基于 gma 的 GIS 空间参考系统探索
0 了解空间参考
为了能够正确地描述要素的位置和形状，需要引入一个用于定义位置的框架，也就是空间参考。空间参考用于存储各类要素坐标属性的坐标系系统，借此描述一个要素的真实位置。主要包括两大部分：坐标系统 和 坐标域。
坐标系统
坐标系统是一个二维或者三维的参照系，用于定位坐标点，通过坐标系统可以确定要素在地球上的真实位置。常用的坐标系主要是以下两种：大地坐标系和投影坐标系。
坐标域
坐标域是一个要素中坐标的允许取值范围。
1 了解 gma （1.1.5）中的空间参考功能
1.1 gma 空间参考功能在库中的位置
gma 中空间参考功能位于 gma.algorithm.core.spat，用以初始化各种坐标系/投影，以方便检索和使用参数和查询相关信息，这是基础的空间参考；基于此构建的扩展（增强）空间参考功能整合在地图工具 gma.map.rcs 中 SpatRef 类中 。gma 库（1.1.5）及其空间参考功能分布如下：
1.2 SpatRef 类支持初始化的坐标系格式
| 格式 | 示例 （以 WGS 84 为例） |
|---|---|
| EPSG | 4326 (或 'EPSG:4326' ) |
| MICoordSys | 'Earth Projection 1, 104' |
| PCI | ['LONG/LAT D000', 'DEGREE', (0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)] |
| PROJJSON | '{\n "$schema": "https://proj.org/schemas/v0.4/projjson.schema.json",\n "type": "GeographicCRS",\n "name": "WGS 84",\n "datum": {\n "type": "GeodeticReferenceFrame",\n "name": "World Geodetic System 1984",\n "ellipsoid": {\n "name": "WGS 84",\n "semi_major_axis": 6378137,\n "inverse_flattening": 298.257223563\n }\n },\n "coordinate_system": {\n "subtype": "ellipsoidal",\n "axis": [\n {\n "name": "Geodetic latitude",\n "abbreviation": "Lat",\n "direction": "north",\n "unit": "degree"\n },\n {\n "name": "Geodetic longitude",\n "abbreviation": "Lon",\n "direction": "east",\n "unit": "degree"\n }\n ]\n },\n "id": {\n "authority": "EPSG",\n "code": 4326\n }\n}' |
| PrettyWkt | 'GEOGCS["WGS 84",\n DATUM["WGS_1984",\n SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,\n AUTHORITY["EPSG","7030"]],\n AUTHORITY["EPSG","6326"]],\n PRIMEM["Greenwich",0,\n AUTHORITY["EPSG","8901"]],\n UNIT["degree",0.0174532925199433,\n AUTHORITY["EPSG","9122"]],\n AXIS["Latitude",NORTH],\n AXIS["Longitude",EAST],\n AUTHORITY["EPSG","4326"]]' |
| Proj4 | '+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs' |
| USGS | [0, 0, (0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0), 12] |
| Wkt | '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"]],AXIS["Latitude",NORTH],AXIS["Longitude",EAST],AUTHORITY["EPSG","4326"]]' |
| XML | ' |
| 部分主要坐标系名称 | WGS84 |
2 探索空间参考（坐标系/投影）系统
from gma.map import rcs
SR = rcs.SpatRef('WGS84')
| 类型 | 名称 | 描述 | 使用 | 结果 |
|---|---|---|---|---|
| 属性 | AeraOfUse | 坐标系使用的经纬度范围。无法识别范围的坐标系则根据中央经线自动生成最大范围 （gma 对全球范围的坐标系进行了修改，其最东端与最西端永远相差0.02° ） | SR.AeraOfUse | [-179.99, -89.99, 179.99, 89.99] |
| 属性 | AngularUnits | 角度单位值 | SR.AngularUnits | 0.017453292519943295 |
| 属性 | AngularUnitsName | 角度单位名称 | SR.AngularUnitsName | ‘degree’ |
| 属性 | EPSG | 坐标系 EPSG 编码。没有 EPSG 编码的坐标系则值为 0 | SR.EPSG | 4326 |
| 方法 | Export | 导出坐标系。支持 MICoordSys，PCI，PROJJSON，PrettyWkt，Proj4，USGS，Wkt，XML 格式 | SR.Export(Format = 'Proj4') | ‘+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs’ |
