各坐标系简介与转换,包括WGS84(地球坐标系)、GCJ02(火星坐标系)和BD09(百度坐标系)

一、各坐标系简介与转换

背景:从GPS和北斗卫星定位得到的定位数据采用的都是WGS84坐标系,即地球坐标系,但是国内不管是高德地图、百度地图采用的并不是WGS84坐标系,所以需要经过转换后才能使用,前端用百度API提供的方法转换速度较慢。通过网上搜索收集资料,然后自己编写代码测试,总结了一下有关坐标系简介与转换的知识,分享给大家!

1.各坐标系简介

  • WGS84坐标系 即地球坐标系,国际上通用的坐标系。 设备一般包含GPS芯片或者北斗芯片获取的经纬度为WGS84地理坐标系。谷歌地图采用的是WGS84地理坐标系(中国范围除外,谷歌中国地图采用的是GCJ02地理坐标系。)
  • GCJ02坐标系 即火星坐标系,WGS84坐标系经加密后的坐标系。 出于国家安全考虑,国内所有导航电子地图必须使用国家测绘局制定的加密坐标系统,即将一个真实的经纬度坐标加密成一个不正确的经纬度坐标。
  • BD09坐标系 即百度坐标系,GCJ02坐标系经加密后的坐标系。搜狗坐标系、图吧坐标系等,估计也是在GCJ02基础上加密而成的。
  • 各主流地图API采用的坐标系 高德MapABC地图API 火星坐标 腾讯搜搜地图API 火星坐标 阿里云地图API 火星坐标 灵图51ditu地图API 火星坐标
    百度地图API 百度坐标 搜狐搜狗地图API 搜狗坐标 图吧MapBar地图API 图吧坐标
  • 2.各坐标系转换JAVA代码实现

2.1坐标点实体类

package com.cennavi.audi_data_collect.bean;

import java.io.Serializable;

/**
 * Description: 坐标点
 * 
 * @author JourWon
 * @date Created on 2018年6月19日
 */
public class Point implements Serializable {

	private static final long serialVersionUID = 3584864663880053897L;

	/**
	 * 经度
	 */
	private double lng;

	/**
	 * 纬度
	 */
	private double lat;

	
	 public Point(double lng, double lat ) {  
	        setLat(lat);  
	        setLng(lng);  
	    }  
	public double getLng() {
		return lng;
	}

	public void setLng(double lng) {
		this.lng = lng;
	}

	public double getLat() {
		return lat;
	}

	public void setLat(double lat) {
		this.lat = lat;
	}

	public static long getSerialversionuid() {
		return serialVersionUID;
	}
}

2.2各坐标系转换工具类

package com.jourwon.util;

import com.jourwon.pojo.Point;

/**
 * Description: 各坐标系之间的转换工具类
 * 
 * @author JourWon
 * @date Created on 2018年6月19日
 */
public class CoordinateTransformUtils {

	// 圆周率π
	private static final double PI = 3.1415926535897932384626D;
	
	// 火星坐标系与百度坐标系转换的中间量
	private static final double X_PI = 3.14159265358979324 * 3000.0 / 180.0D;

	// Krasovsky 1940
	// 长半轴a = 6378245.0, 1/f = 298.3
	// b = a * (1 - f)
	// 扁率ee = (a^2 - b^2) / a^2;
	
	// 长半轴
	private static final double SEMI_MAJOR = 6378245.0D;
	
	// 扁率
	private static final double FLATTENING = 0.00669342162296594323D;
	
	// WGS84=>GCJ02 地球坐标系=>火星坐标系
	public static Point wgs84ToGcj02(double lng, double lat) {
		if (outOfChina(lng, lat)) {
			return new Point(lng, lat);
		}

		double[] offset = offset(lng, lat);
		double mglng = lng + offset[0];
		double mglat = lat + offset[1];

		return new Point(mglng, mglat);
	}

	// GCJ02=>WGS84 火星坐标系=>地球坐标系(粗略)
	public static Point gcj02ToWgs84(double lng, double lat) {
		if (outOfChina(lng, lat)) {
			return new Point(lng, lat);
		}

		double[] offset = offset(lng, lat);
		double mglng = lng - offset[0];
		double mglat = lat - offset[1];

