利用米勒投影法实现经纬度和平面坐标的相互转换

本文介绍了一种使用米勒投影将地球经纬度坐标转换为平面笛卡尔坐标的C++实现方法。该方法通过简单的数学公式实现了坐标转换,并提供了从笛卡尔坐标回转经纬度的逆向转换过程。

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      常用的地球经纬度与平面坐标的转换方法有米勒投影、墨卡托投影、横轴墨卡托投影(也叫UTM投影,百度地图api就用的是这个)、高斯-克吕格投影、Lambert等角正割圆锥投影等

       因为我这里需求是地球经纬度坐标转平面笛卡尔坐标,所以选和墨卡托投影方式类似的米勒投影。这种投影简单是说,就是假设有一个和赤道垂直的圆柱套在地球上,然后在地心点亮一盏灯,灯光将地球各个点投影在圆柱上,在把圆柱展开,就得到地球的平面投影了,示意图如下:

        使用这种方式得到的投影地图在两极会拉长,如图所示:

       米勒投影和墨卡托投影类似,只是在几点区域面积变形不如后者。使用米勒投影法实现地球经纬度坐标与笛卡尔平面坐标互相转换的C++源码如下:

#include <math.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define M_PI       3.14159265358979323846

double* MillierConvertion(double lat, double lon)
{
	double L = 6381372 * M_PI * 2;//地球周长  
	double W = L;// 平面展开后,x轴等于周长  
	double H = L / 2;// y轴约等于周长一半  
	double mill = 2.3;// 米勒投影中的一个常数,范围大约在正负
### 将经纬度转换米勒坐标的算法实现经纬度转换米勒坐标是一种常见的地理空间数据处理技术。以下是基于 Python 的具体实现方式: #### 米勒投影原理概述 米勒投影(Miller Projection)是对墨卡托投影的一种改进,其目的是减少高纬度地区的变形程度。它通过调整纬度计算公式来降低极地区域的放大效应。 #### 算法核心公式 给定经度 \( \text{lon} \) 纬度 \( \text{lat} \),可以按照如下公式将其映射到平面坐标系中的 \( x, y \): \[ L = 6381372 \times \frac{\pi}{2} \] \[ W = L,\quad H = \frac{L}{2} \] \[ x = (\frac{W}{2}) + (\frac{W}{2\pi}) \cdot \lambda \] \[ y = (\frac{H}{2}) - (\frac{H}{2m}) \cdot m \ln(\tan(\frac{\pi}{4}+\frac{\phi}{2})) \] 其中: - \( \lambda \) 是经度转弧度后的值; - \( \phi \) 是纬度转弧度后的值; - 常数 \( m = 2.3 \)。 --- #### Python 实现代码 以下是一个完整的 Python 函数用于完成该转换过程: ```python import math def millerToXY(lon, lat): """ 使用米勒投影经纬度转换平面坐标 (x, y) 参数: lon: float 类型,表示经度 lat: float 类型,表示维度 返回: tuple(float, float), 表示转换后的平面坐标 (x, y) """ # 定义常量 L = 6381372 * math.pi / 2 W = L H = L / 2 mill = 2.3 # 转换角度制为弧度制 lambda_rad = lon * math.pi / 180 phi_rad = lat * math.pi / 180 # 计算 X 坐标 x = (W / 2) + ((W / (2 * math.pi)) * lambda_rad) # 计算 Y 坐标 y = (H / 2) - ((H / (2 * mill)) * \ (math.log(math.tan((math.pi / 4) + (0.4 * phi_rad))))) return round(x), round(y) ``` 上述函数实现了从经纬度米勒坐标的转换逻辑[^1]。 --- #### 测试案例 假设输入一组经纬度 `(120.7867915, 24.3729099)`,调用 `millerToXY` 可得到对应的米勒坐标: ```python if __name__ == "__main__": longitude = 120.7867915 latitude = 24.3729099 result = millerToXY(longitude, latitude) print(f"米勒坐标: {result}") ``` 运行结果可能类似于 `[33500.41531086378, 8133.060038815809]`[^2]。 --- #### MATLAB 对应实现 如果需要在 MATLAB 中实现相同的转换功能,则可参考以下脚本[^3]: ```matlab function [x, y] = millerProjection(lon, lat) % Miller 投影参数定义 L = 6381372 * pi / 2; W = L; H = L / 2; mill = 2.3; % 弧度转换 lambda_rad = deg2rad(lon); phi_rad = deg2rad(lat); % X 坐标计算 x = (W / 2) + ((W / (2 * pi)) * lambda_rad); % Y 坐标计算 y = (H / 2) - ((H / (2 * mill)) * log(tan(pi / 4 + (0.4 * phi_rad)))); end ``` 此 MATLAB 函数同样完成了经纬度米勒坐标的转换操作。 ---
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