符号、颜色、样式信息。

kml由于早期为Google Earth使用，由上篇可知默认使用WGS84（WKID=4326）坐标系，所以大多数kml文件是没有写入坐标系信息的（至少我在QGIS里导出的kml没有）。

但是，在ogc文档中有定义坐标系：http://docs.opengeospatial.org/is/12-007r2/12-007r2.html#1274

此处不展开。

gml也是类似的一种xml扩展标记语言，同样为ogc规范的一种。

其坐标系信息写在这里，比较显眼：

 最后一个gpx文件，是GPS卫星的信息记录，也是一种xml的应用。因为是GPS（早期GPS指美国GPS），所以用的是WGS84坐标系。

2. GIS数据服务

2.1. ArcGIS Server

①地图服务

访问MapServerURL，可查看地图服务的基本信息：

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

 

圈出的Spatial Reference即为此地图服务（包括所有图层）的WKID。

②影像服务

同地图服务，但是影像服务并没有子图层。

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

 

③场景服务

场景服务，URL结尾是SceneServer，访问后返回json，在控制台可以通过这样来访问：

 

即可获取其坐标系。

注意，fetch函数在各主流浏览器中较新版本均支持，IE不清楚未测试。

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

④要素服务

基本方法同地图服务，但是要注意的是要素服务既可单独作为FeatureServer，也可以存在于MapServer中（作为要素图层）。

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（若为MapServer中的要素图层，请访问上一级的MapServer查看坐标系）

⑤网络分析服务

网络分析服务，URL以NAServer结尾，因博主暂无网络分析服务的URL，暂时不能给例子，用法应该与MapServer类似。

⑥高程服务

高程服务，以ImageServer为载体。方法同影像服务。

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

2.2. GeoServer

wms/wfs/wcs

访问其描述xml，然后查看layer对应的"CRS"属性即可。

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

访问此URL，浏览器会下载一个xml文件，通过寻找以下标签的值，即可获取对应图层的坐标系：

<WMT_MS_Capabilities> 👉 <Capability> 👉 <Layer> (👉 <Layer> 如果有子图层) 👉 <SRS>

若在Openlayers解析中，则叫作"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，则可通过访问WMSLayer.description属性获取wms的描述。

3. 程序代码

3.1. ArcObjects/ArcEngine（10.7为例）

①IMap

通过访问IMap.SpatialReference属性可获取ISpatialReference类型的坐标系数据，意义是ArcMap里的数据框的坐标系。

②IGeometry

通过访问IGeometry.SpatialReference属性可获取ISpatialReference类型的坐标系数据，意义是每个几何图形的坐标系。

③ILayer

ILayer.SpatialReference属性只能设置，不能获取，意义为给一个图层设置坐标系。

④IGeoDataset

IGeoDataset.SpatialReference属性只读，意义为获取任意地理数据集的坐标系数据。

地理数据集即要素类、shp文件、栅格数据等。

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AO编程不是本篇重点，不展开这些接口的获取与设计。

3.2. ArcGIS JsAPI（4.x为例）

①View

View有两个子类，SceneView和MapView。这两个视图都可以通过访问其spatialReference属性获取坐标系信息。

②Geometry

Geometry是JsAPI前端的几何，用来表示图形或者要素的空间信息。通过访问Geometry的spatialReference属性获取坐标系信息。

Geometry的子类Point、Polygon、Polyline等均可用此属性查看当前几何信息的坐标系信息。

3.3 openlayers（6.1为例）

ol的最顶层是Map类，通过访问map.getView().getProjection()可获取坐标系信息。（和ArcGIS JsAPI的不一样，ol很多是通过方法访问的）

此处打印了map实例的视图的坐标系信息，注意ol的坐标系写作“Projection”，直接翻译是投影，实际上还是坐标系信息。我们关注的是code_属性。

当前打印的坐标系信息，指明了当前地图的坐标系是3857，即网络墨卡托。

3.4 cesium（1.64为例）

①Viewer.scene

视图中场景的坐标系可通过Scene类的mapProjection属性访问。

②MapProjection

提供坐标转换用的几个方法。

ps：cesium项目最好全用WGS84和Web墨卡托，否则容易出问题。这就意味着cesium弱化了坐标系这一概念，更强调“PCS2GCS”或“GCS2PCS”这种地理坐标和投影坐标的交叉转换，更注重屏幕像素坐标到地图坐标的运算。

3.5 leaflets（学习中）

3.6 mapbox（学习中）

 

下一篇将是一篇硬骨头，开足马力上吧！2019不遗憾