写给小白的地理信息的表示法：GeoJSON

简介

GeoJSON 是一种使用 JSON 来编码各种地理数据结构的格式，是一种轻量级的数据交换格式，可以用来表示几何对象、属性数据、空间参考系统等信息

由两种对象组成：Geometry（几何对象）和 Feature（空间行状）

• 几何对象用来描述地理空间中的点、线、面等几何形状
• 空间行状用来描述一个有界的实体，包括几何对象和其他属性信息

几何对象类型有：

• 点：Point
• 多点：MultiPoint
• 线：LineString
• 多线：MultiLineString
• 面：Polygon
• 多面：MultiPolygon
• 几何集合：GeometryCollection

空间行状类型有：

• 空间行状：Feature
• 空间形状集合：FeatureCollection

举例

几何对象和空间行状可以相互嵌套

const GeoJSON = {
  type: "FeatureCollection",
  features: [
    {
      type: "Feature",
      geometry: { type: "Point", coordinates: [121.4737, 31.2304] },
      properties: { id: 1 },
    },
    {
      type: "Feature",
      geometry: { type: "Point", coordinates: [121.4837, 31.2504] },
      properties: { id: 2 },
    },
  ],
};

空间行状

FeatureCollection

FeatureCollection 是 Feature 对象的集合，用来表示一组 Feature 对象

由 type 和 features 两个属性组成：

• type 属性的值为 FeatureCollection
• features 属性的值为 Feature 对象的数组

const FeatureCollectionJSON = {
  type: "FeatureCollection",
  features: [feature],
};

Feature

Feature 对象用来表示几何对象的属性信息

由 type、geometry 和 properties 三个属性组成：

• type 属性的值为 Feature，
• geometry 属性的值为 Geometry 几何对象
• properties 属性的值为属性对象（可选）

const FeatureJSON = {
  type: "Feature",
  geometry: { type: "Point", coordinates: [121.4737, 31.2304] },
  properties: { id: 1 },
};

几何对象

Point

Point 用来表示一个点

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 Point
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的第一个元素为经度，第二个元素为纬度

const PointJSON = {
  type: "Point",
  coordinates: [121.4737, 31.2304],
};

MultiPoint

MultiPoint 用来表示多个点

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 MultiPoint
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的每个元素都是一个点的坐标

const MultiPointJSON = {
  type: "MultiPoint",
  coordinates: [
    [121.4737, 31.2304],
    [121.4837, 31.2504],
  ],
};

LineString

LineString 用来表示一条线

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 LineString
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的每个元素都是一个点的坐标

const LineStringJSON = {
  type: "LineString",
  coordinates: [
    [121.4737, 31.2304],
    [121.4837, 31.2504],
  ],
};

MultiLineString

MultiLineString 用来表示多条线

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 MultiLineString
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的每个元素都是一个线的坐标数组

const MultiLineStringJSON = {
  type: "MultiLineString",
  coordinates: [
    [
      [121.4737, 31.2304],
      [121.4837, 31.2504],
    ],
    [
      [121.4727, 31.2314],
      [121.4827, 31.2514],
    ],
  ],
};

Polygon

Polygon 用来表示一个面

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 Polygon
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的第一个元素为外环的坐标数组，后面的元素为内环的坐标数组

polygon 的坐标数组的第一个元素和最后一个元素是相同的，表示闭合

const PolygonJSON = {
  type: "Polygon",
  coordinates: [
    [
      [121.4737, 31.2304],
      [121.4837, 31.2504],
      [121.4937, 31.2304],
      [121.4737, 31.2304],
    ],
    [
      [121.4717, 31.2314],
      [121.4827, 31.2524],
      [121.4937, 31.2334],
      [121.4757, 31.2344],
    ],
  ],
};

MultiPolygon

MultiPolygon 用来表示多个面

由 type 和 coordinates 两个属性组成：

• type 属性的值为 MultiPolygon
• coordinates 属性的值为一个数组，数组的每个元素都是一个面的坐标数组

const MultiPolygonJSON = {
  type: "MultiPolygon",
  coordinates: [
    [
      [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
        [121.4937, 31.2304],
        [121.4737, 31.2304],
      ],
      [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
        [121.4937, 31.2304],
        [121.4737, 31.2304],
      ],
    ],
    [
      [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
        [121.4937, 31.2304],
        [121.4737, 31.2304],
      ],
      [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
        [121.4937, 31.2304],
        [121.4737, 31.2304],
      ],
    ],
  ],
};

