快捷導(dǎo)航

Python實(shí)現(xiàn)WGS84火星百度及web墨卡托四種坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換

更新時(shí)間：2023年08月18日 14:09:57 作者：費(fèi)弗里

主流被使用的地理坐標(biāo)系并不統(tǒng)一,常用的有WGS84、GCJ02（火星坐標(biāo)系）、BD09（百度坐標(biāo)系）以及百度地圖中保存矢量信息的web墨卡托,本文利用Python編寫相關(guān)類以實(shí)現(xiàn)4種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的互相轉(zhuǎn)換

一、背景簡(jiǎn)介

主流被使用的地理坐標(biāo)系并不統(tǒng)一，導(dǎo)致我們從不同平臺(tái)下載的數(shù)據(jù)由于坐標(biāo)系的差異往往對(duì)不齊。這個(gè)現(xiàn)象在多源數(shù)據(jù)處理的時(shí)候往往很常見，因此需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

幾種常見的坐標(biāo)系

WGS84坐標(biāo)系：即地球坐標(biāo)系（World Geodetic System），國(guó)際上通用的坐標(biāo)系。設(shè)備包含的GPS芯片或者北斗芯片獲取的經(jīng)緯度一般都是為WGS84地理坐標(biāo)系，目前谷歌地圖采用的是WGS84坐標(biāo)系（中國(guó)范圍除外）。

GCJ02坐標(biāo)系：GCJ-02是由中國(guó)國(guó)家測(cè)繪局（G表示Guojia國(guó)家，C表示Cehui測(cè)繪，J表示Ju局）制訂的地理信息系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)。由WGS84坐標(biāo)系經(jīng)加密后的坐標(biāo)系。谷歌中國(guó)采用的GCJ02地理坐標(biāo)系。也稱：火星坐標(biāo)系。

BD09坐標(biāo)系：即百度坐標(biāo)系，GCJ02坐標(biāo)系經(jīng)加密后的坐標(biāo)系。

Web 墨卡托投影坐標(biāo)系：也稱web墨卡托，是如今主流的Web地圖使用的坐標(biāo)系，如國(guó)外的 Google Maps，OpenStreetMap，Bing Map，ArcGIS 和 Heremaps 等，國(guó)內(nèi)的百度地圖、高德地圖、騰訊地圖和天地圖等也是基于Web墨卡托，與地理坐標(biāo)系不同，投影坐標(biāo)系的單位是m（由于國(guó)內(nèi)政策的原因，國(guó)內(nèi)地圖會(huì)有加密要求，一般有兩種情況，一種是在 Web墨卡托的基礎(chǔ)上經(jīng)過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)加密的國(guó)標(biāo)02坐標(biāo)系，熟稱“火星坐標(biāo)系”；另一種是在國(guó)標(biāo)的02坐標(biāo)系下進(jìn)一步進(jìn)行加密，如百度地圖的BD09坐標(biāo)系）。
墨卡托投影的“等角”特性，保證了對(duì)象的形狀的不變行，正方形的物體投影后不會(huì)變?yōu)殚L(zhǎng)方形。“等角”也保證了方向和相互位置的正確性，因此在航海和航空中常常應(yīng)用，而Google們?cè)谟?jì)算人們查詢地物的方向時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。

