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一、空间数据库求解
1、PostGIS实现
二、GIS前端组件求解
1、Leaflet.js距离测算
2、Turf.js前端计算
三、后台距离计算生成
1、欧式距离
2、Haversice球面距离
3、GeoTools距离计算
4、Gdal距离生成 5、geodesy距离计算
四、成果与生成对比
1、Java不…
目录 前言
一、空间数据库求解
1、PostGIS实现
二、GIS前端组件求解
1、Leaflet.js距离测算
2、Turf.js前端计算
三、后台距离计算生成
1、欧式距离
2、Haversice球面距离
3、GeoTools距离计算
4、Gdal距离生成 5、geodesy距离计算
四、成果与生成对比
1、Java不同生成方法对比
2、各种生成方式对比
五、总结 前言 空间距离是指物体在空间中的位置之间的距离通常用来描述物体之间的相对位置关系。在日常生活中我们经常使用距离来描述物体的位置关系比如在行驶中使用路程来描述两个地点之间的距离或者在导航中使用地图上的距离来指引行驶方向。在物理学和数学中距离是一个重要的概念它被用来描述空间中的位置关系衡量物体之间的远近。空间距离的研究对于理解物体的位置关系、运动轨迹、引力场等具有重要的意义。下面是在某地图软件中使用测距的方式直接量算的长度示例。 在地理世界中在导航系统中物流系统中旅游景点等应用。距离这个概念更是非常常见的比如在导航系统中从家到某商场的距离在快递物流行业中我们从浙江义乌的小商品城购买一件物品然后邮寄到家还可能我们计划出门旅游那么我们想知道家到目的地的实际距离有多远等等场景都是非常具有代表性的距离求解和应用场景。 伴随着生活的不断进步在我们的生活中我们会应用更多距离计算。作为一位GIS开发者距离是空间分析中最简单的一种类型。本文将详细的讲解各种不同位置距离计算方法首先讲解使用空间数据库的直接求解办法其次介绍在前端组件如Leaflet.js、Turf.js等组件中进行求解的办法然后基于Java语言讲解后端的详细计算方法包括Java直接求解、GeoTools计算、geodesy距离计算、欧式距离计算、GDAL空间计算等不同的方法最后对比不同的计算方法得到的结果为大家对距离的计算有更多的掌握和了解。
一、空间数据库求解 在进行空间距离求解时我们这里假定一种场景。比如以共享单车为例需要计算从起始点到结束点的距离这里涉及到两个信息也就是已知两个经纬度坐标点即和在给定两个包含经纬度坐标的点后我们来求解其距离。我们计算从某公园的一角到地铁站的距离首先我们在地图上将这个点标记出来得到这两点的实际经纬度。实现方法是在Leaflet中绑定点击事件然后在点击事件中输出具体的坐标。 在地图上标记出两个位置得到需要计算的两个点的具体经纬度信息 和。表示起点表示目的地。后续的计算均以这两个坐标点为起始位置。
1、PostGIS实现 为了简单起见这里的空间数据库实现我们采用PostGIS来进行开发数据库。当然在实际开发过程中除了可以选择PostGIS数据库还可以选择其它的空间数据库比如MySQL或者Oracle SDE等。在PostGIS数据库中我们可以使用ST_Distance()和ST_GeomFromText()进行查询首先使用ST_GeomFromText()将字符串转换为Geography然后再使用ST_Distance()来进行记录求解请注意在进行求解时务必保证安装PostGIS扩展。
SELECTST_Distance ( ST_GeomFromText ( POINT(112.867699 28.194674), 4326 ) :: geography, ST_GeomFromText ( POINT(112.876024 28.189038), 4326 ) :: geography
) AS distance; 这里选择将geometry转换为geography字段是为了将输出的结果转换为常见的距离单位米。在postgis中会自动根据不同的投影类型来得到距离结果如果用4326的参考系得到的结果将是度。 在PostGIS中使用空间数据库的方式的消耗时间大约是3毫秒两点间的测算距离是1028.7251米。速度也是非常快的。
二、GIS前端组件求解 在介绍完空间数据库的求解模式后。接下来我们介绍一下基于WebGIS的前端组件求解方式。这种解决方式比较适用于以前端为主的应用中不需要数据库的支持。常见的WebGIS前端组件也有许多二维常见的有Leaflet、OpenLayers等三维有Cesium等。这里我们已Leaflet为例同时讲解在Turf.js中是如何实现的。
1、Leaflet.js距离测算 首先来看一下再Leaflet.js中进行距离的计算得到的结果是多少。首先我们需要在页面中引用到Leaflet.js可以是本地的离线资源也可以是在线资源。可以直接使用Leaflet.js的相关API来进行。关键代码如下
let latlng1 L.latLng(28.194674, 112.867699);
// 第二个点
let latlng2 L.latLng(28.189038, 112.876024);
// 计算两点之间的距离
let distance latlng1.distanceTo(latlng2); 使用Leaflet的距离求解方法得到的距离是1028.79098米耗时5毫秒。 2、Turf.js前端计算 Turf.js也是一款在WebGIS系统开发当中很常见的前端计算框架在之前的一些博客中曾经做了比较详细的介绍关于turf.js它就像一个宝藏一样值得我们去学习研究发现更多的实用功能。turf可以和Leaflet或者openLayerscesium等配合使用。这里重点讲解如何使用Turf.js来进行距离运算。关键代码如下
var from turf.point([112.867699,28.194674]);
var to turf.point([112.876024,28.189038]);
var options { units: meters };//设置单位为米
var distance turf.distance(from, to, options);//求解计算 使用Turf.js的距离求解方法得到的距离是1028.7924米耗时4毫秒。 三、后台距离计算生成 在了解空间数据库生成和WebGIS前端组件生成方式之后我们来看一下如何使用后台服务的生成方式。这里以Java开发语言为例主要介绍如何使用Java来进行不同的距离进行生成。包括但不限于欧式距离、球面距离、GeoTools距离生成、Gdal距离生成、Geodesy距离生成等。
1、欧式距离 欧式距离Euclidean distance是最直接距离度量方式用于计算两个点在欧几里得空间中的直线距离如果有两个点和在二维空间中它们之间的欧式距离d 可以通过下面的公式来计算 根据上面的公式定义可以直接使用Java原始的计算方式来计算关键代码如下所示
/**
* 计算两点的欧式距离
* param p0 起始点
* param p1 结束点
* return
*/
