JAVA：使用 Geodesy 进行地理计算的技术指南

1、简述

在地理信息系统 (GIS) 和导航应用中，精确的地理计算是基础。Geodesy 是一个流行的 Java 库，用于处理地理位置、距离、方向等相关计算。它基于 WGS84 坐标系，并提供了丰富的工具，适用于各种地理计算需求。

本博客将介绍 Geodesy 的核心功能，并提供详细的实践样例，帮助开发者快速上手。

2、核心功能

• 地理距离计算
  计算两点之间的最短路径距离（大圆距离）。
• 方位角计算
  计算从一点到另一点的方向。
• 点的移动
  根据方位角和距离，从一个点计算出另一个点。
• 区域边界
  计算以某点为中心、指定距离的区域边界。

在 Maven 项目中添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>org.gavaghan</groupId>
    <artifactId>geodesy</artifactId>
    <version>1.1.3</version>
</dependency>

3、运用样例

3.1 计算两点之间的距离

计算地球表面两点之间的大圆距离。

import org.gavaghan.geodesy.*;

public class GeodesyExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义两个地理位置 (经度, 纬度)
        GlobalCoordinates pointA = new GlobalCoordinates(34.052235, -118.243683); // 洛杉矶
        GlobalCoordinates pointB = new GlobalCoordinates(40.712776, -74.005974); // 纽约

        // 使用 WGS84 椭球体
        GeodeticCalculator calculator = new GeodeticCalculator();
        Ellipsoid reference = Ellipsoid.WGS84;

        // 计算距离（米）
        GeodeticCurve curve = calculator.calculateGeodeticCurve(reference, pointA, pointB);
        double distance = curve.getEllipsoidalDistance();

        System.out.println("洛杉矶到纽约的距离: " + distance / 1000 + " 公里");
    }
}

3.2 计算方位角

计算从一个点到另一个点的方向角。

public class BearingExample {
    public static void main(String[] args) {
        GlobalCoordinates pointA = new GlobalCoordinates(34.052235, -118.243683); // 洛杉矶
        GlobalCoordinates pointB = new GlobalCoordinates(40.712776, -74.005974); // 纽约

        GeodeticCalculator calculator = new GeodeticCalculator();
        Ellipsoid reference = Ellipsoid.WGS84;

        // 计算方位角
        GeodeticCurve curve = calculator.calculateGeodeticCurve(reference, pointA, pointB);
        double azimuth = curve.getAzimuth();

        System.out.println("洛杉矶到纽约的方位角: " + azimuth + " 度");
    }
}

3.3 根据距离和方向计算新的地理位置

从一个点出发，根据方向和距离计算目标点的经纬度。

public class DestinationExample {
    public static void main(String[] args) {
        GlobalCoordinates startPoint = new GlobalCoordinates(34.052235, -118.243683); // 洛杉矶

        // 距离（米）和方向（角度）
        double distance = 100000; // 100 公里
        double azimuth = 45; // 东北方向

        GeodeticCalculator calculator = new GeodeticCalculator();
        Ellipsoid reference = Ellipsoid.WGS84;

        GlobalCoordinates destination = calculator.calculateEndingGlobalCoordinates(
                reference, startPoint, azimuth, distance);

        System.out.println("新地点的经纬度: ");
        System.out.println("纬度: " + destination.getLatitude());
        System.out.println("经度: " + destination.getLongitude());
    }
}

3.4 计算点的边界

获取以某点为中心的圆形区域边界。

public class BoundaryExample {
    public static void main(String[] args) {
        GlobalCoordinates center = new GlobalCoordinates(34.052235, -118.243683); // 洛杉矶

        // 距离范围（米）
        double radius = 50000; // 50 公里

        GeodeticCalculator calculator = new GeodeticCalculator();
        Ellipsoid reference = Ellipsoid.WGS84;

        // 计算4个方向的边界点
        double[] azimuths = {0, 90, 180, 270}; // 北、东、南、西
        for (double azimuth : azimuths) {
            GlobalCoordinates boundaryPoint = calculator.calculateEndingGlobalCoordinates(
                    reference, center, azimuth, radius);

            System.out.println("方位角 " + azimuth + " 的边界点:");
            System.out.println("纬度: " + boundaryPoint.getLatitude());
            System.out.println("经度: " + boundaryPoint.getLongitude());
        }
    }
}

4、使用场景

• 物流和导航
  计算配送路径和配送区域。
• 地理围栏
  在应用中定义特定区域，并判断用户是否在范围内。
• 距离排序
  在服务中按用户和目标地点的距离进行排序。
• 实时跟踪
  用于基于 GPS 的实时监控系统。

5、结语

Geodesy 是处理地理计算的强大工具，其 API 简洁易用，非常适合需要高精度计算的 GIS 和导航应用。通过本文的实例代码，相信大家可以轻松上手并灵活应用于实际场景。