| 方法 | GetProjParms | 获取坐标系的投影参数 | SR.GetProjParms() | {} |
| 方法 | GetUseFeature | 获取坐标系的使用区域 Feature | SR.GetUseFeature() | |
| 方法 | GetUseFeatureInWGS84 | 获取坐标系的使用区域 Feature（WGS84） | SR.GetUseFeatureInWGS84() | |
| 属性 | InvFlattening | 椭球体反扁率 | SR.InvFlattening | 298.257223563 |
| 属性 | LinearUnits | 线形单位值 | SR.LinearUnits | 1.0 |
| 属性 | LinearUnitsName | 线形单位名称 | SR.LinearUnitsName | ‘Meter’ |
| 属性 | Name | 坐标系名称 | SR.Name | ‘WGS 84’ |
| 属性 | PRIMEM | 坐标系的本初子午线 | SR.PRIMEM | {‘Greenwich’: 0.0} |
| 属性 | Proj | WKT 格式的坐标系 | SR.Proj | ‘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”]],AXIS[“Latitude”,NORTH],AXIS[“Longitude”,EAST],AUTHORITY[“EPSG”,“4326”]]’ |
| 属性 | SemiMajor | 椭球体长半轴 | SR.SemiMajor | 6378137.0 |
| 属性 | SemiMinor | 椭球体短半轴 | SR.SemiMinor | 6356752.314245179 |
| 属性 | Type | 坐标系类型 | SR.Type | ‘Geographic’ |
3 在地图上查看坐标系的适用范围
结合 gma 绘图工具和 GetUseFeatureInWGS84 方法，可以很容易的查看某个坐标系使用区域在地图上的位置。本文以 :
- EPSG:4326（ WGS84）
- EPSG:4490（China Geodetic Coordinate System 2000）
- EPSG:2163（NAD27 / US National Atlas Equal Area）
- EPSG:32650（WGS 84 / UTM zone 50N）
四个坐标系为例进行展示。
from gma.map import plot, rcs
WorldDS = plot.GetWorldDataSource()
WorldLayer = WorldDS.GetLayer(0)
3.1 全球性坐标系（WGS84）
MapF = plot.MapFrame()
MapL1 = MapF.AddLayer(WorldLayer, FaceColor = 'none', EdgeColor = 'black', LineWidth = 0.1, Zorder = 1)# 绘制坐标系范围
Spat = rcs.SpatRef('WGS84')
UseFeature = Spat.GetUseFeatureInWGS84()
MapF.AddFeature(UseFeature)
3.2 地方坐标系（EPSG:4490 / China Geodetic Coordinate System 2000）
MapF = plot.MapFrame()
MapL1 = MapF.AddLayer(WorldLayer, FaceColor = 'none', EdgeColor = 'black', LineWidth = 0.1, Zorder = 1)# 绘制坐标系范围
Spat = rcs.SpatRef(4490)
UseFeature = Spat.GetUseFeatureInWGS84()
MapF.AddFeature(UseFeature)
3.3 地方坐标系（EPSG:2163 / NAD27 / US National Atlas Equal Area）
MapF = plot.MapFrame()
MapL1 = MapF.AddLayer(WorldLayer, FaceColor = 'none', EdgeColor = 'black', LineWidth = 0.1, Zorder = 1)# 绘制坐标系范围
Spat = rcs.SpatRef(2163)
UseFeature = Spat.GetUseFeatureInWGS84()
MapF.AddFeature(UseFeature)
3.4 地方坐标系（EPSG:32650 / WGS 84 / UTM zone 50N）
MapF = plot.MapFrame()
MapL1 = MapF.AddLayer(WorldLayer, FaceColor = 'none', EdgeColor = 'black', LineWidth = 0.1, Zorder = 1)# 绘制坐标系范围
Spat = rcs.SpatRef(32650)
UseFeature = Spat.GetUseFeatureInWGS84()
MapF.AddFeature(UseFeature)
3.5 换一个视角（底图：EPSG:6931 / WGS 84 / NSIDC EASE-Grid 2.0 North）
MapF = plot.MapFrame(BaseMapProj = 6931)
MapL1 = MapF.AddLayer(WorldLayer, FaceColor = 'none', EdgeColor = 'black', LineWidth = 0.1, Zorder = 1)# 绘制坐标系范围
Spat = rcs.SpatRef(32650)
UseFeature = Spat.GetUseFeatureInWGS84()
MapF.AddFeature(UseFeature)
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