何时转换 GPS 坐标

Question

我对 GIS 数据没有真正的经验，所以当我认为一个简单的问题变得更微妙时，我毫无准备！

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（但对我来说不是）点入多边形问题。 我已经在https://gis.stackexchange.com/上阅读了许多问题/答案（例如这里）。

Shapely似乎是一个很好的解决方案，但假设坐标在同一笛卡尔平面上，即不是 GPS？ 所以我首先需要将我的 GPS 点转换为UTM点。

但是，如果被比较的点（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？

我还遇到了这个 UTM-WGS84 转换器，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。

Answer 1

多边形中的点已经假定了 2D 限制，而 GPS 坐标是 3D。 马上，这会让你陷入困境。

一个简单的解决方法是丢弃 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，多边形将表面分成两部分，但没有明显的“内部”。 根据多边形中点的顺序，有一个左侧和一个右侧，但两侧都不是明显的“内部”。 将赤道视为一个简单的多边形 - 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，这些是直线，即线段。 但是球面上的线很奇怪——它们通常被称为大圆。 并且任意两个大圆恰好在两点相交。 这不是笛卡尔线的行为方式。 更糟糕的是，当用 GPS 坐标表示时，大圆的方程不是线性的，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。 您可能想从另一个方面来看待这一点——我们在地图方面也有类似的问题。 根据定义，地球仪地图是试图使非平面表面变平。 由于这完全不可能，因此您最终会得到地图投影。 您还可以将多边形的角点投影到此类投影上。 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，我们真的应该考虑一种保持大圆笔直的投影。 正好有一个投影系列具有此属性，那就是Gnomonic 投影。 这是一个投影系列，因为您可以选择任何点作为中心。

碰巧的是，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，在它周围绘制一个地心投影，投影多边形边缘，然后绘制多边形，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，您需要测试的准确程度如何？