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OGR投影简介

本章来源： OGR Projections Tutorial

简介

OGRSpatialReference ，和 OGRCoordinateTransformation 类提供的表达坐标系统（投影和基准面）和它们之间的变换的接口。这些服务是仿照OpenGIS规范的坐标变换，并使用WKT格式描述的坐标系统。

Simple Features for COM 中可以找到 OpenGIS 坐标系统和服务的介绍， Spatial Reference Systems Abstract Model 的介绍可以在 OGC 网站上找到。 GeoTIFF Projections Transform List 中也可以找到WKT的一些说明。 EPSG Geodesy 网站上的资源也非常有用.

定义地理坐标系

坐标系统被封装在 OGRSpatialReference 类中。有许多方法将 OGRSpatialReference 对象初始化为一个有效的坐标系统。有两种主要的坐标系统，地理坐标系（经纬度投影）和投影坐标系（如UTM，单位为米或英尺）。

地理坐标系统包含的基准面信息（半长轴，扁率），本初子午线（通常是格林尼治），和单位类型（通常是度）。下面的代码是地理坐标系统实例:

OGRSpatialReference oSRS;
oSRS.SetGeogCS( "My geographic coordinate system",
                "WGS_1984",
                "My WGS84 Spheroid",
                SRS_WGS84_SEMIMAJOR, SRS_WGS84_INVFLATTENING,
                "Greenwich", 0.0,
                "degree", SRS_UA_DEGREE_CONV );

上面的代码中，“My geographic coordinate system”、“My WGS84 Spheroid”、“Greenwich”和“degree”不是关键，主要用于向用户显示投影信息。然而，“WGS_1984” 作为确定基准面的关键，是需要遵循一定规则的。

OGRSpatialReference中已有很多的坐标系统的支持，其中包括“NAD27”、“NAD83”、“wgs72”和“WGS84”等，可以直接调用SetWellKnownGeogCS()获取

oSRS.SetWellKnownGeogCS( "WGS84" );

此外，可以使用EPSG数据库中的GCS码数表示投影

oSRS.SetWellKnownGeogCS( "EPSG:4326" );

OGRSpatialReference 可以调用函数将投影序列化,转为WKT串或者其他形式输出。

char    *pszWKT = NULL;
oSRS.SetWellKnownGeogCS( "WGS84" );
oSRS.exportToWkt( &pszWKT );
printf( "%s\n", pszWKT );

输出为:

GEOGCS["WGS 84",
    DATUM["WGS_1984",
        SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
            AUTHORITY["EPSG",7030]],
        TOWGS84[0,0,0,0,0,0,0],
        AUTHORITY["EPSG",6326]],
    PRIMEM["Greenwich",0,AUTHORITY["EPSG",8901]],
    UNIT["DMSH",0.0174532925199433,AUTHORITY["EPSG",9108]],
    AXIS["Lat",NORTH],
    AXIS["Long",EAST],
    AUTHORITY["EPSG",4326]]

OGRSpatialReference::importFromWkt() 方法可以用WKT坐标系统定义。

投影坐标系

投影坐标系统（如UTM、Lambert Conformal Conic等）默认包含了一个地理坐标系统，以及一个平面坐标与地理坐标相互转换的描述。下面的代码定义了一个UTM 17号带投影，默认为WGS84地理坐标系统。

OGRSpatialReference     oSRS;
oSRS.SetProjCS( "UTM 17 (WGS84) in northern hemisphere." );
oSRS.SetWellKnownGeogCS( "WGS84" );
oSRS.SetUTM( 17, TRUE );

调用 SetProjCS() 函数 设置投影名称。SetWellKnownGeogCS() `` 设置地理坐标系统， ``SetUTM() 设置详细的投影变换参数。在现有版本中，上述步骤顺序不可颠倒，否则无法生成有效投影。

上述定义将WKT版本如下。请注意，UTM 17 在描述参数中被定义:

PROJCS["UTM 17 (WGS84) in northern hemisphere.",
    GEOGCS["WGS 84",
        DATUM["WGS_1984",
            SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
                AUTHORITY["EPSG",7030]],
            TOWGS84[0,0,0,0,0,0,0],
            AUTHORITY["EPSG",6326]],
        PRIMEM["Greenwich",0,AUTHORITY["EPSG",8901]],
        UNIT["DMSH",0.0174532925199433,AUTHORITY["EPSG",9108]],
        AXIS["Lat",NORTH],
        AXIS["Long",EAST],
        AUTHORITY["EPSG",4326]],
    PROJECTION["Transverse_Mercator"],
    PARAMETER["latitude_of_origin",0],
    PARAMETER["central_meridian",-81],
    PARAMETER["scale_factor",0.9996],
    PARAMETER["false_easting",500000],
    PARAMETER["false_northing",0]]

