java地理坐標系及投影間轉(zhuǎn)換代碼示例
一、坐標系簡介
1.地心坐標
地心坐標顧名思義所建立的地球橢球中心為地心,常用地心坐標系有WGS84與CGCS2000,主要參數(shù)有長半軸與扁率,地心坐標系橢球之間參數(shù)相近。
2.參心坐標
參心坐標所建立的地球橢球是以某一片區(qū)域更為擬合,可以理解為一種局部最優(yōu)的坐標系,在國內(nèi)常用參心坐標系有西安80與北京54,各坐標系橢球間主要參數(shù)長半軸與扁率參數(shù)相差較大,且姿態(tài)也有所不同。
二、坐標系間轉(zhuǎn)換
1.七參數(shù)轉(zhuǎn)換
七參數(shù)轉(zhuǎn)換遵循布爾莎模型,根據(jù)至少三個已知在基礎(chǔ)與目標坐標系中坐標的點可以計算得到,布爾莎模型易于查到不多贅述。
上圖中簡單表示了不同坐標系間的姿態(tài)關(guān)系,以及七參數(shù)的實際意義。
可以看到,坐標變換是針對平面坐標的,若獲得的是經(jīng)緯度,可根據(jù)后續(xù)提到的方法進行經(jīng)緯度到平面坐標的投影轉(zhuǎn)換。
public double[] sevenParamTrans(Datum7Paras datum7Paras,double X,double Y,double Z) { double[] point = new double[3]; double dx = datum7Paras.getDx(); double dy = datum7Paras.getDy(); double dz = datum7Paras.getDz(); double rx = datum7Paras.getRx() * 0.0000048481373323; // 1秒=0.0000048481373323 弧度 double ry = datum7Paras.getRy() * 0.0000048481373323; double rz = datum7Paras.getRz() * 0.0000048481373323; double m = datum7Paras.getPpm(); double k = m / 1000000; point[0] = (1 + k) * (X + this.rz * Y - this.ry * Z) + this.dx; point[1] = (1 + k) * (-this.rz * X + Y + this.rx * Z) + this.dy; point[2] = (1 + k) * (this.ry * X - this.rx * Y + Z) + this.dz; }
class Datum7Paras{ private double dx; private double dy; private double dz; private double rx; private double ry; private double rz; private double ppm; public Datum7Paras(double dx, double dy, double dz, double rx, double ry, double rz, double ppm) { this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz; this.rx = rx; this.ry = ry; this.rz = rz; this.ppm = ppm; } public double getDx() { return dx; } public void setDx(double dx) { this.dx = dx; } public double getDy() { return dy; } public void setDy(double dy) { this.dy = dy; } public double getDz() { return dz; } public void setDz(double dz) { this.dz = dz; } public double getRx() { return rx; } public void setRx(double rx) { this.rx = rx; } public double getRy() { return ry; } public void setRy(double ry) { this.ry = ry; } public double getRz() { return rz; } public void setRz(double rz) { this.rz = rz; } public double getPpm() { return ppm; } public void setPpm(double ppm) { this.ppm = ppm; } }
2.四參數(shù)轉(zhuǎn)換
在已知兩點一下的基礎(chǔ)和目標坐標信息使,利用四參數(shù)轉(zhuǎn)換也可以實現(xiàn),但誤差會更大,與七參數(shù)類似,但四參數(shù)轉(zhuǎn)換不考慮高程,只針對平面的北坐標與東坐標。
public double[] transform4Para(Trans4Paras transPara,double X,double Y) { double X1 = transPara.getDx(); double Y1 = transPara.getDy(); double cosAngle = Math.cos(transPara.getA()); double sinAngle = Math.sin(transPara.getA()); double[] point = new double[2]; point[0] = X1 + transPara.getK() * (cosAngle * X - sinAngle * Y); point[1] = Y1 + transPara.getK() * (sinAngle * X + cosAngle * Y); }
