Найти расстояние между двумя координатами в mongodb [duplicate]

Ищите haversine с Google; вот мое решение:

#include <math.h>
#include "haversine.h"

#define d2r (M_PI / 180.0)

//calculate haversine distance for linear distance
double haversine_km(double lat1, double long1, double lat2, double long2)
{
    double dlong = (long2 - long1) * d2r;
    double dlat = (lat2 - lat1) * d2r;
    double a = pow(sin(dlat/2.0), 2) + cos(lat1*d2r) * cos(lat2*d2r) * pow(sin(dlong/2.0), 2);
    double c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1-a));
    double d = 6367 * c;

    return d;
}

double haversine_mi(double lat1, double long1, double lat2, double long2)
{
    double dlong = (long2 - long1) * d2r;
    double dlat = (lat2 - lat1) * d2r;
    double a = pow(sin(dlat/2.0), 2) + cos(lat1*d2r) * cos(lat2*d2r) * pow(sin(dlong/2.0), 2);
    double c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1-a));
    double d = 3956 * c; 

    return d;
}

Версия C # для Haversine

double _eQuatorialEarthRadius = 6378.1370D;
double _d2r = (Math.PI / 180D);

private int HaversineInM(double lat1, double long1, double lat2, double long2)
{
    return (int)(1000D * HaversineInKM(lat1, long1, lat2, long2));
}

private double HaversineInKM(double lat1, double long1, double lat2, double long2)
{
    double dlong = (long2 - long1) * _d2r;
    double dlat = (lat2 - lat1) * _d2r;
    double a = Math.Pow(Math.Sin(dlat / 2D), 2D) + Math.Cos(lat1 * _d2r) * Math.Cos(lat2 * _d2r) * Math.Pow(Math.Sin(dlong / 2D), 2D);
    double c = 2D * Math.Atan2(Math.Sqrt(a), Math.Sqrt(1D - a));
    double d = _eQuatorialEarthRadius * c;

    return d;
}

Вот .NET-скрипт этого , так что вы можете проверить его с помощью своего собственного Lat / Longs.

// Может быть, ошибка опечатки? У нас есть неиспользуемый переменный dlon в GetDirection, я предполагаю, что

double y = Math.Sin(dlon) * Math.Cos(lat2);
// cannot use degrees in Cos ?

должен быть

double y = Math.Sin(dlon) * Math.Cos(dlat);

вы можете найти реализацию этого (с некоторым хорошим объяснением) в F # на fssnip

вот важные части:

let GreatCircleDistance<[<Measure>] 'u> (R : float<'u>) (p1 : Location) (p2 : Location) =
    let degToRad (x : float<deg>) = System.Math.PI * x / 180.0<deg/rad>

    let sq x = x * x
    // take the sin of the half and square the result
    let sinSqHf (a : float<rad>) = (System.Math.Sin >> sq) (a / 2.0<rad>)
    let cos (a : float<deg>) = System.Math.Cos (degToRad a / 1.0<rad>)

    let dLat = (p2.Latitude - p1.Latitude) |> degToRad
    let dLon = (p2.Longitude - p1.Longitude) |> degToRad

    let a = sinSqHf dLat + cos p1.Latitude * cos p2.Latitude * sinSqHf dLon
    let c = 2.0 * System.Math.Atan2(System.Math.Sqrt(a), System.Math.Sqrt(1.0-a))

    R * c

Если вам нужно что-то более точное, тогда посмотрите на это .

Формулы Винценти - это два связанных итерационных метода, используемых в геодезии, для вычисления расстояния между двумя точками на поверхности сфероида, разработанной Таддеусом Винценти (1975а). Они основаны на предположении, что фигура Земли является сплюснутым сфероидом и, следовательно, более точна, чем методы, такие как расстояние между большими кругами, которое принимает сферическую Землю.

Первый (прямой) метод вычисляет местоположение точки, которая является заданным расстоянием и азимутом (направлением) от другой точки. Второй (обратный) метод вычисляет географическое расстояние и азимут между двумя заданными точками. Они широко используются в геодезии, поскольку они точны с точностью до 0,5 мм (0,020 дюйма) на эллипсоиде Земли.

