Python地理坐标系和投影坐标系转换

0 相关名词

在开始之前，有必要了解一下相关名词：

地心地固坐标系（Earth-Centered, Earth-Fixed，ECEF），简称地心坐标系。
地理坐标系统（Geographic Coordinate System，GCS）¹，坐标系是地心坐标系，用经纬度表示球面上的点。
世界大地测量系统（World Geodetic System, WGS），比如WGS84，是一种地理坐标系统，用于全球定位系统（GPS）。
投影坐标系统（Projection Coordinate System，PCS）²。
通用横轴墨卡托投影（Universal Transverse Mercator，UTM），是一种投影方法。

关于地理坐标系和投影坐标系更详细的解释可以查看这篇文章：你必须知道的地理坐标系和投影坐标系

地理坐标系统有不同的基准和方法，比如：Xian_1980，Beijing_1954，WGS_1984等。投影坐标系统也有不同的基准和方法，UTM和UPS等。每一个地理坐标系统（GCS）和投影坐标系统（PCS）都有一个独特的EPSG代码，代码可在 EPSG 网站查询。

有一篇介绍Pyproj进行地理投影坐标系转换的文章³，但不够全面。其中提到arcgis网站上查询地理坐标系和投影坐标系的方法很实用但不全。

1 地理和投影坐标系统相互转换

整理使用Python的第三方库 Pypro⁴ 转换经纬度表示的地理坐标系统到投影坐标系统。

Pypro模块共有两个函数：

函数	描述
test()	运行模块测试
transform(p1, p2, x, y, z=None, radians=False)	用法：x2, y2, z2 = transform(p1, p2, x1, y1, z1, radians=False)，将在坐标系统p1下的点（x1, y1, z1）转换到p2坐标系统下

1.1 使用EPSG Code转换

转换经纬度到的投影坐标系统；转换一个投影坐标系统到另一个投影坐标系统；反向转换，把投影坐标系统上的点转换到地理坐标系统：

>>> p1 = pyproj.Proj(init='epsg:26915') # 一个投影坐标系统EPSG Code
>>> p2 = pyproj.Proj(init='epsg:26715') # 另一个投影坐标系统EPSG Code
>>> x1, y1 = p1(-92.199881,38.56694) # 投影到EPSG Code为26915的投影坐标系统
>>>> '%9.3f %11.3f' % (x1,y1)
'569704.566 4269024.671'
>>> x2, y2 = pyproj.transform(p1,p2,x1,y1) # 转换一个投影坐标系统到另一个投影坐标系统
>>> '%9.3f %11.3f' % (x2,y2)
'569722.342 4268814.027'
>>> '%8.3f %5.3f' % p2(x2,y2,inverse=True) # 反向转换
' -92.200 38.567'

用元组传入多个点

>>> lats = (38.83,39.32,38.75) # 所有纬度组成的元组
>>> lons = (-92.22,-94.72,-90.37) # 所有精度组成的元组
>>> x1, y1 = p1(lons,lats) # 转换经纬度到投影坐标系统
>>> x2, y2 = pyproj.transform(p1,p2,x1,y1) # 转换一个投影坐标系统到另一个投影坐标系统
>>> lons, lats = p2(x2,y2,inverse=True) # 反向转换

1.2 使用基准名称转换

除了使用EPSG Code之外，还可以显示指定坐标系统名称

>>> p1 = pyproj.Proj(proj='latlong',datum='WGS84') # WGS84，GPS使用的地理坐标系统，EPSG Code为4326
>>> x1 = -111.5; y1 = 45.25919444444
>>> p2 = pyproj.Proj(proj="utm",zone=10,datum='NAD27') # 投影坐标系统NAD27 / UTM zone 10N，EPSG Code为26710
>>> x2, y2 = pyproj.transform(p1, p2, x1, y1)
>>> "%s  %s" % (str(x2)[:9],str(y2)[:9])
'1402285.9  5076292.4'

2 其他

如果需要计算地球上两点的距离，可以使用大圆距离来计算，不能使用投影坐标系中的两点计算距离。

https://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_coordinate_system ↩︎
https://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_coordinate_system#Map_projection ↩︎
https://blog.csdn.net/sinat_28797501/article/details/75635439 ↩︎
https://jswhit.github.io/pyproj/ ↩︎

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