轻松实现坐标转换(UTM和经纬度坐标的转换) 2008-01-16 19:15 来源：developerWorks 中国很多流行的应用程序可以提供基于位置的服务，但是计算机如何识别真实世界中的位置呢？很多方法都涉及 到地理坐标系统，并且在实际应用中存在不同的此类系统。在本文中，应用程序架构师 Sami Salkosuo 演示 了使用 Java 代码在两种流行的系统之间转换位置数据：人们较为熟悉的经纬度系统和统一横轴墨卡托投影 （Universal Transverse Mercator）系统。位置服务 包括基于 GPS 的导航系统和地图站点（如 Google Maps 和 Yahoo! Maps） 现在深受客户 欢迎。很多企业已经利用了某些位置感知服务，而更多的用户将加入到这个行列中来，因为他们已认识到该 服务带来的优势和潜能。在 2006 年，Garter 就曾表示，“位置感知服务在未来两到五年内将成为主流”，并且 已经有 “越来越多的组织部署了位置感知移动业务应用程序。”（请参阅 参考资料，获得该报告的链接）。 当企业决定实现某种位置感知应用程序时，编写此类应用程序的任务最终都落在开发人员的身上。构建位置 感知服务涉及多种任务，或大或小，其中一项任务（相对较小）可能要将一种系统坐标转换为另一种系统坐 标。本文将演示执行此类转换的代码，从而帮助您节省大量的工作。两种不同的坐标系统在详细研究本文代码之前，首先需要讨论即将处理的代码所属的坐标系统：较为熟悉的经纬度系统和统一横 轴墨卡托投影系统（Universal Transverse Mercator，UTM）。我们还要提到以 UTM 为基础的军事格网参考 系 (MGRS)。经纬度系统经纬度系统可能是最为人熟知的地理坐标设计方法。它使用两个数值表示位置。纬度 表示从地球中心到地球 表面东西方向线之间的角度。经度 指从地球中心到地球表面南北方向线之间的角度。经纬度可以表示为十进 制角度（DD），或表示为度、分、和秒（DMS）；后者的格式可表示为诸如 493000“ S 123000“ E。这是 GPS 设备使用的典型格式。 地球以赤道（0 纬线）为界，分为南半球和北半球，又以 0 经线（从南极到北极的假想线，通过英国的格 林威治市）为界分为东西半球。北半球的纬度从 0 度到 90 度，而南半球的纬度从 0 度到 -90 度。东半球的 经度范围从 0 度到 180 度，西半球的经度范围为 0 度到 -180 度。 举例说明，坐标 61.44，25.40（使用 DD 单位）或 612624N，252360E（使用 DMS 单位）位于芬兰南 部。坐标 -47.04, -73.48（使用 DD 单位）或 470224S，732848W（使用 DMS 单位）位于智利南部。统一横轴墨卡托投影UTM 坐标系统使用基于网格的方法表示坐标。UTM 系统将地球分为 60 个区，每个区基于横轴墨卡托投影。 绘图法中的地图投影方法可以在平面中表示一个两维的曲面，例如一个标准地图。 UTM 经度区范围为 1 到 60；其中 58 个区的东西跨度为 6（稍后详细讨论另外两个区）。经度区涵盖了地 球中纬度范围从 80S 到 84N 之间的所有区域。 一共有 20 个 UTM 纬度区，每个区的南北跨度为 8；使用字母 C 到 X 标识（其中没有字母 I 和 O）。A、B、Y、Z 区不在系统范围以内；它们覆盖了南极和北极区。两个非标准的经度区：32V 区被扩展为 覆盖整个挪威的南部，而 31V 区被缩小，所以只覆盖了一片汪洋大海。 UTM 坐标的表示格式为：经度区纬度区以东以北，其中以东 表示从经度区的中心子午线的投影距离，而以北 表示距离赤道的投影距离。这个两个值的单位均为米。举例来说，使用 UTM 表示经/纬度坐标 61.44，25.40 的结果就是 35 V 414668 6812844；而经/纬度坐标 -47.04，-73.48 的表示结果为 18 G 615471 4789269。 军事格网参考系MGRS 是北约（NATO）军事组织使用的标准坐标系统。MGRS 以 UTM 为基础并进一步将每个区划分为 100 km 100 km 的小方块。这些方块使用两个相连的字母标识：第一个字母表示经度区的东西位置，而第二个 字母表示南北位置。 例如，UTM 点 35 V 414668 6812844 等价于 MGRS 点 35VMJ1466812844。该 MGRS 点精度为米，使用 15 个字符表示，其中最后 10 个字符表示指定网格中的以东和以北的值。可以使用 15 个字符表示 MGRS 值（如 前例），也可表示为 13、11、9 或 7 个字符；因此，所表示的值的精度分别为 1 米、10 米、100 米、1,000 米或 10,000 米。 本文并未对 MGRS 进行详细说明，但是本文的下载代码包含了经纬度坐标和 MGRS 坐标之间的转换。坐标转换确定地球上某个位置的经度和纬度坐标的最低需求是，你至少能够看到星星和太阳，并具备一个六分仪和能 够显示 GMT 时间的时钟 T。根据空中某个物体与地平线之间的角度可以确定纬度，然后根据地球旋转计算出 经度。本文并未详细讨论这些细节（想要了解更多请参阅 参考资料），相反，我们假设您已经具有 DD、DMS 或 UTM 格式的坐标。 在十进制角度和度/分/秒格式之间进行转换DD 和 DMS 坐标格式之间的转换非常简单。下面给出了 DD 到 DMS 的转换公式： DD: dd.ff DMS: dd mm ssdd=dd mm.gg=60*ff ss=60*gg这里的 gg 代表计算的小数部分。负纬度表示位于南半球（S）的位置而负经度表示西半球（W）的位置。例 如，假设您具有一个 DD 格式的坐标 61.44，25.40。