有许多投影方法包括settm()方法（横轴），setlcc()（Lambert Conformal Conic），和setmercator()。

查询坐标系统

一旦一个 OGRSpatialReference 已经建立，它的信息可以被查询。

  • OGRSpatialReference::IsProjected() OGRSpatialReference::IsGeographic() 函数确定投影类型
  • OGRSpatialReference::GetSemiMajor() , OGRSpatialReference::GetSemiMinor() OGRSpatialReference::GetInvFlattening() 方法可用于获取有关球体的信息。
  • OGRSpatialReference::GetAttrValue() 方法可以用来获得projcs，geogcs，基准，球体，和投影名称的字符串
  • OGRSpatialReference::GetProjParm() 方法可用于获取投影参数。
  • OGRSpatialReference::GetLinearUnits() 方法可用于获取投影的单位,可以转化到米。

下面的代码演示了如何获取信息:

const char *pszProjection = poSRS->GetAttrValue("PROJECTION");
if( pszProjection == NULL )
{
    if( poSRS->IsGeographic() )
        sprintf( szProj4+strlen(szProj4), "+proj=longlat " );
    else
        sprintf( szProj4+strlen(szProj4), "unknown " );
}
else if( EQUAL(pszProjection,SRS_PT_CYLINDRICAL_EQUAL_AREA) )
{
    sprintf( szProj4+strlen(szProj4),
       "+proj=cea +lon_0=%.9f +lat_ts=%.9f +x_0=%.3f +y_0=%.3f ",
             poSRS->GetProjParm(SRS_PP_CENTRAL_MERIDIAN,0.0),
             poSRS->GetProjParm(SRS_PP_STANDARD_PARALLEL_1,0.0),
             poSRS->GetProjParm(SRS_PP_FALSE_EASTING,0.0),
             poSRS->GetProjParm(SRS_PP_FALSE_NORTHING,0.0) );
}
...

坐标转换

OGRCoordinateTransformation 类用于不同坐标系之间的转换。使用 OGRCreateCoordinateTransformation() 创建转换对象，然后调用 OGRCoordinateTransformation::Transform() 方法转换坐标。

OGRSpatialReference oSourceSRS, oTargetSRS;
OGRCoordinateTransformation *poCT;
double x, y;

oSourceSRS.importFromEPSG( atoi( papszArgv[i + 1] ) );
oTargetSRS.importFromEPSG( atoi( papszArgv[i + 2] ) );

poCT = OGRCreateCoordinateTransformation( &oSourceSRS,
       &oTargetSRS );
x = atof( papszArgv[i + 3] );
y = atof( papszArgv[i + 4] );

if( poCT == NULL || !poCT->Transform( 1, &x, &y ) )
{
  printf( "Transformation failed.\n" );
} else {
  printf( "(%f,%f) -> (%f,%f)\n",
          atof( papszArgv[i + 3] ),
          atof( papszArgv[i + 4] ),
          x, y );
}

投影转换失败可能原因如下:

  • OGRCreateCoordinateTransformation() 可能会失败，一般是因为系统之间可以建立没有变换。这可能是由于PROJ.4库不支持。如果 OGRCreateCoordinateTransformation() 失败，它将返回一个null。
  • OGRCoordinateTransformation::Transform() 方法本身也会失败。

上述代码中没有演示三维点转换，但是该函数是可以用于三维点转换的，如果没有传入Z值，假设点在大地水准面上。

下面的示例演示如何方便地创建一个纬度/经度坐标系统使用相同的地理坐标系统和投影坐标系，并利用这些投影坐标和经纬度之间的转换。

OGRSpatialReference    oUTM, *poLatLong;
OGRCoordinateTransformation *poTransform;
oUTM.SetProjCS("UTM 17 / WGS84");
oUTM.SetWellKnownGeogCS( "WGS84" );
oUTM.SetUTM( 17 );
poLatLong = oUTM.CloneGeogCS();
poTransform = OGRCreateCoordinateTransformation( &oUTM, poLatLong );
if( poTransform == NULL )
{
    ...
}
...
if( !poTransform->Transform( nPoints, x, y, z ) )

