Rust地理空间坐标转换库proj的使用

介绍

proj是一个Rust绑定到PROJ库的包装器，PROJ是一个广泛使用的地理空间坐标转换库，提供高性能的地理坐标系转换和投影功能。该库允许你在不同的坐标参考系统(CRS)之间进行转换，执行地图投影，以及处理各种地理空间数据转换任务。

主要特性

• 支持3000多种坐标参考系统
• 支持动态和静态数据转换
• 线程安全的设计
• 高性能的地理计算
• 支持WGS84、Web墨卡托等常见投影

使用方法

添加依赖

首先在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
proj = "0.27"

基本示例：坐标转换

use proj::Proj;

fn main() -> Result<(), proj::ProjError> {
    // 创建从WGS84到Web墨卡托的转换器
    let from = "EPSG:4326";  // WGS84
    let to = "EPSG:3857";    // Web墨卡托
    let proj = Proj::new_known_crs(&from, &to, None)?;
    
    // 转换坐标 (经度, 纬度)
    let result = proj.convert((116.404, 39.915))?;
    
    println!("转换结果: {:?}", result);
    Ok(())
}

示例：批量转换坐标

use proj::Proj;

fn batch_convert() -> Result<(), proj::ProjError> {
    let proj = Proj::new_known_crs("EPSG:4326", "EPSG:3857", None)?;
    
    let coordinates = vec![
        (116.404, 39.915),  // 北京
        (121.474, 31.230),  // 上海
        (113.264, 23.129),  // 广州
    ];
    
    for coord in coordinates {
        let converted = proj.convert(coord)?;
        println!("原始坐标: {:?} -> 转换后: {:?}", coord, converted);
    }
    
    Ok(())
}

示例：反向转换

use proj::Proj;

fn inverse_conversion() -> Result<(), proj::ProjError> {
    let proj = Proj::new_known_crs("EPSG:3857", "EPSG:4326", None)?;
    
    // Web墨卡托坐标转回WGS84
    let result = proj.convert((12958164.0, 4852834.0))?;
    
    println!("反向转换结果: {:?}", result);
    Ok(())
}

高级用法：自定义CRS定义

use proj::Proj;

fn custom_crs() -> Result<(), proj::ProjError> {
    // 使用自定义的PROJ字符串定义转换
    let proj = Proj::new("
        +proj=utm +zone=33 +datum=WGS84 +units=m +no_defs
    ")?;
    
    let result = proj.convert((12.0, 55.0))?;
    println!("UTM转换结果: {:?}", result);
    
    Ok(())
}

性能提示

1. 对于批量转换，重用Proj实例比每次都创建新实例更高效
2. 考虑使用proj::ProjBuilder进行更复杂的配置
3. 对于多线程应用，每个线程应该有自己的Proj实例

错误处理

大多数操作返回Result类型，应该妥善处理可能的错误：

match proj.convert(coord) {
    Ok(result) => println!("转换成功: {:?}", result),
    Err(e) => eprintln!("转换失败: {}", e),
}

注意事项

• PROJ库需要本地安装，确保系统已安装PROJ (版本6.x或更高)
• 某些复杂转换可能需要额外的网格文件
• 转换精度取决于使用的CRS定义和数据

完整示例demo

以下是一个完整的示例程序，展示了proj库的主要功能：

use proj::Proj;

fn main() {
    // 示例1：基本坐标转换
    if let Err(e) = basic_conversion() {
        eprintln!("基本转换错误: {}", e);
    }
    
    // 示例2：批量转换
    if let Err(e) = batch_conversion() {
        eprintln!("批量转换错误: {}", e);
    }
    
    // 示例3：反向转换
    if let Err(e) = inverse_conversion_example() {
        eprintln!("反向转换错误: {}", e);
    }
    
    // 示例4：自定义CRS
    if let Err(e) = custom_crs_example() {
        eprintln!("自定义CRS错误: {}", e);
    }
}

// 基本坐标转换示例
fn basic_conversion() -> Result<(), proj::ProjError> {
    println!("=== 基本坐标转换示例 ===");
    let proj = Proj::new_known_crs("EPSG:4326", "EPSG:3857", None)?;
    let result = proj.convert((116.404, 39.915))?;
    println!("北京坐标转换结果: {:?}", result);
    Ok(())
}

// 批量转换示例
fn batch_conversion() -> Result<(), proj::ProjError> {
    println!("\n=== 批量转换示例 ===");
    let proj = Proj::new_known_crs("EPSG:4326", "EPSG:3857", None)?;
    
    let cities = vec![
        ("北京", (116.404, 39.915)),
        ("上海", (121.474, 31.230)),
        ("广州", (113.264, 23.129)),
    ];
    
    for (name, coord) in cities {
        let converted = proj.convert(coord)?;
        println!("{}: {:?} -> {:?}", name, coord, converted);
    }
    
    Ok(())
}

// 反向转换示例
fn inverse_conversion_example() -> Result<(), proj::ProjError> {
    println!("\n=== 反向转换示例 ===");
    let proj = Proj::new_known_crs("EPSG:3857", "EPSG:4326", None)?;
    
    // 北京在Web墨卡托中的近似坐标
    let beijing_web_mercator = (1.2958164e7, 4.852834e6);
    let result = proj.convert(beijing_web_mercator)?;
    
    println!("Web墨卡托坐标: {:?}", beijing_web_mercator);
    println!("转换回WGS84的结果: {:?}", result);
    Ok(())
}

// 自定义CRS示例
fn custom_crs_example() -> Result<(), proj::ProjError> {
    println!("\n=== 自定义CRS示例 ===");
    // 使用UTM zone 33N投影
    let proj = Proj::new("
        +proj=utm +zone=33 +ellps=WGS84 +datum=WGS84 +units=m +no_defs
    ")?;
    
    // 哥本哈根坐标
    let result = proj.convert((12.568, 55.676))?;
    println!("哥本哈根UTM转换结果: {:?}", result);
    Ok(())
}

这个完整示例展示了proj库的四种主要用法：

1. 基本坐标转换(WGS84到Web墨卡托)
2. 批量转换多个城市坐标
3. 反向转换(Web墨卡托转WGS84)
4. 使用自定义UTM投影的转换

每个函数都返回Result类型并处理可能的错误，演示了实际应用中推荐的做法。