Apache Sedona中RS_MakeEmptyRaster函数的Y轴缩放参数解析

在Apache Sedona地理空间分析系统中，RS_MakeEmptyRaster函数是创建空白栅格数据的重要工具。该函数允许用户自定义栅格的各项参数，包括波段数、数据类型、尺寸、空间参考系统等。其中，scaleY参数（Y轴缩放因子）的设计原理和使用方法值得深入探讨。

空间坐标与像素坐标的映射关系

栅格数据的本质是将连续的二维地理空间离散化为规则网格。这里存在两种坐标系：

1. 地图坐标系（Map Coordinates）：以真实世界坐标表示（如经纬度）
2. 像素坐标系（Grid Coordinates）：以行列号表示的离散坐标

在大多数地理信息系统（GIS）中，约定俗成的是：

• 像素坐标系的原点(0,0)通常位于左上角
• 行号增加方向为向下（即Y轴负方向）
• 列号增加方向为向右（即X轴正方向）

为什么scaleY需要为负值

当使用WGS84等常见地理坐标系时，地图坐标系的Y轴正方向指向北（纬度增加方向）。这与像素坐标系的Y轴方向相反，因此需要将scaleY设为负值来实现正确的坐标映射。

这种设计确保了：

1. 栅格数据的北方始终朝上显示
2. 符合大多数GIS软件的显示惯例
3. 保持与GDAL等主流地理空间库的行为一致

实际应用示例

创建覆盖全球的WGS84栅格时，典型参数配置应为：

SELECT RS_MakeEmptyRaster(
    1,              -- 单波段
    'I',            -- 整型数据类型
    360,            -- 宽度（经度方向）
    180,            -- 高度（纬度方向）
    -180,           -- 左上角X坐标（西经180度）
    90,             -- 左上角Y坐标（北纬90度）
    1,              -- X方向分辨率（每个像素1度）
    -1,             -- Y方向分辨率（每个像素1度，负值表示北向）
    0.0,            -- X方向倾斜
    0.0,            -- Y方向倾斜
    4326            -- WGS84坐标系SRID
)

技术实现原理

在底层实现上，scaleY参数实际上是仿射变换矩阵的一个元素。完整的仿射变换公式为：

X_map = X_origin + X_pixel * scaleX + Y_pixel * skewX
Y_map = Y_origin + X_pixel * skewY + Y_pixel * scaleY

当scaleY为负值时，表示像素坐标系的Y轴与地图坐标系的Y轴方向相反，这正是大多数地理栅格数据的标准存储方式。

最佳实践建议

1. 对于使用地理坐标系（如WGS84）的栅格，scaleY通常应为负值
2. 某些特殊情况下（如某些工程坐标系），可能需要使用正值scaleY
3. 创建栅格后，建议使用RS_Envelope等函数验证其空间范围是否符合预期
4. 与其他系统交互时，注意检查坐标系定义和方向约定是否一致