		return new Point(mglng, mglat);
	}

	// GCJ02=>WGS84 火星坐标系=>地球坐标系(精确)
	public static Point gcj02ToWgs84Exactly(double lng, double lat) {
		if (outOfChina(lng, lat)) {
			return new Point(lng, lat);
		}
		
		double initDelta = 0.01;
		double threshold = 0.000000001;
		double dLat = initDelta, dLon = initDelta;
		double mLat = lat - dLat, mLon = lng - dLon;
		double pLat = lat + dLat, pLon = lng + dLon;
		double wgsLat, wgsLng, i = 0;
		while (true) {
			wgsLat = (mLat + pLat) / 2;
			wgsLng = (mLon + pLon) / 2;
			Point point = wgs84ToGcj02(wgsLng, wgsLat);
			dLon = point.getLng() - lng;
			dLat = point.getLat() - lat;
			if ((Math.abs(dLat) < threshold) && (Math.abs(dLon) < threshold))
				break;

			if (dLat > 0)
				pLat = wgsLat;
			else
				mLat = wgsLat;
			if (dLon > 0)
				pLon = wgsLng;
			else
				mLon = wgsLng;

			if (++i > 10000)
				break;
		}

		return new Point(wgsLng, wgsLat);
	}

	// GCJ-02=>BD09 火星坐标系=>百度坐标系
	public static Point gcj02ToBd09(double lng, double lat) {
		double z = Math.sqrt(lng * lng + lat * lat) + 0.00002 * Math.sin(lat * X_PI);
		double theta = Math.atan2(lat, lng) + 0.000003 * Math.cos(lng * X_PI);
		double bd_lng = z * Math.cos(theta) + 0.0065;
		double bd_lat = z * Math.sin(theta) + 0.006;
		return new Point(bd_lng, bd_lat);
	}

	// BD09=>GCJ-02 百度坐标系=>火星坐标系
	public static Point bd09ToGcj02(double lng, double lat) {
		double x = lng - 0.0065;
		double y = lat - 0.006;
		double z = Math.sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * Math.sin(y * X_PI);
		double theta = Math.atan2(y, x) - 0.000003 * Math.cos(x * X_PI);
		double gcj_lng = z * Math.cos(theta);
		double gcj_lat = z * Math.sin(theta);
		return new Point(gcj_lng, gcj_lat);
	}
	
	// WGS84=>BD09 地球坐标系=>百度坐标系
	public static Point wgs84ToBd09(double lng, double lat) {
		Point point = wgs84ToGcj02(lng, lat);
		return gcj02ToBd09(point.getLng(), point.getLat());
	}

	// BD09=>WGS84 百度坐标系=>地球坐标系
	public static Point bd09ToWgs84(double lng, double lat) {
		Point point = bd09ToGcj02(lng, lat);
		return gcj02ToWgs84(point.getLng(), point.getLat());
	}

	/**
	 * Description: 中国境外返回true,境内返回false
	 * @param lng 	经度
	 * @param lat	纬度
	 * @return
	 */
	public static boolean outOfChina(double lng, double lat) {
		if (lng < 72.004 || lng > 137.8347)
			return true;
		if (lat < 0.8293 || lat > 55.8271)
			return true;
		return false;
	}

	// 经度偏移量
	private static double transformLng(double lng, double lat) {
		double ret = 300.0 + lng + 2.0 * lat + 0.1 * lng * lng + 0.1 * lng * lat + 0.1 * Math.sqrt(Math.abs(lng));
		ret += (20.0 * Math.sin(6.0 * lng * PI) + 20.0 * Math.sin(2.0 * lng * PI)) * 2.0 / 3.0;
		ret += (20.0 * Math.sin(lng * PI) + 40.0 * Math.sin(lng / 3.0 * PI)) * 2.0 / 3.0;
		ret += (150.0 * Math.sin(lng / 12.0 * PI) + 300.0 * Math.sin(lng / 30.0 * PI)) * 2.0 / 3.0;
		return ret;
	}
	