class Trans4Paras{ private double _dx; private double _dy; private double _a; private double _k; public double getDx() { return _dx; } public void setDx(double dx) { _dx = dx; } public double getDy() { return _dy; } public void setDy(double dy) { _dy = dy; } public double getA() { return _a; } public void setA(double a) { _a = a; } public double getK() { return _k; } public void setK(double k) { _k = k; } public Trans4Paras(double dx, double dy, double a, double k) { _dx = dx; _dy = dy; _a = a; _k = k; } }
三、投影轉(zhuǎn)換
1.EPSG編碼與依賴
EPSG編碼是一種用于定義不同坐標系的編碼,在java中利用proj4j庫配合EPSG編碼即可實現(xiàn)不同投影轉(zhuǎn)換。其實上面的不同坐標系下坐標變換也可以用此方法實現(xiàn),但代碼都較簡單不多贅述。
在Maven中添加下方依賴即可完成proj4j庫的添加,注意版本號自行修改。
<dependency> <groupId>org.osgeo</groupId> <artifactId>proj4j</artifactId> <version>0.1.0</version> </dependency>
2.投影方式
UTM投影:
特點:保長度不保方向,適用南緯80到北緯84度,通常應(yīng)用于全球坐標,因此以六度分帶,且分帶從西經(jīng)180度起始,對應(yīng)國內(nèi)帶號加30。
EPSG:32601-32660,按帶號修改后兩位。
Web墨卡托投影:
特點:保方向不保長度,適用于服務(wù)集成交互。
EPSG:3857,只有一個是因為該投影方式認為地球為規(guī)則球體。
高斯克呂格投影:
特點:與UTM類似但包含所有緯度,多用于國內(nèi)的坐標。
EPSG:CGCS2000:4513-4554;北京54:2410-2442;西安80:2349-2390
各橢球的EPSG:WGS84:4326;CGCS2000:4490;西安80:4610;北京54:4214
3.示例
簡單示例,列出UTM投影、WGS84_N坐標系時,滿足轉(zhuǎn)換的兩坐標正反投影的結(jié)果。
import org.osgeo.proj4j.*; public class PointTest { public static void main(String[] args) { ToCoordinate(579573.572, 4269411.894,"EPSG:32651","EPSG:4326",true); ToCoordinate(123.91343418163903, 38.569600138042816,"32651","4326",false); } public static void ToCoordinate(double argX,double argY,String sys1,String sys2,boolean xyTolb){ // 創(chuàng)建CRS工廠 CRSFactory crsFactory = new CRSFactory(); // 創(chuàng)建UTM坐標參考系統(tǒng)(CRS),這里以UTM 33N為例 CoordinateReferenceSystem utmCrs = crsFactory.createFromName("EPSG:" + sys1); // 創(chuàng)建WGS84坐標參考系統(tǒng) CoordinateReferenceSystem wgs84Crs = crsFactory.createFromName("EPSG:" + sys2); // 創(chuàng)建坐標轉(zhuǎn)換工廠 CoordinateTransformFactory transformFactory = new CoordinateTransformFactory(); if (xyTolb){ // 創(chuàng)建從UTM到WGS84的坐標轉(zhuǎn)換器 CoordinateTransform transformToWgs84 = transformFactory.createTransform(utmCrs, wgs84Crs); // 創(chuàng)建UTM坐標點 ProjCoordinate utmPoint = new ProjCoordinate(argX, argY); // X, Y in meters // 轉(zhuǎn)換到WGS84坐標點 ProjCoordinate wgs84Point = new ProjCoordinate(); transformToWgs84.transform(utmPoint, wgs84Point); // 打印WGS84坐標 System.out.println("WGS84: " + wgs84Point.x + ", " + wgs84Point.y); }else { // 如果需要,可以創(chuàng)建從WGS84到UTM的坐標轉(zhuǎn)換器 CoordinateTransform transformToUtm = transformFactory.createTransform(wgs84Crs,utmCrs); // 創(chuàng)建UTM坐標點 ProjCoordinate wgs84Point = new ProjCoordinate(argX, argY); // 轉(zhuǎn)換回UTM坐標點 ProjCoordinate utmPointBack = new ProjCoordinate(); transformToUtm.transform(wgs84Point, utmPointBack); // 打印轉(zhuǎn)換回的UTM坐標 System.out.println("UTM: " + utmPointBack.x + ", " + utmPointBack.y); } } }
總結(jié)
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