GeometryCollection

GeometryCollection 用来表示几何对象的集合

由 type 和 geometries 两个属性组成：

• type 属性的值为 GeometryCollection
• geometries 属性的值为几何对象的数组

const GeometryCollectionJSON = {
  type: "GeometryCollection",
  geometries: [
    { type: "Point", coordinates: [121.4737, 31.2304] },
    {
      type: "LineString",
      coordinates: [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
      ],
    },
  ],
};

可选属性

这些属性都是 GeoJSON 的扩展属性，不是 GeoJSON 规范的一部分

• id 属性，用来描述 FeatureCollection 的唯一标识

• bbox 属性，用来描述 FeatureCollection 的边界框

  • 四至坐标，一般用来做数据裁剪
  • 这是一组左上角和右下角的坐标，示例：[minLon, minLat, maxLon, maxLat]
• properties 属性，用来描述 FeatureCollection 的属性
• crs 属性，用来描述坐标参考系

其他

coordinate

coordinate 是一个数组，表示一个点的坐标，数组的长度表示坐标的维度，一般是 2 维或 3 维

• 2 维：[lon, lat]
• 3 维：[lon, lat, height]

coordinate 的第一个元素表示经度，第二个元素表示纬度，第三个元素表示高度

坐标顺序是 [lon, lat]，这个是推荐顺序，可由 crs 属性指定

coordinates 是多维数组：

• 点：[lon, lat]
• 线：[[lon, lat], [lon, lat]]
• 面：[[[lon, lat], [lon, lat]]]
• 多面：[[[[lon, lat], [lon, lat]]]]

坐标参考系

最常使用的坐标系是 EPSG:4326 和 EPSG:3857：

• EPSG:4326 是 WGS84（CGCS2000，大地） 坐标系，是 GeoJSON 规范的默认坐标系
• EPSG:3857 是 Web Mercator（墨卡托） 坐标系，是 OpenLayers 的默认坐标系

它们的区别：

• EPSG:4326 是经纬度坐标系，EPSG:3857 是投影坐标系
• EPSG:4326 的坐标范围是 [-180, -90, 180, 90]，EPSG:3857 的坐标范围是 [-20037508.342789244, -20037508.342789244, 20037508.342789244, 20037508.342789244]
• EPSG:4326 的坐标单位是度，EPSG:3857 的坐标单位是米
• EPSG:4326 的坐标原点是 [0, 0]，EPSG:3857 的坐标原点是 [-20037508.342789244, -20037508.342789244]
• EPSG:4326 的坐标轴方向是 [x, y]，EPSG:3857 的坐标轴方向是 [x, -y]

在 ts 中使用

为了在 ts 使用 GeoJSON 能够有类型约束，我整理整理了一些 GeoJSON 的 ts 类型定义和创建 GeoJSON 的方法：

• geojson.d.ts
• geojson.helper.ts

举例：

1. 表示一个点和多个点的 GeoJSON 集合：

   使用geojson.d.ts

   type PointType = FeatureCollection<Point | MultiPoint, GeoJsonProperties<T>>;
   
   const point2Geojson: PointType<{ id: string; name?: string }> = {
     type: "FeatureCollection",
     features: [
       {
         type: "Feature",
         geometry: {
           type: "Point",
           coordinates: [120.4737, 31.2304],
         },
         properties: { id: "12", name: "uccs" },
       },
       {
         type: "Feature",
         geometry: {
           type: "MultiPoint",
           coordinates: [
             [121.4737, 31.2304],
             [111.4737, 31.2204],
           ],
         },
         properties: { id: "1" },
       },
     ],
   };

2. 创建一个几何对象

   使用geojson.helper.ts

   const pointGeometry = point<{ id: string }>([120.4737, 31.2304], {
     id: "1",
   });
   const featureGeoJSON = feature<Point>(pointGeometry);

参考

• GeoJSON
• GeoJSON 格式
• GeoJSON 格式规范
• EPSG 4326 vs EPSG 3857 (投影，数据集，坐标系)
• turf.js