GeoJSON是什么

GeoJSON是一种基于JSON的地理空间数据格式。

它主要用于描述：

点
线
面
多点
多线
多面
空间要素
要素集合

GeoJSON特别适合Web GIS，因为它使用JSON结构，可以直接被JavaScript以及各种Web GIS框架读取和处理。

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

表示一个Point几何对象。

GeoJSON包含什么

GeoJSON主要由以下几类对象组成：

GeoJSON
├── Geometry
│   ├── Point
│   ├── LineString
│   ├── Polygon
│   ├── MultiPoint
│   ├── MultiLineString
│   └── MultiPolygon
│
├── Feature
│   ├── Geometry
│   └── Properties
│
└── FeatureCollection
    └── Features

可以简单理解为：

Geometry
    ↓
描述空间形状

Feature
    ↓
Geometry + 属性

FeatureCollection
    ↓
多个Feature

Geometry是什么

Geometry用于描述空间对象的几何形状。

GeoJSON常见Geometry类型包括：

Point
LineString
Polygon
MultiPoint
MultiLineString
MultiPolygon
GeometryCollection

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

其中：

type
 ↓
Geometry类型

coordinates
 ↓
空间坐标

GeoJSON中的Geometry主要负责回答：

对象在哪里，以及它是什么形状。

Point

Point表示一个点。

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

通常可以理解为：

X = 116.397
Y = 39.908

如果使用经纬度坐标，通常表示：

经度 = 116.397
纬度 = 39.908

Point常用于：

POI
城市
门店
学校
医院
摄像头
传感器
GPS定位点

LineString

LineString表示一条线。

例如：

{
  "type": "LineString",
  "coordinates": [
    [116.397, 39.908],
    [116.405, 39.915],
    [116.412, 39.920]
  ]
}

多个坐标点按照顺序连接：

Point 1
   ↓
Point 2
   ↓
Point 3

就形成一条LineString。

LineString常用于：

道路
河流
铁路
管线
GPS轨迹
路径

Polygon

Polygon表示一个封闭区域。

例如：

{
  "type": "Polygon",
  "coordinates": [
    [
      [116.390, 39.900],
      [116.400, 39.900],
      [116.400, 39.910],
      [116.390, 39.910],
      [116.390, 39.900]
    ]
  ]
}

Polygon常用于：

行政区
建筑物
地块
公园
湖泊
土地利用区域

Polygon的外部边界需要形成闭合环：

起点
 ↓
多个坐标
 ↓
回到起点

也就是说，第一个坐标和最后一个坐标通常需要保持一致。

MultiPoint

MultiPoint表示多个相互独立的点。

例如：

{
  "type": "MultiPoint",
  "coordinates": [
    [116.397, 39.908],
    [116.405, 39.915],
    [116.412, 39.920]
  ]
}

可以用于：

多个采样点
多个监测点
一组设施位置
多个空间事件

与多个独立Point相比，MultiPoint可以将多个点作为一个Geometry进行管理。

MultiLineString

MultiLineString表示多个LineString组成的Geometry。

例如：

{
  "type": "MultiLineString",
  "coordinates": [
    [
      [116.397, 39.908],
      [116.405, 39.915]
    ],
    [
      [116.420, 39.920],
      [116.430, 39.925]
    ]
  ]
}

可以用于表示：

多段道路
多段河流
铁路网络
多段管线
多段轨迹

MultiLineString中的每一条线可以是相互独立的。

MultiPolygon

MultiPolygon表示多个Polygon组成的Geometry。

例如：

{
  "type": "MultiPolygon",
  "coordinates": [
    [
      [
        [116.390, 39.900],
        [116.400, 39.900],
        [116.400, 39.910],
        [116.390, 39.910],
        [116.390, 39.900]
      ]
    ],
    [
      [
        [116.420, 39.920],
        [116.430, 39.920],
        [116.430, 39.930],
        [116.420, 39.930],
        [116.420, 39.920]
      ]
    ]
  ]
}

常用于：

群岛
多个不连续行政区域
多个地块
多个独立区域

Feature是什么

Feature是GeoJSON中非常重要的对象。

它将：

Geometry
+
Properties

组合在一起。

例如：

{
  "type": "Feature",
  "geometry": {
    "type": "Point",
    "coordinates": [116.397, 39.908]
  },
  "properties": {
    "name": "北京",
    "type": "城市"
  }
}

