目录

前言

一、空间数据库求解

1、PostGIS实现

二、GIS前端组件求解

1、Leaflet.js距离测算

2、Turf.js前端计算 

三、后台距离计算生成 

1、欧式距离

2、Haversice球面距离

3、GeoTools距离计算

4、Gdal距离生成

  5、geodesy距离计算

四、成果与生成对比

1、Java不同生成方法对比

2、各种生成方式对比

五、总结

前言

        空间距离是指物体在空间中的位置之间的距离，通常用来描述物体之间的相对位置关系。在日常生活中，我们经常使用距离来描述物体的位置关系，比如在行驶中使用路程来描述两个地点之间的距离，或者在导航中使用地图上的距离来指引行驶方向。在物理学和数学中，距离是一个重要的概念，它被用来描述空间中的位置关系，衡量物体之间的远近。空间距离的研究对于理解物体的位置关系、运动轨迹、引力场等具有重要的意义。下面是在某地图软件中，使用测距的方式直接量算的长度示例。

        在地理世界中，在导航系统中，物流系统中，旅游景点等应用。距离这个概念更是非常常见的，比如在导航系统中，从家到某商场的距离；在快递物流行业中，我们从浙江义乌的小商品城购买一件物品，然后邮寄到家；还可能我们计划出门旅游，那么我们想知道家到目的地的实际距离有多远等等场景，都是非常具有代表性的距离求解和应用场景。

        伴随着生活的不断进步，在我们的生活中，我们会应用更多距离计算。作为一位GIS开发者，距离是空间分析中最简单的一种类型。本文将详细的讲解各种不同位置距离计算方法，首先讲解使用空间数据库的直接求解办法，其次介绍在前端组件如Leaflet.js、Turf.js等组件中进行求解的办法，然后基于Java语言讲解后端的详细计算方法，包括Java直接求解、GeoTools计算、geodesy距离计算、欧式距离计算、GDAL空间计算等不同的方法，最后对比不同的计算方法得到的结果，为大家对距离的计算有更多的掌握和了解。

一、空间数据库求解

        在进行空间距离求解时，我们这里假定一种场景。比如以共享单车为例，需要计算从起始点到结束点的距离，这里涉及到两个信息，也就是已知两个经纬度坐标点，即：

和

，在给定两个包含经纬度坐标的点后，我们来求解其距离。我们计算从某公园的一角到地铁站的距离，首先我们在地图上将这个点标记出来，得到这两点的实际经纬度。实现方法是在Leaflet中绑定点击事件，然后在点击事件中输出具体的坐标。

        在地图上标记出两个位置，得到需要计算的两个点的具体经纬度信息：                 ​​​​​​​        

和

。

表示起点，

表示目的地。后续的计算均以这两个坐标点为起始位置。

1、PostGIS实现

        为了简单起见，这里的空间数据库实现，我们采用PostGIS来进行开发数据库。当然在实际开发过程中，除了可以选择PostGIS数据库，还可以选择其它的空间数据库，比如MySQL或者Oracle SDE等。在PostGIS数据库中，我们可以使用ST_Distance()和ST_GeomFromText()进行查询，首先使用ST_GeomFromText()将字符串转换为Geography，然后再使用ST_Distance()来进行记录求解，请注意，在进行求解时，务必保证安装PostGIS扩展。

<code>SELECT

ST_Distance (

ST_GeomFromText ( 'POINT(112.867699 28.194674)', 4326 ) :: geography,

ST_GeomFromText ( 'POINT(112.876024 28.189038)', 4326 ) :: geography

) AS distance;

        这里选择将geometry转换为geography字段是为了将输出的结果转换为常见的距离单位，米。在postgis中，会自动根据不同的投影类型来得到距离结果，如果用4326的参考系，得到的结果将是度。 在PostGIS中使用空间数据库的方式的消耗时间大约是：3毫秒，两点间的测算距离是1028.7251米。速度也是非常快的。

二、GIS前端组件求解

        在介绍完空间数据库的求解模式后。接下来我们介绍一下基于WebGIS的前端组件求解方式。这种解决方式比较适用于以前端为主的应用中，不需要数据库的支持。常见的WebGIS前端组件也有许多，二维常见的有Leaflet、OpenLayers等，三维有Cesium等。这里我们已Leaflet为例，同时讲解在Turf.js中是如何实现的。

1、Leaflet.js距离测算

        首先来看一下再Leaflet.js中进行距离的计算，得到的结果是多少。首先我们需要在页面中引用到Leaflet.js，可以是本地的离线资源，也可以是在线资源。可以直接使用Leaflet.js的相关API来进行。关键代码如下：

<code>let latlng1 = L.latLng(28.194674, 112.867699);

// 第二个点

let latlng2 = L.latLng(28.189038, 112.876024);

