Tech.Geospatial 1.0.0

Tech.Geospatial - CGCS2000 坐标转换函数库

基于 .NET 10 最佳实践的高性能坐标转换函数库，支持 CGCS2000 地理坐标向任意中央子午线的高斯投影计算。

项目概述

本库使用 ProjNet4GeoAPI 作为底层转换引擎，提供了完整的 CGCS2000 坐标系支持，包括：

• CGCS2000 地理坐标系 (EPSG:4490)
• 高斯-克吕格投影 (3度带、6度带)
• 自定义中央子午线投影
• 批量坐标转换优化
• 坐标系缓存机制

项目结构

D:/Tech.Proj/
├── src/
│   └── Tech.Geospatial/                       # 核心库项目
│       ├── CoordinateSystem/
│       │   └── CGCS2000CoordinateSystem.cs    # CGCS2000 坐标系定义
│       ├── Transformations/
│       │   ├── ICoordinateTransformer.cs      # 转换器接口
│       │   ├── CoordinateTransformer.cs       # 核心转换实现
│       │   └── BatchCoordinateTransformer.cs  # 批量转换优化
│       ├── Models/
│       │   ├── GeographicCoordinate.cs        # 地理坐标 (record struct)
│       │   ├── ProjectedCoordinate.cs         # 投影坐标 (record struct)
│       │   └── TransformationResult.cs        # 转换结果
│       ├── Caching/
│       │   ├── ICoordinateSystemCache.cs      # 缓存接口
│       │   └── CoordinateSystemCache.cs       # 缓存实现
│       ├── Configuration/
│       │   ├── ProjectionZone.cs              # 投影带配置
│       │   ├── TransformOptions.cs            # 转换选项
│       │   └── CoordinateTransformerBuilder.cs # Builder 模式
│       ├── Exceptions/
│       │   └── CoordinateTransformationException.cs
│       └── Tech.Geospatial.csproj
│
├── tests/
│   └── Tech.Geospatial.Tests/                 # 单元测试
│       └── Transformations/
│           └── CoordinateTransformerTests.cs
│
└── Tech.Geospatial.sln

核心功能

1. 数据模型 (使用 record struct 优化性能)

// 地理坐标 (经度, 纬度)
public readonly record struct GeographicCoordinate(double Longitude, double Latitude)
{
    public bool IsValid => Longitude is >= -180 and <= 180 &&
                           Latitude is >= -90 and <= 90;
}

// 投影坐标 (东移, 北移)
public readonly record struct ProjectedCoordinate(double Easting, double Northing)
{
    public bool IsValid => !double.IsNaN(Easting) && !double.IsNaN(Northing);
}

2. 投影带配置

// 创建3度带
var zone = ProjectionZone.CreateThreeDegreeZone(39);
// ZoneNumber: 39, CentralMeridian: 117°

// 创建6度带
var zone = ProjectionZone.CreateSixDegreeZone(20);
// ZoneNumber: 20, CentralMeridian: 117°

// 自动计算投影带
var zone = ProjectionZone.AutoThreeDegreeZone(116.5);
// 根据经度自动计算

// 自定义中央子午线
var zone = ProjectionZone.CreateCustomCentralMeridian(115.5);

3. 坐标转换

// 使用 Builder 创建转换器
var transformer = CoordinateTransformerBuilder.Create()
    .WithParallelProcessing()  // 启用并行处理
    .Build();

// 地理坐标转投影坐标
var geoCoord = new GeographicCoordinate(116.3912, 39.9075);
var zone = ProjectionZone.AutoThreeDegreeZone(geoCoord.Longitude);
var projected = transformer.TransformToProjected(geoCoord, zone);

// 投影坐标转地理坐标
var geographic = transformer.TransformToGeographic(projected, zone);

// 批量转换
var coordinates = new[] { geoCoord1, geoCoord2, geoCoord3 };
var results = transformer.TransformToProjected(coordinates, zone);

4. 转换选项

// 默认选项
var options = TransformOptions.Default;

// 启用并行处理
var options = TransformOptions.WithParallel;

// 高性能模式 (缓存 + 并行)
var options = TransformOptions.HighPerformance;

// 自定义选项
var options = new TransformOptions
{
    EnableParallelProcessing = true,
    ParallelThreshold = 500,
    EnableCache = true,
    Tolerance = 0.001
};

性能优化策略

1. 坐标系缓存 - 使用 ConcurrentDictionary 缓存 ICoordinateTransformation 对象
2. 批量处理 - 支持 ReadOnlySpan 批量转换，减少数组拷贝
3. 并行处理 - 使用 Parallel.For 处理大批量数据
4. record struct - 避免堆分配，使用栈上内存
5. CollectionsMarshal - 对 List<T> 零拷贝转换为 Span

依赖项

<PackageReference Include="ProjNet4GeoAPI" Version="1.4.1" />

.NET 10 特性应用

• File-scoped namespaces
• Nullable reference types (enabled)
• Records (record struct for performance)
• Pattern matching
• Span<T> for zero-copy operations
• String interpolation (multi-line)
• Required members

构建和测试

# 构建解决方案
dotnet build

# 运行测试
dotnet test

# 发布发布版本
dotnet publish -c Release

测试覆盖

当前测试覆盖率：24 个测试用例，全部通过

• 单坐标转换测试
• 批量转换测试
• 往返转换精度测试
• 异常处理测试
• 投影带计算测试
• Builder 模式测试

使用示例

基本用法

using Tech.Geospatial.Models;
using Tech.Geospatial.Configuration;
using Tech.Geospatial.Transformations;

// 创建转换器
var transformer = CoordinateTransformerBuilder.Create().Build();

// 北京坐标转换
var beijing = new GeographicCoordinate(116.3912, 39.9075);
var zone = ProjectionZone.AutoThreeDegreeZone(beijing.Longitude);

// 转换为投影坐标
var projected = transformer.TransformToProjected(beijing, zone);
Console.WriteLine($"Easting: {projected.Easting}, Northing: {projected.Northing}");

// 转换回地理坐标
var roundTrip = transformer.TransformToGeographic(projected, zone);
Console.WriteLine($"Longitude: {roundTrip.Longitude}, Latitude: {roundTrip.Latitude}");

批量转换

// 批量转换
var cities = new[]
{
    new GeographicCoordinate(116.3912, 39.9075), // 北京
    new GeographicCoordinate(121.4737, 31.2304), // 上海
    new GeographicCoordinate(113.2644, 23.1291), // 广州
};

var zone = ProjectionZone.AutoThreeDegreeZone(116.0);
var results = transformer.TransformToProjected(cities, zone);

foreach (var result in results)
{
    Console.WriteLine($"Easting: {result.Easting}, Northing: {result.Northing}");
}

高性能场景

// 大批量数据处理 (自动并行)
var transformer = CoordinateTransformerBuilder.Create()
    .WithParallelProcessing(threshold: 1000)
    .Build();

// 处理 10 万个坐标点
var largeDataset = Enumerable.Range(0, 100000)
    .Select(i => new GeographicCoordinate(116.0 + i * 0.0001, 39.0 + i * 0.0001))
    .ToList();

var results = transformer.TransformToProjected(largeDataset, zone);

许可证

MIT License

作者

Generated with Claude Code

更新日志

v1.0.0 (2025-03-21)

• 初始版本
• CGCS2000 坐标系支持
• 高斯-克吕格投影 (3度带、6度带)
• 批量转换优化
• 并行处理支持
• 24 个单元测试，全部通过