可以理解为：

Feature
├── Geometry
│   └── 空间位置和形状
│
└── Properties
    └── 属性信息

因此：

Geometry
    ↓
只描述空间信息

Feature
    ↓
空间信息 + 业务属性

Properties是什么

Properties用于保存Feature的属性信息。

例如：

{
  "type": "Feature",
  "geometry": {
    "type": "Point",
    "coordinates": [116.397, 39.908]
  },
  "properties": {
    "name": "北京",
    "population": 21893095,
    "capital": true
  }
}

其中：

name
population
capital

都是属性。

Properties可以保存：

名称
编号
类型
状态
数量
时间
分类
业务信息

FeatureCollection是什么

FeatureCollection用于组织多个Feature。

例如：

{
  "type": "FeatureCollection",
  "features": [
    {
      "type": "Feature",
      "geometry": {
        "type": "Point",
        "coordinates": [116.397, 39.908]
      },
      "properties": {
        "name": "北京"
      }
    },
    {
      "type": "Feature",
      "geometry": {
        "type": "Point",
        "coordinates": [121.473, 31.230]
      },
      "properties": {
        "name": "上海"
      }
    }
  ]
}

结构可以理解为：

FeatureCollection
├── Feature
├── Feature
└── Feature

一个地图图层中的多个空间对象，经常使用FeatureCollection进行组织。

Geometry与Feature的区别

Geometry：

只描述空间形状和位置

Feature：

Geometry
+
Properties

因此：

Geometry
    ↓
空间位置 + 空间形状

Feature
    ↓
Geometry + Attributes

GeoJSON坐标

GeoJSON的核心数据之一就是coordinates。

二维坐标通常包含：

X
Y

例如：

[116.397, 39.908]

在经纬度数据中通常可以理解为：

X = 经度
Y = 纬度

也就是：

[经度, 纬度]

GeoJSON坐标顺序

GeoJSON中的二维坐标通常按照：

[经度, 纬度]

排列。

例如：

[116.397, 39.908]

表示：

经度 = 116.397
纬度 = 39.908

这是处理GeoJSON时非常常见的错误来源。

GeoJSON的Z坐标

GeoJSON坐标可以扩展到三维。

二维：

X Y

三维：

X Y Z

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908, 50]
}

其中Z可以用于表示：

高程
建筑高度
地形高度
三维空间位置

GeoJSON与坐标系

GeoJSON中的坐标数字本身并不能完整说明地理位置。

例如：

116.397
39.908

还需要知道这些坐标属于什么坐标参考系统。

常见坐标系包括：

EPSG:4326

以及：

EPSG:3857

可以理解为：

GeoJSON
    ↓
Coordinates
    ↓
CRS
    ↓
确定空间位置

GeoJSON与EPSG:4326

GeoJSON经常使用WGS 84地理坐标。

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

可以表示：

经度：116.397
纬度：39.908

这类经纬度数据通常对应：

EPSG:4326

GeoJSON与EPSG:3857

Web地图中经常使用EPSG:3857进行地图显示。

因此常见的数据流程是：

GeoJSON
    ↓
EPSG:4326
    ↓
坐标转换
    ↓
EPSG:3857
    ↓
Web地图

需要注意：

GeoJSON中的坐标和地图显示坐标不一定使用相同的坐标参考系统。

GeoJSON与WKT

WKT（Well-Known Text）也是一种常见的空间数据表示方式。

例如Point：

POINT (116.397 39.908)

GeoJSON：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

两者都可以表示Point Geometry。

区别在于：

WKT
    ↓
文本形式的Geometry

GeoJSON
    ↓
JSON形式的空间数据

GeoJSON与CSV

CSV经常用于保存坐标数据。

例如：

id,name,longitude,latitude
1,北京,116.397,39.908
2,上海,121.473,31.230
3,广州,113.264,23.129