二、代碼及說明

import math
class LngLatTransfer():
    def __init__(self):
        self.x_pi = 3.14159265358979324 * 3000.0 / 180.0
        self.pi = math.pi  # π
        self.a = 6378245.0  # 長(zhǎng)半軸
        self.es = 0.00669342162296594323  # 偏心率平方
        pass
    def GCJ02_to_BD09(self, gcj_lng, gcj_lat):
        """
        實(shí)現(xiàn)GCJ02向BD09坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param lng: GCJ02坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param lat: GCJ02坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的BD09下經(jīng)緯度
        """
        z = math.sqrt(gcj_lng * gcj_lng + gcj_lat * gcj_lat) + 0.00002 * math.sin(gcj_lat * self.x_pi)
        theta = math.atan2(gcj_lat, gcj_lng) + 0.000003 * math.cos(gcj_lng * self.x_pi)
        bd_lng = z * math.cos(theta) + 0.0065
        bd_lat = z * math.sin(theta) + 0.006
        return bd_lng, bd_lat
    def BD09_to_GCJ02(self, bd_lng, bd_lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)BD09坐標(biāo)系向GCJ02坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param bd_lng: BD09坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param bd_lat: BD09坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的GCJ02下經(jīng)緯度
        '''
        x = bd_lng - 0.0065
        y = bd_lat - 0.006
        z = math.sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * math.sin(y * self.x_pi)
        theta = math.atan2(y, x) - 0.000003 * math.cos(x * self.x_pi)
        gcj_lng = z * math.cos(theta)
        gcj_lat = z * math.sin(theta)
        return gcj_lng, gcj_lat
    def WGS84_to_GCJ02(self, lng, lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)WGS84坐標(biāo)系向GCJ02坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param lng: WGS84坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param lat: WGS84坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的GCJ02下經(jīng)緯度
        '''
        dlat = self._transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
        dlng = self._transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
        radlat = lat / 180.0 * self.pi
        magic = math.sin(radlat)
        magic = 1 - self.es * magic * magic
        sqrtmagic = math.sqrt(magic)
        dlat = (dlat * 180.0) / ((self.a * (1 - self.es)) / (magic * sqrtmagic) * self.pi)
        dlng = (dlng * 180.0) / (self.a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * self.pi)
        gcj_lat = lat + dlat
        gcj_lng = lng + dlng
        return gcj_lng, gcj_lat
    def GCJ02_to_WGS84(self, gcj_lng, gcj_lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)GCJ02坐標(biāo)系向WGS84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param gcj_lng: GCJ02坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param gcj_lat: GCJ02坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的WGS84下經(jīng)緯度
        '''
        dlat = self._transformlat(gcj_lng - 105.0, gcj_lat - 35.0)
        dlng = self._transformlng(gcj_lng - 105.0, gcj_lat - 35.0)
        radlat = gcj_lat / 180.0 * self.pi
        magic = math.sin(radlat)
        magic = 1 - self.es * magic * magic
        sqrtmagic = math.sqrt(magic)
        dlat = (dlat * 180.0) / ((self.a * (1 - self.es)) / (magic * sqrtmagic) * self.pi)
        dlng = (dlng * 180.0) / (self.a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * self.pi)
        mglat = gcj_lat + dlat
        mglng = gcj_lng + dlng
        lng = gcj_lng * 2 - mglng
        lat = gcj_lat * 2 - mglat
        return lng, lat
    def BD09_to_WGS84(self, bd_lng, bd_lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)BD09坐標(biāo)系向WGS84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param bd_lng: BD09坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param bd_lat: BD09坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的WGS84下經(jīng)緯度
        '''
        lng, lat = self.BD09_to_GCJ02(bd_lng, bd_lat)
        return self.GCJ02_to_WGS84(lng, lat)
    def WGS84_to_BD09(self, lng, lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)WGS84坐標(biāo)系向BD09坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換
        :param lng: WGS84坐標(biāo)系下的經(jīng)度
        :param lat: WGS84坐標(biāo)系下的緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的BD09下經(jīng)緯度
        '''
        lng, lat = self.WGS84_to_GCJ02(lng, lat)
        return self.GCJ02_to_BD09(lng, lat)
    def _transformlat(self, lng, lat):
        ret = -100.0 + 2.0 * lng + 3.0 * lat + 0.2 * lat * lat + \
              0.1 * lng * lat + 0.2 * math.sqrt(math.fabs(lng))
        ret += (20.0 * math.sin(6.0 * lng * self.pi) + 20.0 *
                math.sin(2.0 * lng * self.pi)) * 2.0 / 3.0
        ret += (20.0 * math.sin(lat * self.pi) + 40.0 *
                math.sin(lat / 3.0 * self.pi)) * 2.0 / 3.0
        ret += (160.0 * math.sin(lat / 12.0 * self.pi) + 320 *
                math.sin(lat * self.pi / 30.0)) * 2.0 / 3.0
        return ret
    def _transformlng(self, lng, lat):
        ret = 300.0 + lng + 2.0 * lat + 0.1 * lng * lng + \
              0.1 * lng * lat + 0.1 * math.sqrt(math.fabs(lng))
        ret += (20.0 * math.sin(6.0 * lng * self.pi) + 20.0 *
                math.sin(2.0 * lng * self.pi)) * 2.0 / 3.0
        ret += (20.0 * math.sin(lng * self.pi) + 40.0 *
                math.sin(lng / 3.0 * self.pi)) * 2.0 / 3.0
        ret += (150.0 * math.sin(lng / 12.0 * self.pi) + 300.0 *
                math.sin(lng / 30.0 * self.pi)) * 2.0 / 3.0
        return ret
    def WGS84_to_WebMercator(self, lng, lat):
        '''
        實(shí)現(xiàn)WGS84向web墨卡托的轉(zhuǎn)換
        :param lng: WGS84經(jīng)度
        :param lat: WGS84緯度
        :return: 轉(zhuǎn)換后的web墨卡托坐標(biāo)
        '''
        x = lng * 20037508.342789 / 180
        y = math.log(math.tan((90 + lat) * self.pi / 360)) / (self.pi / 180)
        y = y * 20037508.34789 / 180
        return x, y
    def WebMercator_to_WGS84(self, x, y):
        '''
        實(shí)現(xiàn)web墨卡托向WGS84的轉(zhuǎn)換
        :param x: web墨卡托x坐標(biāo)
        :param y: web墨卡托y坐標(biāo)
        :return: 轉(zhuǎn)換后的WGS84經(jīng)緯度
        '''
        lng = x / 20037508.34 * 180
        lat = y / 20037508.34 * 180
        lat = 180 / self.pi * (2 * math.atan(math.exp(lat * self.pi / 180)) - self.pi / 2)
        return lng, lat

整個(gè)模塊的使用方式可用下面的導(dǎo)圖概括，其中每個(gè)函數(shù)都只需要傳入經(jīng)緯度坐標(biāo)信息：