	// 纬度偏移量
	private static double transformLat(double lng, double lat) {
		double ret = -100.0 + 2.0 * lng + 3.0 * lat + 0.2 * lat * lat + 0.1 * lng * lat
				+ 0.2 * Math.sqrt(Math.abs(lng));
		ret += (20.0 * Math.sin(6.0 * lng * PI) + 20.0 * Math.sin(2.0 * lng * PI)) * 2.0 / 3.0;
		ret += (20.0 * Math.sin(lat * PI) + 40.0 * Math.sin(lat / 3.0 * PI)) * 2.0 / 3.0;
		ret += (160.0 * Math.sin(lat / 12.0 * PI) + 320 * Math.sin(lat * PI / 30.0)) * 2.0 / 3.0;
		return ret;
	}
	
	// 偏移量
	public static double[] offset(double lng, double lat) {
		double[] lngLat = new double[2];
		double dlng = transformLng(lng - 105.0, lat - 35.0);
		double dlat = transformLat(lng - 105.0, lat - 35.0);
		double radlat = lat / 180.0 * PI;
		double magic = Math.sin(radlat);
		magic = 1 - FLATTENING * magic * magic;
		double sqrtmagic = Math.sqrt(magic);
		dlng = (dlng * 180.0) / (SEMI_MAJOR / sqrtmagic * Math.cos(radlat) * PI);
		dlat = (dlat * 180.0) / ((SEMI_MAJOR * (1 - FLATTENING)) / (magic * sqrtmagic) * PI);
		lngLat[0] = dlng;
		lngLat[1] = dlat;
		return lngLat;
	}

}

3.测试

/**
 * Description: 坐标系转换工具测试类
 * 
 * @author JourWon
 * @date Created on 2018年6月19日
 */
public class CoordinateTransformUtilsTest {

	/**
	 * Description: 地球坐标系 =>火星坐标系、百度坐标系
	 */
	@Test
	public void test01() {
		// 广州市中大地铁站
		Point point = new Point(113.28749670783887D, 23.094783676708065D);
		System.out.println("地球坐标系 : " + point);

		Point wgs84ToGcj02 = CoordinateTransformUtils.wgs84ToGcj02(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("火星坐标系 : " + wgs84ToGcj02);

		Point wgs84ToBd09 = CoordinateTransformUtils.wgs84ToBd09(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("百度坐标系 : " + wgs84ToBd09);
	}

	/**
	 * Description: 火星坐标系=>地球坐标系、百度坐标系
	 */
	@Test
	public void test02() {
		// 广州市珠江新城地铁站
		Point point = new Point(113.321171D, 23.119285D);
		System.out.println("火星坐标系 : " + point);

		Point wgs84ToGcj02 = CoordinateTransformUtils.gcj02ToWgs84(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("地球坐标系 : " + wgs84ToGcj02);

		Point wgs84ToBd09 = CoordinateTransformUtils.gcj02ToBd09(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("百度坐标系 : " + wgs84ToBd09);
	}

	/**
	 * Description: 百度坐标系=>地球坐标系、火星坐标系
	 */
	@Test
	public void test03() {
		// 广州市体育西路地铁站
		Point point = new Point(113.328035D, 23.136929D);
		System.out.println("百度坐标系 : " + point);

		Point wgs84ToGcj02 = CoordinateTransformUtils.bd09ToWgs84(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("地球坐标系 : " + wgs84ToGcj02);

		Point wgs84ToBd09 = CoordinateTransformUtils.bd09ToGcj02(point.getLng(), point.getLat());
		System.out.println("火星坐标系 : " + wgs84ToBd09);
	}

}

二、坐标转换精度测试说明

1.互转精度值

1、09坐标转84坐标,转换后的84坐标再转回09坐标,前后两个09坐标精度相差不到1米

mysql5 84坐标系转高德坐标系_gis


mysql5 84坐标系转高德坐标系_mysql5 84坐标系转高德坐标系_02

2、取02坐标点,转为84坐标,转换后的84坐标再转回02坐标,前后两个02坐标精度相差1米左右

mysql5 84坐标系转高德坐标系_百度_03

2.单向转换精度:

1、02转84精度:取某路口02坐标点,转换为84坐标点,比较84地图上某路口的位置和转换的84坐标点位置,两点相差不到1米

mysql5 84坐标系转高德坐标系_百度_04

2、09转84精度:取84坐标点,转换为09坐标,然后09坐标转换为84坐标,两个84坐标相差1.6米左右

mysql5 84坐标系转高德坐标系_mysql5 84坐标系转高德坐标系_05

mysql5 84坐标系转高德坐标系_gis_06