可以转换为：

CSV
 ↓
longitude + latitude
 ↓
Point
 ↓
Feature
 ↓
FeatureCollection
 ↓
GeoJSON

GeoJSON与Shapefile

GeoJSON和Shapefile都是常见的GIS矢量数据格式。

格式	特点	常见场景
GeoJSON	JSON、Web友好	Web GIS
Shapefile	传统GIS格式	桌面GIS
WKT	文本Geometry	空间数据交换
KML	XML格式	地图数据
GeoPackage	单文件数据库	GIS数据管理

GeoJSON与JavaScript

因为GeoJSON本质上使用JSON数据结构，所以JavaScript可以直接处理。

例如：

const geojson = {
  type: 'Point',
  coordinates: [116.397, 39.908]
}

console.log(geojson.coordinates)

Feature也可以直接访问：

const feature = {
  type: 'Feature',
  geometry: {
    type: 'Point',
    coordinates: [116.397, 39.908]
  },
  properties: {
    name: '北京'
  }
}

console.log(feature.properties.name)

GeoJSON与OpenLayers

OpenLayers可以直接读取GeoJSON。

典型流程：

GeoJSON
 ↓
GeoJSON Format
 ↓
Feature
 ↓
VectorSource
 ↓
VectorLayer
 ↓
Map

例如：

const format = new GeoJSON()

const features = format.readFeatures(data)

然后将Feature添加到VectorSource：

const source = new VectorSource({
  features
})

最后将VectorSource交给VectorLayer：

VectorSource
    ↓
VectorLayer
    ↓
Map

GeoJSON与地图可视化

GeoJSON可以结合Properties实现地图可视化。

例如：

status
 ↓
颜色

type
 ↓
图标

population
 ↓
大小

category
 ↓
样式

常见流程：

GeoJSON
 ↓
Feature
 ↓
Properties
 ↓
Style
 ↓
Vector Layer
 ↓
地图

GeoJSON常见错误

coordinates结构错误

Point：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

不能错误地写成：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [
    [116.397, 39.908]
  ]
}

因为Point只需要一组坐标。

经纬度顺序错误

通常应该：

[经度, 纬度]

例如：

[116.397, 39.908]

不要错误地写成：

[39.908, 116.397]

Polygon没有闭合

Polygon外环通常需要：

A → B → C → D → A

也就是第一个坐标和最后一个坐标相同。

Geometry类型错误

例如：

type = Point

却使用了Polygon的coordinates结构，就会导致GeoJSON结构错误。

type必须与coordinates结构对应。

GeoJSON有效性

一个GeoJSON文件不仅需要满足JSON语法，还需要满足GeoJSON的数据结构要求。

常见问题包括：

JSON语法错误
Geometry类型错误
coordinates结构错误
Polygon未闭合
Feature结构错误
FeatureCollection结构错误
坐标为空
坐标顺序错误

因此实际使用GeoJSON时，可以进行：

GeoJSON
 ↓
解析
 ↓
验证
 ↓
格式化
 ↓
地图预览

GeoJSON知识结构

可以把GeoJSON总结为：

GeoJSON
│
├── Geometry
│   ├── Point
│   ├── LineString
│   ├── Polygon
│   ├── MultiPoint
│   ├── MultiLineString
│   └── MultiPolygon
│
├── Feature
│   ├── Geometry
│   ├── Properties
│   └── ID
│
└── FeatureCollection
    └── Features

核心关系：

Coordinates
    ↓
Geometry
    ↓
Feature
    ↓
FeatureCollection
    ↓
Vector Layer
    ↓
Map

总结

GeoJSON是一种基于JSON的地理空间数据格式，非常适合Web GIS和前端地图开发。

最重要的几个概念是：

Geometry
    ↓
描述空间形状

Feature
    ↓
Geometry + Properties

FeatureCollection
    ↓
多个Feature

常见Geometry包括：

Point
LineString
Polygon
MultiPoint
MultiLineString
MultiPolygon

GeoJSON二维坐标通常按照：

[经度, 纬度]

表示。

可以记住：

Coordinates描述坐标，Geometry描述空间形状，Feature将Geometry与属性信息结合起来，FeatureCollection则用于组织多个Feature。

在Web GIS中，GeoJSON通常承担：

空间数据
 ↓
GeoJSON
 ↓
前端解析
 ↓
Vector Layer
 ↓
地图显示

因此GeoJSON是学习Web GIS、OpenLayers、MapLibre以及前端空间数据处理时必须掌握的基础格式。

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