Если вы используете .NET, не изобретайте колесо. См. System.Device.Location . Отметьте fnx в комментариях в другом ответе .

using System.Device.Location;

double lat1 = 45.421527862548828D;
double long1 = -75.697189331054688D;
double lat2 = 53.64135D;
double long2 = -113.59273D;

GeoCoordinate geo1 = new GeoCoordinate(lat1, long1);
GeoCoordinate geo2 = new GeoCoordinate(lat2, long2);

double distance = geo1.GetDistanceTo(geo2);

    private double deg2rad(double deg)
    {
        return (deg * Math.PI / 180.0);
    }

    private double rad2deg(double rad)
    {
        return (rad / Math.PI * 180.0);
    }

    private double GetDistance(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2)
    {
        //code for Distance in Kilo Meter
        double theta = lon1 - lon2;
        double dist = Math.Sin(deg2rad(lat1)) * Math.Sin(deg2rad(lat2)) + Math.Cos(deg2rad(lat1)) * Math.Cos(deg2rad(lat2)) * Math.Cos(deg2rad(theta));
        dist = Math.Abs(Math.Round(rad2deg(Math.Acos(dist)) * 60 * 1.1515 * 1.609344 * 1000, 0));
        return (dist);
    }

    private double GetDirection(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2)
    {
        //code for Direction in Degrees
        double dlat = deg2rad(lat1) - deg2rad(lat2);
        double dlon = deg2rad(lon1) - deg2rad(lon2);
        double y = Math.Sin(dlon) * Math.Cos(lat2);
        double x = Math.Cos(deg2rad(lat1)) * Math.Sin(deg2rad(lat2)) - Math.Sin(deg2rad(lat1)) * Math.Cos(deg2rad(lat2)) * Math.Cos(dlon);
        double direct = Math.Round(rad2deg(Math.Atan2(y, x)), 0);
        if (direct < 0)
            direct = direct + 360;
        return (direct);
    }

    private double GetSpeed(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2, DateTime CurTime, DateTime PrevTime)
    {
        //code for speed in Kilo Meter/Hour
        TimeSpan TimeDifference = CurTime.Subtract(PrevTime);
        double TimeDifferenceInSeconds = Math.Round(TimeDifference.TotalSeconds, 0);
        double theta = lon1 - lon2;
        double dist = Math.Sin(deg2rad(lat1)) * Math.Sin(deg2rad(lat2)) + Math.Cos(deg2rad(lat1)) * Math.Cos(deg2rad(lat2)) * Math.Cos(deg2rad(theta));
        dist = rad2deg(Math.Acos(dist)) * 60 * 1.1515 * 1.609344;
        double Speed = Math.Abs(Math.Round((dist / Math.Abs(TimeDifferenceInSeconds)) * 60 * 60, 0));
        return (Speed);
    }

    private double GetDuration(DateTime CurTime, DateTime PrevTime)
    {
        //code for speed in Kilo Meter/Hour
        TimeSpan TimeDifference = CurTime.Subtract(PrevTime);
        double TimeDifferenceInSeconds = Math.Abs(Math.Round(TimeDifference.TotalSeconds, 0));
        return (TimeDifferenceInSeconds);
    }

Думаю, ты хочешь этого по искривлению земли. Ваши две точки и центр земли находятся на плоскости. Центр Земли - это центр круга на этой плоскости, и две точки (примерно) расположены по периметру этого круга. Из этого вы можете рассчитать расстояние, узнав, что угол от одной точки к другой.

Если точки не совпадают с высотами, или если вам нужно учитывать, что земля не идеальная сфера становится немного сложнее.

Это очень легко сделать с типом географии в SQL Server 2008.

SELECT geography::Point(lat1, lon1, 4326).STDistance(geography::Point(lat2, lon2, 4326))
-- computes distance in meters using eliptical model, accurate to the mm

4326 является SRID для модели эллипсоидальной Земли WGS84

Это версия от «Генри Вилинского», адаптированная для MySQL и километров:

CREATE FUNCTION `CalculateDistanceInKm`(
  fromLatitude float,
  fromLongitude float,
  toLatitude float, 
  toLongitude float
) RETURNS float
BEGIN
  declare distance float;

  select 
    6367 * ACOS(
            round(
              COS(RADIANS(90-fromLatitude)) *
                COS(RADIANS(90-toLatitude)) +
                SIN(RADIANS(90-fromLatitude)) *
                SIN(RADIANS(90-toLatitude)) *
                COS(RADIANS(fromLongitude-toLongitude))
              ,15)
            )
    into distance;

  return  round(distance,3);
END;

Здесь он находится в C # (lat и long в радианах):

double CalculateGreatCircleDistance(double lat1, double long1, double lat2, double long2, double radius)
{
    return radius * Math.Acos(
        Math.Sin(lat1) * Math.Sin(lat2)
        + Math.Cos(lat1) * Math.Cos(lat2) * Math.Cos(long2 - long1));
}

Если ваш lat и long находятся в градусах, разделите их на 180 / PI для преобразования в радианы.