// 计算两点之间的距离

let distance = latlng1.distanceTo(latlng2);

        使用Leaflet的距离求解方法得到的距离是：1028.79098米，耗时5毫秒。

2、Turf.js前端计算 

        Turf.js也是一款在WebGIS系统开发当中很常见的前端计算框架，在之前的一些博客中曾经做了比较详细的介绍，关于turf.js，它就像一个宝藏一样，值得我们去学习研究，发现更多的实用功能。turf可以和Leaflet或者openLayers，cesium等配合使用。这里重点讲解如何使用Turf.js来进行距离运算。关键代码如下：

<code>var from = turf.point([112.867699,28.194674]);

var to = turf.point([112.876024,28.189038]);

var options = { units: "meters" };//设置单位为米

var distance = turf.distance(from, to, options);//求解计算

        使用Turf.js的距离求解方法得到的距离是：1028.7924米，耗时4毫秒。

三、后台距离计算生成 

        在了解空间数据库生成和WebGIS前端组件生成方式之后，我们来看一下如何使用后台服务的生成方式。这里以Java开发语言为例，主要介绍如何使用Java来进行不同的距离进行生成。包括但不限于欧式距离、球面距离、GeoTools距离生成、Gdal距离生成、Geodesy距离生成等。

1、欧式距离

        欧式距离（Euclidean distance）是最直接距离度量方式，用于计算两个点在欧几里得空间中的直线距离，如果有两个点：

和

在二维空间中，它们之间的欧式距离d 可以通过下面的公式来计算：

        根据上面的公式定义，可以直接使用Java原始的计算方式来计算，关键代码如下所示：

<code>/**

* 计算两点的欧式距离

* @param p0 起始点

* @param p1 结束点

* @return

*/

public static double calculateEuclideanDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {

Long start = System.currentTimeMillis();

double result = Math.sqrt(Math.pow(p1.x - p0.x, 2) + Math.pow(p1.y - p0.y, 2));

Long end= System.currentTimeMillis();

System.out.println("计算耗时：" + ( end - start) + "毫秒");

return result;

}

2、Haversice球面距离

        Haversice公式，通过两点计算大圆距离，（即球面上两点的最短距离），Haversice的数学表达：设两点的经纬度分别为（lat1，lon1）和（lat2，lon2），其中经度和纬度以弧度为单位。地球的平均半径R约为6371公里。Haversice的计算步骤为：

        首先将经纬度从度数转换为弧度（考虑曲率）。lat1,lon1,lat2,lon2 ->rad。然后计算经度和纬度的差值，

以及

,最后使用下面的公式计算距离：

d=R * c

        在上面的公式中，d表示两点间的距离。将上述公式转换为代码后如下所示：

<code>/**

* 计算两个位置的球面距离

* @param p0 起始点

* @param p1 目标点

* @return

*/

public static double calculateHaversineDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {

Long start = System.currentTimeMillis();

double radLat1 = Math.toRadians(p0.x);

double radLon1 = Math.toRadians(p0.y);

double radLat2 = Math.toRadians(p1.x);

double radLon2 = Math.toRadians(p1.y);

double deltaLat = radLat2 - radLat1;

double deltaLon = radLon2 - radLon1;

double a = Math.pow(Math.sin(deltaLat / 2), 2) + Math.cos(radLat1) * Math.cos(radLat2) *

Math.pow(Math.sin(deltaLon / 2), 2);

double c = 2 * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1 - a));

double distance = EARTH_RADIUS * c;

Long end= System.currentTimeMillis();

System.out.println("计算耗时：" + ( end - start) + "毫秒");

return distance;

}

3、GeoTools距离计算

        我们可以直接利用GeoTools来直接进行距离的计算，它以API的方式直接提供调用，这里我们不深入核心的计算方法，具体大家可以深入源码去看。示例的关键代码如下：

/**

* 使用Geotools来求解距离使用WGS84参考系

* @param p0 起始点

* @param p1 目标点

* @return

*/

public static double geoToolsDistanceWithWgs84Crs(Coordinate p0, Coordinate p1) {

Long start = System.currentTimeMillis();

// 84坐标系构造GeodeticCalculator

GeodeticCalculator geodeticCalculator = new GeodeticCalculator(DefaultGeographicCRS.WGS84);

// 起点经纬度

geodeticCalculator.setStartingGeographicPoint(p0.x, p0.y);

// 末点经纬度

geodeticCalculator.setDestinationGeographicPoint(p1.x, p1.y);

// 计算距离，单位：米

double result = geodeticCalculator.getOrthodromicDistance();

Long end= System.currentTimeMillis();

System.out.println("计算耗时：" + ( end - start) + "毫秒");

return result;