public static double calculateEuclideanDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {Long start System.currentTimeMillis();double result Math.sqrt(Math.pow(p1.x - p0.x, 2) Math.pow(p1.y - p0.y, 2));Long end System.currentTimeMillis();System.out.println(计算耗时 ( end - start) 毫秒);return result;}
2、Haversice球面距离 Haversice公式通过两点计算大圆距离即球面上两点的最短距离Haversice的数学表达设两点的经纬度分别为lat1lon1和lat2lon2其中经度和纬度以弧度为单位。地球的平均半径R约为6371公里。Haversice的计算步骤为 首先将经纬度从度数转换为弧度考虑曲率。lat1,lon1,lat2,lon2 -rad。然后计算经度和纬度的差值以及,最后使用下面的公式计算距离 dR * c 在上面的公式中d表示两点间的距离。将上述公式转换为代码后如下所示
/*** 计算两个位置的球面距离* param p0 起始点* param p1 目标点* return*/
public static double calculateHaversineDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {Long start System.currentTimeMillis();double radLat1 Math.toRadians(p0.x);double radLon1 Math.toRadians(p0.y);double radLat2 Math.toRadians(p1.x);double radLon2 Math.toRadians(p1.y);double deltaLat radLat2 - radLat1;double deltaLon radLon2 - radLon1;double a Math.pow(Math.sin(deltaLat / 2), 2) Math.cos(radLat1) * Math.cos(radLat2) *Math.pow(Math.sin(deltaLon / 2), 2);double c 2 * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1 - a));double distance EARTH_RADIUS * c;Long end System.currentTimeMillis();System.out.println(计算耗时 ( end - start) 毫秒);return distance;
}
3、GeoTools距离计算 我们可以直接利用GeoTools来直接进行距离的计算它以API的方式直接提供调用这里我们不深入核心的计算方法具体大家可以深入源码去看。示例的关键代码如下
/**
* 使用Geotools来求解距离使用WGS84参考系
* param p0 起始点
* param p1 目标点
* return
*/
public static double geoToolsDistanceWithWgs84Crs(Coordinate p0, Coordinate p1) {Long start System.currentTimeMillis();// 84坐标系构造GeodeticCalculatorGeodeticCalculator geodeticCalculator new GeodeticCalculator(DefaultGeographicCRS.WGS84);// 起点经纬度geodeticCalculator.setStartingGeographicPoint(p0.x, p0.y);// 末点经纬度geodeticCalculator.setDestinationGeographicPoint(p1.x, p1.y);// 计算距离单位米double result geodeticCalculator.getOrthodromicDistance();Long end System.currentTimeMillis();System.out.println(计算耗时 ( end - start) 毫秒);return result;}
4、Gdal距离生成 与GeoTools类似在Java开发当中除了可以使用GeoTools中进行距离计算。Gdal也是同样可以进行距离计算的。 /*** 使用gdal来计算两个点距离* param p0 起始点* param p1 目标点* return*/public static double calculateGdalDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {Long start System.currentTimeMillis();// 注册所有的GDAL驱动gdal.AllRegister();// 创建两个点的几何对象Geometry point1 ogr.CreateGeometryFromWkt(POINT ( p0.y p0.x));Geometry point2 ogr.CreateGeometryFromWkt(POINT ( p1.y p1.x));// 创建空间参考对象SpatialReference srs new SpatialReference();// 导入WGS84坐标系的EPSG代码srs.ImportFromEPSG(4326);// 为几何对象设置空间参考point1.AssignSpatialReference(srs);point2.AssignSpatialReference(srs);// 计算两个点之间的距离double distance point1.Distance(point2);// 输出距离注意GDAL返回的距离单位可能与坐标系单位不同需要根据实际情况转换System.out.println(Distance: distance);Long end System.currentTimeMillis();System.out.println(计算耗时 ( end - start) 毫秒);return distance;
} 5、geodesy距离计算 与Gdal与GeoTools不同geodesy是一个轻量级的地理分析和处理框架。因此我们可以可以使用geodesy来进行距离的计算关键计算过程如下所示