Этот код Lua адаптирован из материала, найденного в Википедии, и в инструменте GPSbabel Роберта Липе :

local EARTH_RAD = 6378137.0 
  -- earth's radius in meters (official geoid datum, not 20,000km / pi)

local radmiles = EARTH_RAD*100.0/2.54/12.0/5280.0;
  -- earth's radius in miles

local multipliers = {
  radians = 1, miles = radmiles, mi = radmiles, feet = radmiles * 5280,
  meters = EARTH_RAD, m = EARTH_RAD, km = EARTH_RAD / 1000, 
  degrees = 360 / (2 * math.pi), min = 60 * 360 / (2 * math.pi)
}

function gcdist(pt1, pt2, units) -- return distance in radians or given units
  --- this formula works best for points close together or antipodal
  --- rounding error strikes when distance is one-quarter Earth's circumference
  --- (ref: wikipedia Great-circle distance)
  if not pt1.radians then pt1 = rad(pt1) end
  if not pt2.radians then pt2 = rad(pt2) end
  local sdlat = sin((pt1.lat - pt2.lat) / 2.0);
  local sdlon = sin((pt1.lon - pt2.lon) / 2.0);
  local res = sqrt(sdlat * sdlat + cos(pt1.lat) * cos(pt2.lat) * sdlon * sdlon);
  res = res > 1 and 1 or res < -1 and -1 or res
  res = 2 * asin(res);
  if units then return res * assert(multipliers[units])
  else return res
  end
end

Вот функция Haversine в Python, которую я использую:

from math import pi,sqrt,sin,cos,atan2

def haversine(pos1, pos2):
    lat1 = float(pos1['lat'])
    long1 = float(pos1['long'])
    lat2 = float(pos2['lat'])
    long2 = float(pos2['long'])

    degree_to_rad = float(pi / 180.0)

    d_lat = (lat2 - lat1) * degree_to_rad
    d_long = (long2 - long1) * degree_to_rad

    a = pow(sin(d_lat / 2), 2) + cos(lat1 * degree_to_rad) * cos(lat2 * degree_to_rad) * pow(sin(d_long / 2), 2)
    c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1 - a))
    km = 6367 * c
    mi = 3956 * c

    return {"km":km, "miles":mi}

я взял верхний ответ и использовал его в программе Scala

import java.lang.Math.{atan2, cos, sin, sqrt}

def latLonDistance(lat1: Double, lon1: Double)(lat2: Double, lon2: Double): Double = {
    val earthRadiusKm = 6371
    val dLat = (lat2 - lat1).toRadians
    val dLon = (lon2 - lon1).toRadians
    val latRad1 = lat1.toRadians
    val latRad2 = lat2.toRadians

    val a = sin(dLat / 2) * sin(dLat / 2) + sin(dLon / 2) * sin(dLon / 2) * cos(latRad1) * cos(latRad2)
    val c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1 - a))
    earthRadiusKm * c
}

. Я использовал функцию, чтобы иметь возможность легко создавать функции, у которых одно из двух мест исправлено и для получения расстояния требуется только пара lat / lon.

Версия Scala

  def deg2rad(deg: Double) = deg * Math.PI / 180.0

  def rad2deg(rad: Double) = rad / Math.PI * 180.0

  def getDistanceMeters(lat1: Double, lon1: Double, lat2: Double, lon2: Double) = {
    val theta = lon1 - lon2
    val dist = Math.sin(deg2rad(lat1)) * Math.sin(deg2rad(lat2)) + Math.cos(deg2rad(lat1)) *
      Math.cos(deg2rad(lat2)) * Math.cos(deg2rad(theta))
    Math.abs(
      Math.round(
        rad2deg(Math.acos(dist)) * 60 * 1.1515 * 1.609344 * 1000)
    )
  }

Версия PHP:

(Удалите все deg2rad(), если ваши координаты уже находятся в радианах.)

