坐标系转换 Python 实现

本文将介绍一种 Python 实现，该实现可以在 WGS-84，GCJ-02（火星坐标系），以及 BD-09（百度坐标系）之间进行坐标转换。

坐标系简介

  • WGS-84 即地球坐标系，国际上通用的坐标系(设备一般包含GPS或者北斗芯片获取的经纬度为WGS84坐标–谷歌地图获取的是WGS84坐标(但是中国除外))

  • GCJ-02坐标系 ，即火星坐标系，有中国国家测绘局制定的地理信息系统的系统坐标。由WGS84坐标系经过加密后实现的；

  • BD-09坐标系 ，即百度坐标系，由GCJ-02坐标系经过加密后的坐标系

    捕获.PNG

坐标系统转换情况

  1. 高德地图提供了WGS转火星坐标系的方法；
  2. 百度地图提供了WGS转百度地图的方法；
  3. 微信获取地理位置默认WGS可选择为火星坐标

同一个地点不同坐标系下的坐标

  • 谷歌地图：39.9821199343,116.3263878498
  • 百度地图：39.9878838520,116.3330148177
  • 腾讯高德：39.9821328830,116.3264038577
  • 图吧地图：39.9813033330,116.3156777777
  • 谷歌地球：39.9808333330,116.3202777777
  • 北纬N39°58′51.00″ 东经E116°19′13.00″
  • 海拔：56.89 米
  • 靠近：北京市海淀区科学院南路6号
  • 周边：中国科学院计算技术研究所 约55米
  • 参考：北京市海淀区中关村街道科煦社区

Python 实现

坐标系转换原理如下：

map

以下是 Python 的实现，包括以下几个函数：

  • gcj02_to_bd09(lng, lat): 火星坐标系(GCJ-02)转百度坐标系(BD-09)
  • bd09_to_gcj02(bd_lon, bd_lat): 百度坐标系(BD-09)转火星坐标系(GCJ-02)
  • wgs84_to_gcj02(lng, lat): WGS84转GCJ02(火星坐标系)
  • gcj02_to_wgs84(lng, lat): GCJ02(火星坐标系)转GPS84
  • bd09_to_wgs84(bd_lon, bd_lat): 百度坐标系(BD-09)转GPS84
  • wgs84_to_bd09(lon, lat): GPS84转百度坐标系(BD-09)
#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

__author = "Brady_Hu"

import math

x_pi = math.pi  * 3000.0 / 180.0

a = 6378245.0  # 长半轴
ee = 0.00669342162296594323  # 扁率


def gcj02_to_bd09(lng, lat):
    """
    火星坐标系(GCJ-02)转百度坐标系(BD-09)
    谷歌、高德——>百度
    :param lng:火星坐标经度
    :param lat:火星坐标纬度
    :return:
    """
    z = math.sqrt(lng * lng + lat * lat) + 0.00002 * math.sin(lat * x_pi)
    theta = math.atan2(lat, lng) + 0.000003 * math.cos(lng * 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(bd_lon, bd_lat):
    """
    百度坐标系(BD-09)转火星坐标系(GCJ-02)
    百度——>谷歌、高德
    :param bd_lat:百度坐标纬度
    :param bd_lon:百度坐标经度
    :return:转换后的坐标列表形式
    """
    x = bd_lon - 0.0065
    y = bd_lat - 0.006
    z = math.sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * math.sin(y * x_pi)
    theta = math.atan2(y, x) - 0.000003 * math.cos(x * x_pi)
    gg_lng = z * math.cos(theta)
    gg_lat = z * math.sin(theta)
    return [gg_lng, gg_lat]


