Какие стратегии, критерии или правила использовать для выбора систем координат?

61

Какие стратегии, критерии или правила вы используете для выбора систем координат для

  • (а) хранение,
  • (б) анализ и
  • (в) отображение данных ГИС?

(Я смиренно предлагаю свой ответ на связанный вопрос об анализе водораздела в качестве примера соображений, связанных с (б).)

На какие подводные камни стоит обратить внимание?

Ссылки на веб-сайты, которые вы считаете особенно полезными в этом отношении, приветствуются.

coordinate-system datum Whuber
источник
6
Я ожидаю разнообразного набора ответов, потому что решение может зависеть от целей вашего ГИС-приложения, поэтому, пожалуйста, не стесняйтесь предлагать свой ответ, даже если другие были опубликованы!
whuber
@Kirk Kuykendall замечательно подходит к контексту веб-картографии (который может послужить ответом на эту тему) в комментарии на gis.stackexchange.com/q/10438/664 .
whuber
Используемая вами система координат имеет значение только в том случае, если вас интересует точность. Инженеры и геодезисты не используют UTM.
Джерри
1
@ Джерри, я категорически не согласен с твоей точкой зрения. Инженеры и геодезисты больше заботятся о точности, чем кто-либо другой. Вот почему в большинстве случаев они решили использовать локальную контрольную точку в качестве источника для своей системы координат. Но это не имеет значения, поскольку ваш ответ на самом деле не говорит о том, как выбрать систему координат.
Девдатта Тенгше
Джерри, @Devdatta верен по дополнительным причинам: выбор системы координат также меняет визуальное впечатление от карты, поэтому на карту поставлено больше, чем точность: мы должны быть обеспокоены тем, как читатели карт имеют смысл картографического вывода, и это может быть под сильным влиянием систем координат. Но вернемся к точности: некоторые (неправильные) варианты систем координат создают бесконечное количество неточностей, подразумевая, что практически для любой цели вы должны быть обеспокоены точностью до некоторой степени.
whuber

Ответы:

30

а. Рекомендуется хранить версию данных в проекции, в которой они были получены. Повторное проектирование может быть процессом с потерями, и важно иметь оригинал. У меня есть предпочтение хранить в WGS84 ради простоты.

б. В зависимости от вашего программного обеспечения вам может понадобиться перепроецировать в проекции на основе метра, такие как UTM. Добавлена ​​поддержка нативной геодезии (PostGIS, SQL-сервер). Для растрового анализа может быть предпочтительным сохранить данные в том формате, в котором они были предоставлены, чтобы избежать потери данных при интерполяции.

с. Системы веб-картографирования стандартизированы на сферическом меркаторе, и для наложения плиток они должны быть в этой проекции. Для наложения вектора на карты Google вы используете WGS84. Если вы не ориентируетесь на веб-картографию, обычно будет стандартная локальная проекция.

Мэтью Снейп
источник
4
Я принимаю этот ответ, несмотря на его относительную непопулярность, потому что, очевидно, он один признает различие между форматом, в котором хранятся координаты, и форматами в том, как они используются для анализа и обработки. Хотя все остальные ответы интересны и полезны - я благодарен за них и проголосовал за них все - вопрос не задает вопросы искажения в проекции, которые, как представляется, находятся в центре внимания многих ответов.
whuber
35

Я обнаружил FlexProjector вчера. Он позволяет в интерактивном режиме исследовать различные мировые проекции, настраивать их параметры и даже придумывать новые проекции, одновременно отображая результаты на экране, в комплекте с Tissot Indicatrix (хотя я пока не знаю, являются ли они приблизительными или точными ).

альтернативный текст

Flex Projector с открытым исходным кодом (GPL2) и кроссплатформенный (linux, mac, windows), написанный Бернхардом Дженни, Институт картографии ETH Zurich. Действительно замечательный подарок для геопространственных профессий и сообщества.

Мэтт Уилки
источник
1
+1 Спасибо, что поделились этим. Это так полезно, что нас не должно волновать, насколько точны индикатрисы Tissot :-), но на примерах скриншотов все они выглядят как настоящие эллипсы, что является хорошим знаком.
whuber
15

За детальную, красивую и хорошо представленную информацию почти по всем аспектам картографических проекций в мировом масштабе я не могу похвалить страницы Карлос Фурути с проекциями карт достаточно.

Огромное количество информации может пугать и иногда пугать людей, поэтому вот две примечательные стартовые страницы, которые помогут вам: подсчет и измерение искажений с помощью Tissot Indicatix . Все круги на следующем изображении имеют одинаковую площадь и расстояние на земле. (Matt Перри сценарий короткий GDAL / OGR для создания Tissot формы здесь ). Во-вторых, см. Сводную таблицу прогнозов с миниатюрами.