$R = 6371; // km
$dLat = deg2rad($lat2-$lat1);
$dLon = deg2rad($lon2-$lon1);
$lat1 = deg2rad($lat1);
$lat2 = deg2rad($lat2);

$a = sin($dLat/2) * sin($dLat/2) +
     sin($dLon/2) * sin($dLon/2) * cos($lat1) * cos($lat2); 

$c = 2 * atan2(sqrt($a), sqrt(1-$a)); 
$d = $R * $c;

здесь реализация Swift из ответа

func degreesToRadians(degrees: Double) -> Double {
    return degrees * Double.pi / 180
}

func distanceInKmBetweenEarthCoordinates(lat1: Double, lon1: Double, lat2: Double, lon2: Double) -> Double {

    let earthRadiusKm: Double = 6371

    let dLat = degreesToRadians(degrees: lat2 - lat1)
    let dLon = degreesToRadians(degrees: lon2 - lon1)

    let lat1 = degreesToRadians(degrees: lat1)
    let lat2 = degreesToRadians(degrees: lat2)

    let a = sin(dLat/2) * sin(dLat/2) +
    sin(dLon/2) * sin(dLon/2) * cos(lat1) * cos(lat2)
    let c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1 - a))
    return earthRadiusKm * c
}

Мне нужно было рассчитать множество расстояний между точками моего проекта, поэтому я пошел дальше и попытался оптимизировать код, который я нашел здесь. В среднем в разных браузерах моя новая реализация выполняется в 2 раза быстрее, чем самый предыдущий ответ.

function distance(lat1, lon1, lat2, lon2) {
  var p = 0.017453292519943295;    // Math.PI / 180
  var c = Math.cos;
  var a = 0.5 - c((lat2 - lat1) * p)/2 + 
          c(lat1 * p) * c(lat2 * p) * 
          (1 - c((lon2 - lon1) * p))/2;

  return 12742 * Math.asin(Math.sqrt(a)); // 2 * R; R = 6371 km
}

Вы можете играть с моим jsPerf и видеть результаты здесь .

Недавно мне нужно было сделать то же самое в python, так что вот реализация python:

from math import cos, asin, sqrt
def distance(lat1, lon1, lat2, lon2):
    p = 0.017453292519943295
    a = 0.5 - cos((lat2 - lat1) * p)/2 + cos(lat1 * p) * cos(lat2 * p) * (1 - cos((lon2 - lon1) * p)) / 2
    return 12742 * asin(sqrt(a))

И ради полноты: Haversine на wiki.

Это зависит от того, насколько точно вам это нужно, если вам нужна точная точность, лучше всего взглянуть на алгоритм с использованием эллипсоида, а не сферы, такой как алгоритм Винцентия, который точно соответствует миллиметру. http://en.wikipedia.org/wiki/Vincenty%27s_algorithm

Java-версия алгоритма Хаверсина, основанная на ответе Романа Макарова на эту тему

public class HaversineAlgorithm {

    static final double _eQuatorialEarthRadius = 6378.1370D;
    static final double _d2r = (Math.PI / 180D);

    public static int HaversineInM(double lat1, double long1, double lat2, double long2) {
        return (int) (1000D * HaversineInKM(lat1, long1, lat2, long2));
    }

    public static double HaversineInKM(double lat1, double long1, double lat2, double long2) {
        double dlong = (long2 - long1) * _d2r;
        double dlat = (lat2 - lat1) * _d2r;
        double a = Math.pow(Math.sin(dlat / 2D), 2D) + Math.cos(lat1 * _d2r) * Math.cos(lat2 * _d2r)
                * Math.pow(Math.sin(dlong / 2D), 2D);
        double c = 2D * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1D - a));
        double d = _eQuatorialEarthRadius * c;

        return d;
    }

}

Мне нужно было реализовать это в PowerShell, надеюсь, что это может помочь кому-то другому. Некоторые примечания об этом методе

1. Не разделяйте ни одну из строк, или вычисление будет неправильным
2. Для вычисления в KM удалите * 1000 при расчете $ distance
3. Измените $ earthsRadius = 3963.19059 и удалите * 1000 при расчете $ distance, чтобы вычислить расстояние в милях
4. Я использую Haversine, поскольку другие сообщения указывают на формулы Винценти гораздо точнее

