地图坐标转换 -- 火星坐标与GPS坐标

Posted 2020-07-02 Leavingseason

GPS纠偏，火星坐标系介绍。 第一次处理地理位置的数据的人，没什么经验，往往掉入很多坑浪费不少时间。我也是刚刚从坑里爬出来。这篇博文主要是把入门GPS轨迹分析的经验总结一下，以方便大家少走些弯路。

第一次处理地理位置的数据的人，没什么经验，往往掉入很多坑浪费不少时间。我也是刚刚从坑里爬出来。这篇博文主要是把入门GPS轨迹分析的经验总结一下，以方便大家少走些弯路。

（1）可视化 GPS 路径

刚拿到一堆GPS轨迹数据，想看看它长什么样？于是先想办法把它们可视化出来。有很多地图的API可以用，如果不是想搞演示，只是为了快速随便看一眼的话，推荐用百度的在线示例API  http://developer.baidu.com/map/jsdemo.htm#c1_3  里面有比较详细的例子，很丰富的操作，修改代码也比较简单。 当然也可以把源代码copy下来在本地操作。

（2） 坐标格式

一般从GPS得到的数据是经纬度。经纬度有多种表示方法。
　　1.） ddd.ddddd， 度 . 度的十进制小数部分（5位）例如：31.12035º
　　2.） ddd.mm.mmm，度 . 分 . 分的十进制小数部分（3位）例如 31º10.335\'
　　3.)   ddd.mm.ss, 度 . 分 . 秒 例如 31º12\'42"

在应用程序中基本都用格式1），所以首先要确定你的原始数据格式是否是格式1），如果不是，需要转换，方法比较简单。 一个从2）转换成1）的程序如下：

public Point(double longitude, double latitude )
        {           
            int degree = (int)(longitude);
            this.longitude = (longitude - degree) * 100 / 60 + degree;

            degree = (int)(latitude);
            this.latitude = (latitude - degree) *100 / 60 + degree;

        }

（3）坐标纠偏

刚拿到GPS轨迹数据的时候，直接print到地图上，发现路线比较奇怪，没有和道路完全吻合，很像偏移了一些，甚至会穿越没有道路的地方。 起初以为是GPS精度的问题。后来经人提醒，GPS坐标是有好几套标准的。 有兴趣的同学可以阅读更多资料例如 http://yanue.net/post-121.html ， 这里简单的说明什么是坐标偏移：

天朝为了保卫国家安全，对真实坐标系统进行人为的加偏处理，把真实的坐标加密成虚假的坐标，称为火星坐标。这种偏移是非线性的，偏移方向也不确定。  除了火星坐标系统，不同的地图数据商也可能使用自己的坐标系统，例如百度。 国内各地图API坐标系统比较详情请见http://www.cnblogs.com/Tangf/archive/2012/03/15/2398397.html 。  所以天朝所有准许上市的地图类产品都不是真实坐标系统。要想在某个地图API上正确的显示GPS轨迹，必须要先把数据转换成它的坐标系统。

这里还是以百度地图为例。假如我有原始（真实的）GPS数据，要在百度地图上正确显示，就需要先变成百度坐标系。 坐标转换的API说明在 http://lbsyun.baidu.com/index.php?title=webapi/guide/changeposition  可以看到，这个API支持从很多种不同的坐标系统转换到百度坐标系（但是不支持转换到百度坐标系以外的模式，吐槽一下）。 自己写个程序批量地转换，速度有点慢，一次只能发10个点左右。  在线演示在http://developer.baidu.com/map/jsdemo.htm#c1_3 

把其中的坐标改成你自己的数据，再找到这行代码：

convertor.translate(pointArr, 3, 5, translateCallback)

其中的3，5表示从火星坐标转换到百度坐标； 如果改成1 , 5 则是从原始坐标转换到百度坐标，点击运行。

在我自己的数据上的效果如下：

很明显经过处理之后，路径才是正确的。

另外，高德地图采用的是火星坐标，也可以玩玩 http://lbs.amap.com/api/javascript-api/example/marker/marker-content/

原始坐标和火星坐标是可以相互转换的，需要一个小型辅助数据库，这里就不贴代码了，如有需要请留言。

这里附上百度坐标和火星坐标的c#转换代码：

        public static Point Baidu2Mars(Point a)
        {
            Point b = new Point();
            double x = a.longitude - 0.0065;
            double y= a.latitude - 0.006;

            double z = Math.Sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * Math.Sin(y * Math.PI / 180);
            double theta = Math.Atan2(y, x) - 0.000003 * Math.Cos(x * Math.PI / 180);

            b.longitude = z * Math.Cos(theta);
            b.latitude = z * Math.Sin(theta);
            return b;
        }

        public static Point Mars2Baidu(Point a){
            Point b = new Point();
            double x = a.longitude;
            double y= a.latitude;

            double z = Math.Sqrt(x * x + y * y) + 0.00002 * Math.Sin(y * Math.PI / 180);
            double theta = Math.Atan2(y, x) + 0.000003 * Math.Cos(x * Math.PI / 180);

            b.longitude = z * Math.Cos(theta) + 0.0065;
            b.latitude = z * Math.Sin(theta) + 0.006;
            return b;
        }

最后顺便贴一个求两个GPS点间距离的代码：

        public static double Degree2Radian(double degree)
        {
            double radian = degree * Math.PI / 180;
            return radian;
        }

        //http://www.movable-type.co.uk/scripts/latlong.html
        public static double Distance(Point a, Point b)
        {
            double R = 6371000;

            double phi1 = Degree2Radian(a.latitude);
            double phi2 = Degree2Radian(b.latitude);

            double deltaPhi = Degree2Radian(a.latitude - b.latitude);
            double deltaLam = Degree2Radian(a.longitude - b.longitude);

            double aa = Math.Sin(deltaPhi / 2) * Math.Sin(deltaPhi / 2) + Math.Cos(phi1) * Math.Cos(phi2) * Math.Sin(deltaLam / 2) * Math.Sin(deltaLam / 2);

            double c = 2 * Math.Atan2(Math.Sqrt(aa), Math.Sqrt(1 - aa));

            double d = R * c;

            return d;
        }