Проекция Меркатора с помощью Tissot Indicatrix

Мэтт Уилки
источник
1
Спасибо Мэтт. Хорошие ссылки. Заметьте, однако, что сценарий Мэтта Перри только приближает Индикатрисы Тиссо; в некоторых случаях это дает крайне искаженные значения. И он, и Карлос Фурути, кажется, не заметили, что можно точно рассчитать TI, используя маленький круг (например, радиус 10 метров), а затем просто перемасштабировать его на постоянную величину вокруг его центра для отображения на карте. Но, по большому счету, даже искаженное представление полезно.
whuber
Спасибо за внимание и исправление Билла. Я принял утверждения за чистую монету. Как определить, является ли индикатриса действительной?
Мэтт Уилки
1
Формы индикатрис дают полезную подсказку. Посмотрите на те, где происходят самые большие искажения, особенно те, которые имеют сильные эксцентриситеты. Если они больше не являются эллипсами - например, если они начинают выглядеть как бананы - вы можете быть уверены, что расчет неверен. Индикатриса Тиссо является приближением второго порядка к производной проекции и, как таковая, обязательно всегда является идеальным эллипсом.
whuber
Теперь вопрос сам по себе: создание точной Tissot Indicatrix
Matt Wilkie
13

Наша стратегия - использовать то же самое для a, b и c. Перепроекция стоит дорого.

(Мы храним, анализируем и отображаем данные в проекции, наиболее используемой нашими пользователями - нашей национальной зоной UTM - или фактически одной из них. Это Норвегия, любая проекция Меркатора сильно искажается. Тем не менее, WGS84 / Google прогнозы EPSG: 4326 / EPSG: 900913 - это другие важные вопросы, с которыми нам приходится иметь дело. YMMV)

пересдавать
источник
1
Релет все это сказал. Один и тот же прогноз (ы) используется для всех трех и редко изменяется. Какой из них используется? Локальная проекция, здесь никто не использует другие вещи - в моем случае локальный поперечный меркатор (не UTM) и очень редко географическую проекцию.
Джонатр
Когда вы говорите, что «используете то же самое для ... c» и «перепроецирование является дорогостоящим», вы выступаете против использования каких-либо возможностей ГИС для проецирования на лету?
whuber
Точно нет. Но имеет смысл хранить данные в проекции, которая будет использоваться чаще всего, если есть явное несоответствие.
пересдавать
9

Не вдаваясь в подробности (которые можно получить из некоторых ресурсов, упомянутых в предыдущих ответах), стандартный картографический ответ: «Это зависит от вашего использования и вашей аудитории». Все проекции искажают по крайней мере одно из следующего: форму, площадь или направление. Например, если ваш анализ требует точных измерений площади, вам нужно использовать проекцию, которая сохраняет площадь. Ваш выбор также будет зависеть от географической области интереса: большой (вся земля, целый континент) или относительно небольшой (город, округ или даже регион в некоторых случаях). Системы координат UTM и State Plane (основанные на проекциях) могут хорошо работать в этих областях, но они бесполезны на всем континенте. Ваша аудитория также важна, потому что у них может быть определенный прогноз, который они привыкли видеть (даже если они этого не знают), или определенный стандарт, которого они ожидают. Одно можно сказать наверняка, даже если вы храните свой набор данных в географических координатах, я бы никогда не рекомендовал использовать GC для фактического картографического представления, если только вам абсолютно не нужно - форма, область и направление ВСЕ искажены, и, кроме того, Полученная карта, скорее всего, будет некрасивой.

Кэти Ханнафорд
источник
+1 Спасибо за то, что вы представили некоторые важные соображения и обратились ко всем трем частям (a, b и c) вопроса. Я надеялся увидеть больше ответов, как этот.
whuber
8

Как и в случае с Relet и Jonatr, мы используем локальную систему координат, если это вообще возможно, в нашем случае это Albers. Наши рассуждения :

Все системы координат являются произвольными. Под системой координат мы просто подразумеваем буквенно-цифровую систему, с помощью которой положения географических объектов могут быть однозначно описаны. Произвольно, мы подразумеваем, что нет никакого волшебства в том, как эти системы были разработаны ... они полностью изобретены. Их единственная цель - дать пользователям возможность однозначно описать положение объекта в географическом пространстве. Неважно, какую систему вы используете: сферическую (глобальную справочную систему) или плоскую (Альберс, Ламберт, UTM, State Plane и т. Д. И т. Д.), Если вы можете размещать объекты в нужном месте.

В итоге:

  1. система координат позволяет описывать географическое положение объекта,
  2. позиция объекта важна,
  3. как описывается положение объекта (то есть координаты), не важно.

Единственная реальная проблема для нас заключается в том, что для интеграции данных из различных источников все они должны находиться в одной координатной плоскости. Из-за теоретических ограничений UTM:

  1. UTM зоны ограничены 3 ° по обе стороны от центрального меридиана,
  2. картографирование за пределами ограничения 3 ° приводит к недопустимому искажению антенны
  3. Юкон охватывает 4 UTM зоны ...

... и тот простой факт, что наши пользователи хотят иметь возможность:

  1. интегрировать различные пространственные данные,
  2. создавать карты, которые охватывают несколько зон UTM

... но не говорите о реальных координатах, мы отказались от UTM для Альберса.