按照下面的公式将其转换：lat dd=61 lat mm.gg=60*0.44=26.4 lat ss=60*0.4=24以及： lon dd=25 lon mm.gg=60*0.40=24.0 lon ss=60*0.0=0因此，转换为 DMS 格式的坐标变成了 612624N 252400E。将 DMS 转换为 DD 格式的公式如下所示： DD: dd.ff DMS: dd mm ssdd.ff=dd + mm/60 + ss/3600注意，南半球（S）的位置为负纬度，西半球（W）位置为负经度。现在将 DMS 格式坐标 470224S 和 732848W 转换为 DD 格式的坐标：lat dd.ff= - (47 + 2/60 + 24/3600 )=-47.04 lon dd.ff= - (73 + 28/60 + 48/3600)=-73.48转换后的 DD 格式的坐标为 -47.04 和 -73.48。 在经纬度和 UTM 坐标之间进行转换十进制坐标可通过一个六分仪和一个记时计确定，与此不同的是，必须通过计算才能确定 UTM 坐标。虽然这 些计算无非是最基本的三角形和代数计算，但是所使用的公式非常复杂。如果您阅读了 “The Universal Grids: Universal Transverse Mercator (UTM) and Universal Polar Stereographic (UPS)”（参阅 参考资料 获得链 接），就知道它有多复杂了。本文没有给出 UTM 转换公式，但是可从下面一节中给出的源代码中窥探一二，更多信息请参阅 参考资料 提 供的链接。 使用 Java 代码转换坐标本节介绍了执行坐标转换（十进制角度和 UTM）的库类的源代码。该 Java 类名为 com.ibm.util.CoordinateConversion；其思想是构建一个提供转换方法的类。该类包含实际执行转换的内部 类；如果需要的话，可以从 CoordinateConversion 类中重构内部类，从而创建一个库包或向现有包添加类。 该类执行的转换精度低于 1 米。 CoordinateConversion 的源代码包含大约 750 行代码，因此本文没有全部显示。以下小节描述了有关方法， 本文的 下载 小节中附带了完整的源代码。 CoordinateConversionCoordinateConversion 是主类，它被实例化为在需要是执行坐标转换。清单 1 展示了相关的公共方法，以及 CoordinateConversion 类中包含的私有内部类： 清单 1. CoordinateConversionpublic class CoordinateConversion public CoordinateConversion() public double utm2LatLon(String UTM) UTM2LatLon c = new UTM2LatLon(); return c.convertUTMToLatLong(UTM); public String latLon2UTM(double latitude, double longitude) LatLon2UTM c = new LatLon2UTM(); return c.convertLatLonToUTM(latitude, longitude); /.implementation omittedprivate class LatLon2UTM public String convertLatLonToUTM(double latitude, double longitude) /.implementation omitted /.implementation omitted private class LatLon2MGRUTM extends LatLon2UTM public String convertLatLonToMGRUTM(double latitude, double longitude) /.implementation omitted /.implementation omitted private class MGRUTM2LatLon extends UTM2LatLon public double convertMGRUTMToLatLong(String mgrutm) /.implementation omitted /.implementation omitted private class UTM2LatLon public double convertUTMToLatLong(String UTM) /.implementation omitted /.implementation omitted private class Digraphs /used to get digraphs when doing conversion between /lat/long and MGRS /.implementation omitted private class LatZones /include methods to determine latitude zones /.implementation omitted 下一节将进一步探讨经纬度与 UTM 之间的转换。 将经纬度转换为 UTM将经纬度坐标转换为 UTM 坐标需要使用 String latLon2UTM(double latitude, double longitude) 方法。该方法 的实现创建了一个新的内部类 LatLon2UTM c = new LatLon2UTM(); 实例，并将 UTM 坐标返回为由 15 个字 符