python - 计算地球上两个坐标之间的距离

Question

我得到两个坐标对，格式为 90°0′0″N 0°0′0″E 作为字符串，我想计算半径为 R= 的球体上这些点之间的距离6371公里。

网上找了两个公式here ，“haversine”和“余弦的球面定律”，但它们似乎不起作用。对于应该返回 2*pi*R/4 的 90° 角，haversine 操作正确但余弦失败并返回 0。具有更多随机坐标的不同点使用两种算法返回错误值:半正弦太高，余弦太低。

是我的实现有误还是我选择了错误的算法？

我应该如何进行这些计算(坐标对与地球表面的距离)？

(是的，我知道我还没有检查 N/S 和 E/W，但测试的坐标都在东北半球。)

这是我的 Python 3 代码:

import math, re
R = 6371
PAT = r'(\d+)°(\d+)′(\d+)″([NSEW])'

def distance(first, second):
    def coords_to_rads(s):  
        return [math.radians(int(d) +int(m)/60 +int(s)/3600) \
                for d, m, s, nswe in re.findall(PAT, s)]

    y1, x1 = coords_to_rads(first)
    y2, x2 = coords_to_rads(second)  
    dx = x1 - x2  
    dy = y1 - y2  

    print("coord string:", first, "|", second)
    print("coord radians:", y1, x1, "|", y2, x2)
    print("x/y-distances:", dy, dx)

    a = math.sin(dx/2)**2 + math.cos(x1) * math.cos(x2) * math.sin(dy/2)**2  
    c = 2 * math.atan2(math.sqrt(a), math.sqrt(1-a))  
    haversine =  R * c  

    law_of_cosines = math.acos( math.sin(x1) * math.sin(x2) + \
                                math.cos(x1) * math.cos(x2) ) * R

    print("HS:", round(haversine, 2), "LOC:", round(law_of_cosines, 2))

    return haversine
    #return law_of_cosines

if __name__ == '__main__':
    def test(result, correct):
        print("result: ", result)
        print("correct:", correct)

    test(distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "0°0′0″N, 0°0′0″E"), 10007.5)
    test(distance("51°28′48″N 0°0′0″E", "46°12′0″N, 6°9′0″E"), 739.2)
    test(distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "90°0′0″S, 0°0′0″W"), 20015.1)
    test(distance("33°51′31″S, 151°12′51″E", "40°46′22″N 73°59′3″W"), 15990.2)

这是一些输出:

coord string: 90°0′0″N 0°0′0″E | 0°0′0″N, 0°0′0″E
coord radians: 1.5707963267948966 0.0 | 0.0 0.0
x/y-distances: 1.5707963267948966 0.0
HS: 10007.54 LOC: 0.0
result: 10007.543398010286
correct: 10007.5

coord string: 51°28′48″N 0°0′0″E | 46°12′0″N, 6°9′0″E
coord radians: 0.8984954989266809 0.0 | 0.8063421144213803 0.10733774899765128
x/y-distances: 0.09215338450530064 -0.10733774899765128
HS: 900.57 LOC: 683.85
result: 900.5669567853056
correct: 739.2

Answer 1

看起来您在计算 a 时混淆了 x 和 y。您应该取纬度 (y) 的余弦，而不是经度 (x)。

我通过将您的 distance 更改为 angular_distance(即不要乘以 R)并添加一些额外的测试发现了这一点:

test(angular_distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "89°0′0″N, 0°0′0″E"), math.radians(1))
test(angular_distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "80°0′0″N, 0°0′0″E"), math.radians(10))
test(angular_distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "50°0′0″N, 0°0′0″E"), math.radians(40))
test(angular_distance("90°0′0″N 0°0′0″E", "50°0′0″N, 20°0′0″E"), math.radians(40))