Инструментальный в создании этого стандарта был «Стандарт для использования картографических проекций в Британской Колумбии для ресурсов, культура и наследия инвентаризаций Министерства окружающей среды, земель и парков и Министерства лесного хозяйства для Комитета по инвентаризации рабочей группы ресурсов Digital Data» (ссылки) (как это что за громоздкий титул? :)

Мэтт Уилки
источник
1
Это потрясающий громоздкий заголовок.
Рет
Ваше утверждение о том, что «все системы координат являются произвольными», кажется, противоречит большинству современной литературы о проекциях, которая показывает, как можно выбрать проекцию для достижения оптимального компромисса между эффектами искажений для вашего предполагаемого анализа. , Также кажется, что почти любой прогноз подходит для любой работы, что, мягко говоря, является нетрадиционной позицией. Возможно, я неправильно истолковал то, что вы говорите здесь?
whuber
@whuber: слово «произвольный» здесь призвано передать идею о том, что мы, люди, навязываем ментальную конструкцию реальности. Если бы мы использовали, например, систему счисления с основанием 12, система координат была бы совершенно другой, но могла бы точно так же описать мир. Я никоим образом не имею в виду, что не имеет значения, какая система используется. На самом деле, выбор системы координат часто является наиболее фундаментальным решением.
Мэтт Вилки
Суть в том, что запрос одного и того же местоположения в Albers и UTM приводит к разным числам, но местоположение по отношению к другим настолько похоже, что делает разницу бессмысленной. Аналогично, расчеты площадей и расстояний, сравниваемые между Альберсом и UTM, достаточно близки, чтобы различия можно было считать статистическим шумом в этом масштабе. (Мы обычно имеем дело с функциями в сотнях и тысячах километров: парки, зоны управления
играми
Спасибо за разъяснение. Ваш широкий взгляд на системы координат, хотя и правильный, кажется, упускает из виду тот факт, что многие вычисления возможны только в определенных системах координат или гораздо более эффективны в определенных системах. Таким образом, даже если некоторые системы могут позиционировать точки с надлежащей точностью, они не описывают, каким образом мы хотим одинаково хорошо рассуждать о мире любыми средствами. ( Например, основание 12 не имеет значения, но прогнозируется по сравнению с географическим.) Возможно, это объясняет, почему не парадоксально, что выбор системы координат является важным решением.
whuber
5

Я ответил на не :) несвязанный вопрос на форуме qgis ранее ...

Это будет зависеть от того, какой CRS вы используете. Все системы координат так или иначе деформируют реальность. они либо деформируют графическое изображение, чтобы измерение было локализованным и более точным для «маленькой» области, либо деформируют измерение, чтобы нам понравилось то, что мы видим. Так как в US48 albers - это обычная «картина» США с хорошей кривой на границе с Канадой, а штат Мэн больше, чем в Техасе, с кривой, центрированной где-то на среднем западе. Однако есть относительно небольшая область (в центре), где измерения могут быть сделаны точно. UTM и Stateplane предназначены для локализации в США и позволяют проводить точные измерения. Да, геодезические измерения всегда будут отличаться от длины объекта, если вы не строите объект с помощью трехмерных мер. Я не знаком с методами измерения qgis, но вы хотели бы использовать геодезические измерения в качестве точных. Это будет ближе всего (поймите, что используемая вами система координат использует аппроксимацию эллипса Земли, где вы находитесь, и это может иметь немало + или - встроенного) к тому же измерению, что и в реальном мире. Надеюсь, это поможет. Также не забывайте, что lat long - это не система координат, это угловая система (таким образом, градусы)

2010/10/21 Фредерик Лёбиг

  • Скрыть цитируемый текст - Привет список,

когда я вычисляю длину полилинии с помощью полевого калькулятора, значение отличается от того, которое измеряется с помощью инструмента измерения. Я думаю, что это проблема с геодезической разницей между реальной длиной и длиной спроецированной плоскости.

Мой вопрос сейчас: какое из двух значений является точным?

Ура, Фредди

Используя веб-сайт ESPG, вы сможете найти локальную систему, которая обеспечит как качество графики, так и удобство измерений. Пространственная привязка

EPSG точка Org

Дальнейшее обсуждение лат, lon должно последовать сейчас ... Lat Lon wiki

Я привел пример, что вы берете баскетбольный мяч и держите штифт (палку), указывающий прямо на центр (баскетбольного мяча). когда вы представляете, как палка пересекает центр Земли и пересекает срединное значение экватора / Гринвича, которое будет равно 0, lon 0. Перемещение штифта на восток или запад увеличивает угол с 0,0 на положительные числа или в случае западного полушария - или отрицательными числами -100 лон, 52 лат. это 100 градусов, измеренных от центра земли к западу от среднего значения по Гринвичу, и 52 градуса к северу от экватора (медиана). Возьми баскетбол и удочку и сделай это сам. Это действительно полезно для понимания лат.

альтернативный текст

Брэд Несом
источник