寫給小白的地理資訊的表示法：GeoJSON

uccs發表於2023-04-11
JSON

簡介

GeoJSON 是一種使用 JSON 來編碼各種地理資料結構的格式，是一種輕量級的資料交換格式，可以用來表示幾何物件、屬性資料、空間參考系統等資訊

由兩種物件組成：Geometry（幾何物件）和 Feature（空間行狀）

  • 幾何物件用來描述地理空間中的點、線、面等幾何形狀
  • 空間行狀用來描述一個有界的實體，包括幾何物件和其他屬性資訊

幾何物件型別有：

  • 點：Point
  • 多點：MultiPoint
  • 線：LineString
  • 多線：MultiLineString
  • 面：Polygon
  • 多面：MultiPolygon
  • 幾何集合：GeometryCollection

空間行狀型別有：

  • 空間行狀：Feature
  • 空間形狀集合：FeatureCollection

舉例

幾何物件和空間行狀可以相互巢狀

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 },
    },
  ],
};

空間行狀

FeatureCollection

FeatureCollection 是 Feature 物件的集合，用來表示一組 Feature 物件

由 type 和 features 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 FeatureCollection
  • features 屬性的值為 Feature 物件的陣列
const FeatureCollectionJSON = {
  type: "FeatureCollection",
  features: [feature],
};

Feature

Feature 物件用來表示幾何物件的屬性資訊

由 type、geometry 和 properties 三個屬性組成：

  • type 屬性的值為 Feature，
  • geometry 屬性的值為 Geometry 幾何物件
  • properties 屬性的值為屬性物件（可選）
const FeatureJSON = {
  type: "Feature",
  geometry: { type: "Point", coordinates: [121.4737, 31.2304] },
  properties: { id: 1 },
};

幾何物件

Point

Point 用來表示一個點

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 Point
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的第一個元素為經度，第二個元素為緯度
const PointJSON = {
  type: "Point",
  coordinates: [121.4737, 31.2304],
};

MultiPoint

MultiPoint 用來表示多個點

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 MultiPoint
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的每個元素都是一個點的座標
const MultiPointJSON = {
  type: "MultiPoint",
  coordinates: [
    [121.4737, 31.2304],
    [121.4837, 31.2504],
  ],
};

LineString

LineString 用來表示一條線

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 LineString
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的每個元素都是一個點的座標
const LineStringJSON = {
  type: "LineString",
  coordinates: [
    [121.4737, 31.2304],
    [121.4837, 31.2504],
  ],
};

MultiLineString

MultiLineString 用來表示多條線

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 MultiLineString
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的每個元素都是一個線的座標陣列
const MultiLineStringJSON = {
  type: "MultiLineString",
  coordinates: [
    [
      [121.4737, 31.2304],
      [121.4837, 31.2504],
    ],
    [
      [121.4727, 31.2314],
      [121.4827, 31.2514],
    ],
  ],
};

Polygon

Polygon 用來表示一個面

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 Polygon
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的第一個元素為外環的座標陣列，後面的元素為內環的座標陣列

polygon 的座標陣列的第一個元素和最後一個元素是相同的，表示閉合

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 用來表示多個面

由 type 和 coordinates 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 MultiPolygon
  • coordinates 屬性的值為一個陣列，陣列的每個元素都是一個面的座標陣列
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 用來表示幾何物件的集合

由 type 和 geometries 兩個屬性組成：

  • type 屬性的值為 GeometryCollection
  • geometries 屬性的值為幾何物件的陣列
const GeometryCollectionJSON = {
  type: "GeometryCollection",
  geometries: [
    { type: "Point", coordinates: [121.4737, 31.2304] },
    {
      type: "LineString",
      coordinates: [
        [121.4737, 31.2304],
        [121.4837, 31.2504],
      ],
    },
  ],
};

可選屬性

這些屬性都是 GeoJSON 的擴充套件屬性，不是 GeoJSON 規範的一部分

  • id 屬性，用來描述 FeatureCollection 的唯一標識

  • bbox 屬性，用來描述 FeatureCollection 的邊界框

    • 四至座標，一般用來做資料裁剪
    • 這是一組左上角和右下角的座標，示例：[minLon, minLat, maxLon, maxLat]
  • properties 屬性，用來描述 FeatureCollection 的屬性
  • crs 屬性，用來描述座標參考系

其他

coordinate

coordinate 是一個陣列，表示一個點的座標，陣列的長度表示座標的維度，一般是 2 維或 3 維

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

coordinate 的第一個元素表示經度，第二個元素表示緯度，第三個元素表示高度

座標順序是 [lon, lat]，這個是推薦順序，可由 crs 屬性指定

coordinates 是多維陣列：

  • 點：[lon, lat]
  • 線：[[lon, lat], [lon, lat]]
  • 面：[[[lon, lat], [lon, lat]]]
  • 多面：[[[[lon, lat], [lon, lat]]]]

座標參考系

最常使用的座標系是 EPSG:4326 和 EPSG:3857：

  • EPSG:4326 是 WGS84（CGCS2000，大地） 座標系，是 GeoJSON 規範的預設座標系
  • EPSG:3857 是 Web Mercator（墨卡託） 座標系，是 OpenLayers 的預設座標系

它們的區別：

  • EPSG:4326 是經緯度座標系，EPSG:3857 是投影座標系
  • EPSG:4326 的座標範圍是 [-180, -90, 180, 90]，EPSG:3857 的座標範圍是 [-20037508.342789244, -20037508.342789244, 20037508.342789244, 20037508.342789244]
  • EPSG:4326 的座標單位是度，EPSG:3857 的座標單位是米
  • EPSG:4326 的座標原點是 [0, 0]，EPSG:3857 的座標原點是 [-20037508.342789244, -20037508.342789244]
  • EPSG:4326 的座標軸方向是 [x, y]，EPSG:3857 的座標軸方向是 [x, -y]

在 ts 中使用

為了在 ts 使用 GeoJSON 能夠有型別約束，我整理整理了一些 GeoJSON 的 ts 型別定義和建立 GeoJSON 的方法：

舉例：

  1. 表示一個點和多個點的 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. 建立一個幾何物件

    使用geojson.helper.ts

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

參考

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