其他语言接口

C接口定义的坐标系统服务 ogr_srs_api.h ，和Python绑定可以通过 osr.py 模块。其他语言用法类似c++，但是缺少一些方法。

typedef void *OGRSpatialReferenceH;
typedef void *OGRCoordinateTransformationH;
OGRSpatialReferenceH OSRNewSpatialReference( const char * );
void    OSRDestroySpatialReference( OGRSpatialReferenceH );
int     OSRReference( OGRSpatialReferenceH );
int     OSRDereference( OGRSpatialReferenceH );
OGRErr  OSRImportFromEPSG( OGRSpatialReferenceH, int );
OGRErr  OSRImportFromWkt( OGRSpatialReferenceH, char ** );
OGRErr  OSRExportToWkt( OGRSpatialReferenceH, char ** );
OGRErr  OSRSetAttrValue( OGRSpatialReferenceH hSRS, const char * pszNodePath,
                         const char * pszNewNodeValue );
const char *OSRGetAttrValue( OGRSpatialReferenceH hSRS,
                             const char * pszName, int iChild);
OGRErr  OSRSetLinearUnits( OGRSpatialReferenceH, const char *, double );
double  OSRGetLinearUnits( OGRSpatialReferenceH, char ** );
int     OSRIsGeographic( OGRSpatialReferenceH );
int     OSRIsProjected( OGRSpatialReferenceH );
int     OSRIsSameGeogCS( OGRSpatialReferenceH, OGRSpatialReferenceH );
int     OSRIsSame( OGRSpatialReferenceH, OGRSpatialReferenceH );
OGRErr  OSRSetProjCS( OGRSpatialReferenceH hSRS, const char * pszName );
OGRErr  OSRSetWellKnownGeogCS( OGRSpatialReferenceH hSRS,
                               const char * pszName );
OGRErr  OSRSetGeogCS( OGRSpatialReferenceH hSRS,
                      const char * pszGeogName,
                      const char * pszDatumName,
                      const char * pszEllipsoidName,
                      double dfSemiMajor, double dfInvFlattening,
                      const char * pszPMName ,
                      double dfPMOffset ,
                      const char * pszUnits,
                      double dfConvertToRadians );
double  OSRGetSemiMajor( OGRSpatialReferenceH, OGRErr * );
double  OSRGetSemiMinor( OGRSpatialReferenceH, OGRErr * );
double  OSRGetInvFlattening( OGRSpatialReferenceH, OGRErr * );
OGRErr  OSRSetAuthority( OGRSpatialReferenceH hSRS,
                         const char * pszTargetKey,
                         const char * pszAuthority,
                         int nCode );
OGRErr  OSRSetProjParm( OGRSpatialReferenceH, const char *, double );
double  OSRGetProjParm( OGRSpatialReferenceH hSRS,
                        const char * pszParmName,
                        double dfDefault,
                        OGRErr * );
OGRErr  OSRSetUTM( OGRSpatialReferenceH hSRS, int nZone, int bNorth );
int     OSRGetUTMZone( OGRSpatialReferenceH hSRS, int *pbNorth );
OGRCoordinateTransformationH
OCTNewCoordinateTransformation( OGRSpatialReferenceH hSourceSRS,
                                OGRSpatialReferenceH hTargetSRS );
void OCTDestroyCoordinateTransformation( OGRCoordinateTransformationH );
int OCTTransform( OGRCoordinateTransformationH hCT,
                  int nCount, double *x, double *y, double *z );

Python 接口:

class osr.SpatialReference
    def __init__(self,obj=None):
    def ImportFromWkt( self, wkt ):
    def ExportToWkt(self):
    def ImportFromEPSG(self,code):
    def IsGeographic(self):
    def IsProjected(self):
    def GetAttrValue(self, name, child = 0):
    def SetAttrValue(self, name, value):
    def SetWellKnownGeogCS(self, name):
    def SetProjCS(self, name = "unnamed" ):
    def IsSameGeogCS(self, other):
    def IsSame(self, other):
    def SetLinearUnits(self, units_name, to_meters ):
    def SetUTM(self, zone, is_north = 1):
class CoordinateTransformation:
    def __init__(self,source,target):
    def TransformPoint(self, x, y, z = 0):
    def TransformPoints(self, points):

内部实现

内部实现基于 PROJ.4 库,接口为 OGRCoordinateTransformation