def wgs84_to_gcj02(lng, lat):
    """
    WGS84转GCJ02(火星坐标系)
    :param lng:WGS84坐标系的经度
    :param lat:WGS84坐标系的纬度
    :return:
    """
    if out_of_china(lng, lat):  # 判断是否在国内
        return lng, lat
    dlat = _transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    dlng = _transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    radlat = lat / 180.0 * pi
    magic = math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    sqrtmagic = math.sqrt(magic)
    dlat = (dlat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic) * pi)
    dlng = (dlng * 180.0) / (a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * pi)
    mglat = lat + dlat
    mglng = lng + dlng
    return [mglng, mglat]


def gcj02_to_wgs84(lng, lat):
    """
    GCJ02(火星坐标系)转GPS84
    :param lng:火星坐标系的经度
    :param lat:火星坐标系纬度
    :return:
    """
    if out_of_china(lng, lat):
        return lng, lat
    dlat = _transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    dlng = _transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    radlat = lat / 180.0 * math.pi
    magic = math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    sqrtmagic = math.sqrt(magic)
    dlat = (dlat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic) * math.pi)
    dlng = (dlng * 180.0) / (a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * math.pi)
    mglat = lat + dlat
    mglng = lng + dlng
    return [lng * 2 - mglng, lat * 2 - mglat]


def bd09_to_wgs84(bd_lon, bd_lat):
    lon, lat = bd09_to_gcj02(bd_lon, bd_lat)
    return gcj02_to_wgs84(lon, lat)


def wgs84_to_bd09(lon, lat):
    lon, lat = wgs84_to_gcj02(lon, lat)
    return gcj02_to_bd09(lon, lat)


def _transformlat(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))
    sin_lng_pi = math.sin(6.0 * lng * math.pi)
    sin_2_lng_pi = math.sin(2.0 * lng * math.pi)
    sin_lat_pi = math.sin(lat * math.pi)
    sin_lat_3_pi = math.sin(lat / 3.0 * math.pi)
    sin_lat_12_pi = math.sin(lat / 12.0 * math.pi)
    sin_lat_30_pi = math.sin(lat * math.pi / 30.0)
    ret += (20.0 * sin_lng_pi + 20.0 * sin_2_lng_pi) * 2.0 / 3.0
    ret += (20.0 * sin_lat_pi + 40.0 * sin_lat_3_pi) * 2.0 / 3.0
    ret += (160.0 * sin_lat_12_pi + 320 * sin_lat_30_pi) * 2.0 / 3.0
    return ret

def _transformlng(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 * math.pi) + 20.0 *
            math.sin(2.0 * lng * math.pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (20.0 * math.sin(lng * math.pi) + 40.0 *
            math.sin(lng / 3.0 * math.pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (150.0 * math.sin(lng / 12.0 * math.pi) + 300.0 *
            math.sin(lng / 30.0 * math.pi)) * 2.0 / 3.0
    return ret


def out_of_china(lng, lat):
    """
    判断是否在国内，不在国内不做偏移
    :param lng:
    :param lat:
    :return:
    """
    return not (lng > 73.66 and lng < 135.05 and lat > 3.86 and lat < 53.55)

if __name__ == '__main__':
    lng = 113.224367
    lat = 25.69346
    result5 = bd09_to_wgs84(lng, lat)
    #result1 = gcj02_to_bd09(lng, lat)
    #result2 = bd09_to_gcj02(lng, lat)
    #result3 = wgs84_to_gcj02(lng, lat)
    #result4 = gcj02_to_wgs84(lng, lat)
    #result5 = wgs84_to_bd09(lng, lat)

    print(result)

使用方法

以下是如何使用这些函数的示例：

lng = 114.224367
lat = 24.69
result = bd09_to_wgs84(lng, lat)
print(result)

在上述代码中，我们将百度坐标系(BD-09)的坐标转换为GPS84坐标系的坐标，并打印出结果。

结论

本文档提供了一种 Python 实现，该实现可以在 WGS-84，GCJ-02（火星坐标系），以及 BD-09（百度坐标系）之间进行坐标转换。这些函数可以用于各种需要进行坐标转换的应用，包括地图应用、地理信息系统等。