何时转换 GPS 坐标答案

【问题标题】：When to transform GPS co-ordinates何时转换 GPS 坐标
【发布时间】：2019-02-12 17:50:44
【问题描述】：

我对 GIS 数据没有真正的经验，所以当我认为是一个简单的问题变成了更微妙的问题时，我完全没有准备好！

我希望能够将 GPS 位置分类为由 GPS 坐标定义的多边形内部/外部。事实证明这是众所周知的（但不是我）point-in-polygon problem。我在https://gis.stackexchange.com/ 上阅读了很多问题/答案（这里是this）。

Shapely 似乎是一个很好的解决方案，但假设坐标在同一个笛卡尔平面上，即不是 GPS？所以我首先需要将我的 GPS 点转换为UTM 点。

但是，如果要比较的点（即点和多边形）总是自然地位于同一个 UTM 区域内，我是否需要引入这个额外的步骤。它们应该始终在同一个城镇/城市内，所以我可以将它们保留为 GPS 并使用 Shapely 中的纬度/经度坐标吗？

我还遇到了this UTM-WGS84 converter，所以我可以使用这个包转换我的纬度/经度对，然后在 Shapely 中使用这些 UTM 对，但我想尽可能避免任何额外的依赖。

【问题讨论】：

标签： python gps gis latitude-longitude utm

【解决方案1】：

Point-in-polygon 已经假定了 2D 限制，并且 GPS 坐标是 3D。马上，这会给你带来麻烦。

一个简单的解决方法是放弃 GPS 高度，将其减少为 2D 表面坐标。您的下一个问题是您的 2D 表面现在是一个球体。在球面上，一个多边形将表面分成两部分，但没有明显的“里面”。根据多边形中点的顺序，有一个左侧和一个右侧，但两边都不是明显的“内部”。将赤道视为一个微不足道的多边形 - 哪个半球在赤道“内部”？

接下来是多边形边缘的问题。根据定义，这些是直的，即线段。但是球面上的线很奇怪——它们通常被称为大圆。并且任何两个大圆恰好相交于两点。这不是笛卡尔线的行为方式。更糟糕的是，用 GPS 坐标表示的大圆方程不是线性的，因为它们是经度/纬度对。

我可以想象，此时您会感到有些困惑。你可能想从另一个角度来看这个——我们在地图方面也有类似的问题。根据定义，地球地图试图使非平坦表面变平。由于这不太可能，因此您最终会得到map projections。您还可以在此类投影上投影多边形的角点。而且由于投影是平的，您可以在投影上绘制边缘。您现在可以直观地看到问题：在两个不同的投影中，相同的多边形将包含世界的不同部分！

所以，既然我们同意在现实世界中，多边形的边缘是大圆，我们应该真正考虑一个保持大圆笔直的投影。只有一个投影系列具有此属性，那就是Gnomonic projection。这是一个投影系列，因为您可以选择任何点作为中心。

碰巧，我们在这里要考虑一个自然点：我们正在考虑的 GPS 点。如果你把它放在中心，在它周围画一个日光投影，投影多边形边缘，然后画多边形，你就有了一个精确的解决方案。

除了实际的地球不是球形的。对不起。无论如何，您需要测试有多精确？

【讨论】：

感谢您提供信息丰富（令人沮丧）的解释！显然，我对此一无所知。我刚刚发现 this example 的 matplotlib 被用于 gnomonic 投影，但不幸的是，basecamp 库似乎是一个繁重的安装！我建议的 GPS->UTM->Shapely 会是一个安全的选择吗？
我几乎不知道从迁移到 UTM 所期望实现的目标。这也不是一个日光投影。要弄清楚原始 GPS 坐标在哪里比 UTM 好或差，需要大量的数学运算，所以我不会预测世界上 UTM 会在哪里工作得更好。澄清一下：GPS 或 UTM 坐标中的多边形在现实中会有弯曲的边。
我一定明白了。我认为关键在于要使用 Shapely 之类的东西执行多边形中的点，我需要确保所讨论的点在同一个笛卡尔平面上。通过将 GPS 转换为 UTM，并且只处理空间中足够接近以落入同一 UTM 网格的点，我认为我会满足这个标准
另外，有没有一种直接的方法来计算不同方法的潜在错误？在我的用例中，我需要知道佩戴 GPS 传感器的人是否已经从安全区域穿越到不安全区域（由 GPS 坐标的多边形定义）。
@PhilipO'Brien：问题在于现实不是笛卡尔坐标系，而是一个球体。现在你的人可能不是极地探险的一部分，所以你可以通过设置一个半任意的限制来让事情变得更容易，比如“多边形不能延伸超过极圈，多边形被限制在一个大陆，多边形不能跨越国际日期变更线”。这些都不是绝对必要的，但它们使事情变得更容易。有了这些限制，只要多边形边缘小于 100 公里，您就可以获得足够合理的结果。