将本地坐标投影到带参考点的全球 GPS

Posted 2023-03-23

【中文标题】将本地坐标投影到带参考点的全球 GPS

【英文标题】：project local coordinates to global GPS with reference point

【发布时间】：2022-01-20 11:52:25

【问题描述】：

我在 geopandas GeoDataFrame 中有一堆形状（例如，匀称的 LineStrings 或 Polygons）。 形状指定本地 200x200 米网格中的坐标，即所有坐标都在 (0, 0) 和 (200, 200) 之间。

我现在想在全球范围内“放置”这些行。 为此，我想指定一个 GPS 点（具有给定的纬度/经度）作为参考。

我的第一个（天真的）方法是使用 geolib，获取所有形状的坐标（在本地 X/Y 中）并应用以下转换并“重新创建”形状：

# Convert coordinates to GPS location
from shapely.geometry import LineString
from geographiclib.geodesic import Geodesic
geod = Geodesic.WGS84  # the base geodesic (i.e. the world)

origin = (48.853772345870176, 2.350983211585546)  # this is somewhere in Paris, for example

def local_to_latlong(x, y, orientation=0, scale=1):
    """ Two step process.
    - First walk x meters to east from origin.
    - Then, from that point, walk y meters north from origin.
    
    Optional: 
    - orientation allows to "spin" the coordinates
    - scale allows to grow/shrink the distances
    """
    go_X = geod.Direct(*origin, orientation + 90, x * scale)  # x is East-coordinate
    go_Y = geod.Direct(go_X["lat2"], go_X["lon2"], orientation + 0, y * scale)  # y is North-coordinate
    return go_Y["lat2"], go_Y["lon2"]


original_line = LineString([(0,0), (100,100), (200,100)])
global_line = LineString([local_to_latlong(x, y) for y, x in original_line.coords])

但是，我希望这不是最聪明的方法，并且还有更聪明的方法......

我想将这种转换应用到 GeoDataFrame 中的任何形状上。理想情况下，它可以使用“to_crs”，但我不确定如何转换形状，以便它们“参考原点”以及使用哪个 crs。

【问题讨论】：

您声明“但是，我希望这不是最聪明的方法，并且还有更聪明的方法......”暗示了征求意见。当您遇到无法解决的特定问题时，最好使用本网站，一般性问题要求指导不符合 SO 的目标。

我不知道如何以有效的方式将它应用到整个 GeoDataFrame 上。我能做的是单独的形状，但这似乎是低效的。我知道 Geopandas 允许 CRS 更改，但我不确定要使用哪一个以及如何使其工作......

【参考方案1】：

鉴于您的原点是 EPSG:4326，您可以估计 UTM 区域 通过这个你可以得到origin的UTM区域坐标 将您的自定义 200x200 米区域转换为 UTM 区域的坐标 最后使用to_crs()转换成EPSG:4326

import shapely.geometry
import geopandas as gpd
import pandas as pd
import numpy as np

# generate some polygons (squares), where grid is 200*200
gdf = gpd.GeoDataFrame(
    geometry=pd.DataFrame(
        np.repeat(np.sort(np.random.randint(0, 200, [20, 2]), axis=1), 2, axis=1)
    ).apply(lambda d: shapely.geometry.box(*d), axis=1)
)
# chage to linestrings, clearer when we plot
gdf["geometry"] = gdf["geometry"].exterior

origin = (2.350983211585546, 48.853772345870176)  # this is somewhere in Paris, for example

# work out utm crs of point.  utm is in metres
gdf_o = gpd.GeoDataFrame(geometry=[shapely.geometry.Point(origin)], crs="EPSG:4326")
crs = gdf_o.estimate_utm_crs()
# where is origin in utm zone
xo,yo = gdf_o.to_crs(crs).loc[0,"geometry"].xy

# translate custom zone to co-ordinates of utm zone
# assume point is center of 200x200 grid (hence subtract 100)
gdf_gps = gdf["geometry"].translate(xoff=xo[0]-100, yoff=yo[0]-100).set_crs(crs).to_crs("epsg:4326")

# plot on map to show it has worked...
m = gdf_gps.explore()
m = gdf_o.explore(m=m, color="red", marker_kwds="radius":20)
m

【讨论】：

这正是我所需要的！尤其是estimate_utm_crs 和translate / set_crs / to_crs 链！