/*** 使用geodesy来计算两个点距离* param p0 起始点* param p1 目标点* return*/public static double calculateGeodesyDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {Long start System.currentTimeMillis();//创建GeodeticCalculator调用计算方法传入坐标系、经纬度用于计算距离GeodeticCurve geoCurve new org.gavaghan.geodesy.GeodeticCalculator().calculateGeodeticCurve(Ellipsoid.WGS84,new GlobalCoordinates(p0.x, p0.y),new GlobalCoordinates(p1.x, p1.y));double result geoCurve.getEllipsoidalDistance();Long end System.currentTimeMillis();System.out.println(计算耗时 ( end - start) 毫秒);return result;
} 以上就是5种使用java生成距离的方式通过以上的代码均可生成距离。
四、成果与生成对比 这里将对生成的距离成果与不同的生成方式进行对比方便大家对结果和生成过程有一个具体的认识。
1、Java不同生成方法对比 我们以Junit代码为例分别调用上述的代码用来计算两个点的距离和生成时间。代码如下
Test
public void testGeoToolsDis() {Coordinate coord1 new Coordinate(112.867699, 28.194674); //出发的位置Coordinate coord2 new Coordinate(112.876024, 28.189038); // 到达的经纬度 double distance geoToolsDistanceWithDefaultCrs(coord1, coord2);System.out.println(geotools Distance no crs: distance meters);System.out.println(********************************************);distance geoToolsDistanceWithWgs84Crs(coord1,coord2);System.out.println(geotools Distance crs: distance meters);System.out.println(********************************************);double distance1 calculateEuclideanDistance(coord1,coord2);System.out.println(欧式距离(度) distance1);distance distance1 * EARTH_RADIUS * Math.PI / 180 * 1000;System.out.println(欧式距离(米 distance meters);System.out.println(********************************************);distance calculateHaversineDistance(coord1,coord2) * 1000;System.out.println(球面距离Haversine Distance: distance meters);System.out.println(********************************************);distance calculateGeodesyDistance(coord1,coord2);System.out.println(Geodesy Distance: distance meters);System.out.println(********************************************);distance calculateGdalDistance(coord1,coord2);distance distance * EARTH_RADIUS * Math.PI / 180 * 1000;System.out.println(Gdal Distance: distance meters);
} 可以控制台看到以下的输出
计算耗时230毫秒
geotools Distance no crs: 1028.725087712003 meters
********************************************
计算耗时1790毫秒
geotools Distance crs: 1028.725087712003 meters
********************************************
计算耗时0毫秒
欧式距离(度)0.010053363665956643
欧式距离(米1119.1353240538915 meters
********************************************
计算耗时0毫秒
球面距离Haversine Distance: 958.2800850973537 meters
********************************************
计算耗时5毫秒
Geodesy Distance: 960.1006447758463 meters
********************************************
Distance: 0.010053363665956643
计算耗时336毫秒
Gdal Distance: 1119.1353240538915 meters请注意在上面的计算过程中使用欧式距离是首先生成出来的是度而不是我们的预期米。因此需要进行转换。转换代码可以参考上面的示例代码。
2、各种生成方式对比 这里将提供两种数据结果对比第一种是提供表格的形式第二种是提供图表的形式。如下表所示
序号生成方式生成距离米耗时毫秒1PostGIS数据库1028.7250832Leaflet.js1028.7909853Turf.js1028.792444GeoTools no Crs1028.7250872305GeoTools with Crs1028.72508717906欧式距离1119.13532接近07Haversine距离958.28008接近08Geodesy960.1006459Gdal 距离1119.13532336 将上面的各种距离生成结果使用图表的形式来展示如下所示 五、总结 以上就是本文的主要内容本文将详细的讲解各种不同位置距离计算方法首先讲解使用空间数据库的直接求解办法其次介绍在前端组件如Leaflet.js、Turf.js等组件中进行求解的办法然后基于Java语言讲解后端的详细计算方法包括Java直接求解、GeoTools计算、geodesy距离计算、欧式距离计算、GDAL空间计算等不同的方法最后对比不同的计算方法得到的结果为大家对距离的计算有更多的掌握和了解。行文仓促定有许多不足之处如有不足还请各位专家博主在评论区留言指出不胜感激。