   Function MetresDistanceBetweenTwoGPSCoordinates($latitude1, $longitude1, $latitude2, $longitude2)  
   {  
     $Rad = ([math]::PI / 180);  
   
     $earthsRadius = 6378.1370 # Earth's Radius in KM  
     $dLat = ($latitude2 - $latitude1) * $Rad  
     $dLon = ($longitude2 - $longitude1) * $Rad  
     $latitude1 = $latitude1 * $Rad  
     $latitude2 = $latitude2 * $Rad  
   
     $a = [math]::Sin($dLat / 2) * [math]::Sin($dLat / 2) + [math]::Sin($dLon / 2) * [math]::Sin($dLon / 2) * [math]::Cos($latitude1) * [math]::Cos($latitude2)  
     $c = 2 * [math]::ATan2([math]::Sqrt($a), [math]::Sqrt(1-$a))  
   
     $distance = [math]::Round($earthsRadius * $c * 1000, 0) #Multiple by 1000 to get metres  
   
     Return $distance  
   }
   

я. Что касается метода «Breadcrumbs»

1. Радиус Земли различен на разных латах. Это должно быть учтено в алгоритме Хаверсина
2. . Рассмотрим изменение подшипника, которое превращает прямые в арки (которые длиннее)
3. . С учетом изменения скорости арки преобразуются в спирали ( которые длиннее или короче арки).
4. Изменение высоты повернет плоские спирали к трехмерным спиралям (которые длиннее). Это очень важно для холмистых областей.

Ниже приведена функция в C, которая учитывает # 1 и # 2:

double   calcDistanceByHaversine(double rLat1, double rLon1, double rHeading1,
       double rLat2, double rLon2, double rHeading2){
  double rDLatRad = 0.0;
  double rDLonRad = 0.0;
  double rLat1Rad = 0.0;
  double rLat2Rad = 0.0;
  double a = 0.0;
  double c = 0.0;
  double rResult = 0.0;
  double rEarthRadius = 0.0;
  double rDHeading = 0.0;
  double rDHeadingRad = 0.0;

  if ((rLat1 < -90.0) || (rLat1 > 90.0) || (rLat2 < -90.0) || (rLat2 > 90.0)
              || (rLon1 < -180.0) || (rLon1 > 180.0) || (rLon2 < -180.0)
              || (rLon2 > 180.0)) {
        return -1;
  };

  rDLatRad = (rLat2 - rLat1) * DEGREE_TO_RADIANS;
  rDLonRad = (rLon2 - rLon1) * DEGREE_TO_RADIANS;
  rLat1Rad = rLat1 * DEGREE_TO_RADIANS;
  rLat2Rad = rLat2 * DEGREE_TO_RADIANS;

  a = sin(rDLatRad / 2) * sin(rDLatRad / 2) + sin(rDLonRad / 2) * sin(
              rDLonRad / 2) * cos(rLat1Rad) * cos(rLat2Rad);

  if (a == 0.0) {
        return 0.0;
  }

  c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1 - a));
  rEarthRadius = 6378.1370 - (21.3847 * 90.0 / ((fabs(rLat1) + fabs(rLat2))
              / 2.0));
  rResult = rEarthRadius * c;

  // Chord to Arc Correction based on Heading changes. Important for routes with many turns and U-turns

  if ((rHeading1 >= 0.0) && (rHeading1 < 360.0) && (rHeading2 >= 0.0)
              && (rHeading2 < 360.0)) {
        rDHeading = fabs(rHeading1 - rHeading2);
        if (rDHeading > 180.0) {
              rDHeading -= 180.0;
        }
        rDHeadingRad = rDHeading * DEGREE_TO_RADIANS;
        if (rDHeading > 5.0) {
              rResult = rResult * (rDHeadingRad / (2.0 * sin(rDHeadingRad / 2)));
        } else {
              rResult = rResult / cos(rDHeadingRad);
        }
  }
  return rResult;
}

II.

Средняя скорость.

Trip_distance = Trip_average_speed * Trip_time

Поскольку скорость GPS определяется эффектом Допплера и не имеет прямого отношения к [Lon, Lat], его можно, по крайней мере, считать вторичным (резервное копирование или исправление), если не как метод расчета основного расстояния.

Недавно мне пришлось сделать то же самое. Я нашел этот сайт очень полезным, объясняя сферический триггер примерами, с которыми легко было следовать.