}

4、Gdal距离生成

        与GeoTools类似，在Java开发当中，除了可以使用GeoTools中进行距离计算。Gdal也是同样可以进行距离计算的。   

/**

* 使用gdal来计算两个点距离

* @param p0 起始点

* @param p1 目标点

* @return

*/

public static double calculateGdalDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {

Long start = System.currentTimeMillis();

// 注册所有的GDAL驱动

gdal.AllRegister();

// 创建两个点的几何对象

Geometry point1 = ogr.CreateGeometryFromWkt("POINT ("+ p0.y+" "+p0.x+")");

Geometry point2 = ogr.CreateGeometryFromWkt("POINT ("+ p1.y+" "+p1.x+")");

// 创建空间参考对象

SpatialReference srs = new SpatialReference();

// 导入WGS84坐标系的EPSG代码

srs.ImportFromEPSG(4326);

// 为几何对象设置空间参考

point1.AssignSpatialReference(srs);

point2.AssignSpatialReference(srs);

// 计算两个点之间的距离

double distance = point1.Distance(point2);

// 输出距离，注意GDAL返回的距离单位可能与坐标系单位不同，需要根据实际情况转换

System.out.println("Distance: " + distance);

Long end= System.currentTimeMillis();

System.out.println("计算耗时：" + ( end - start) + "毫秒");

return distance;

}

  5、geodesy距离计算

        与Gdal与GeoTools不同，geodesy是一个轻量级的地理分析和处理框架。因此我们可以可以使用geodesy来进行距离的计算，关键计算过程如下所示：

/**

* 使用geodesy来计算两个点距离

* @param p0 起始点

* @param p1 目标点

* @return

*/

public static double calculateGeodesyDistance(Coordinate p0, Coordinate p1) {

Long start = System.currentTimeMillis();

//创建GeodeticCalculator，调用计算方法，传入坐标系、经纬度用于计算距离

GeodeticCurve geoCurve = new org.gavaghan.geodesy.GeodeticCalculator().calculateGeodeticCurve(

Ellipsoid.WGS84,

new GlobalCoordinates(p0.x, p0.y),

new GlobalCoordinates(p1.x, p1.y)

);

double result = geoCurve.getEllipsoidalDistance();

Long end= System.currentTimeMillis();

System.out.println("计算耗时：" + ( end - start) + "毫秒");

return result;

}

        以上就是5种使用java生成距离的方式，通过以上的代码均可生成距离。

四、成果与生成对比

        这里将对生成的距离成果与不同的生成方式进行对比，方便大家对结果和生成过程有一个具体的认识。

1、Java不同生成方法对比

        我们以Junit代码为例，分别调用上述的代码，用来计算两个点的距离和生成时间。代码如下：

@Test

public void testGeoToolsDis() {

Coordinate coord1 = new Coordinate(112.867699, 28.194674); //出发的位置

Coordinate coord2 = new Coordinate(112.876024, 28.189038); // 到达的经纬度

double distance = geoToolsDistanceWithDefaultCrs(coord1, coord2);

System.out.println("geotools Distance no crs: " + distance + " meters");

System.out.println("********************************************");

distance = geoToolsDistanceWithWgs84Crs(coord1,coord2);

System.out.println("geotools Distance crs: " + distance + " meters");

System.out.println("********************************************");

double distance1 = calculateEuclideanDistance(coord1,coord2);

System.out.println("欧式距离(度)：" + distance1);

distance = distance1 * EARTH_RADIUS * Math.PI / 180 * 1000;

System.out.println("欧式距离(米）：" + distance + " meters");

System.out.println("********************************************");

distance = calculateHaversineDistance(coord1,coord2) * 1000;

System.out.println("球面距离：Haversine Distance: " + distance + " meters");

System.out.println("********************************************");

distance = calculateGeodesyDistance(coord1,coord2);

System.out.println("Geodesy Distance: " + distance + " meters");

System.out.println("********************************************");

distance = calculateGdalDistance(coord1,coord2);

distance = distance * EARTH_RADIUS * Math.PI / 180 * 1000;

System.out.println("Gdal Distance: " + distance + " meters");

}

        可以控制台看到以下的输出：

计算耗时：230毫秒

geotools Distance no crs: 1028.725087712003 meters

********************************************

计算耗时：1790毫秒

geotools Distance crs: 1028.725087712003 meters

********************************************

计算耗时：0毫秒

欧式距离(度)：0.010053363665956643

欧式距离(米）：1119.1353240538915 meters

********************************************

计算耗时：0毫秒

球面距离：Haversine Distance: 958.2800850973537 meters

********************************************

计算耗时：5毫秒

Geodesy Distance: 960.1006447758463 meters

********************************************

Distance: 0.010053363665956643

计算耗时：336毫秒

Gdal Distance: 1119.1353240538915 meters

        请注意，在上面的计算过程中，使用欧式距离是，首先生成出来的是度，而不是我们的预期米。因此需要进行转换。转换代码可以参考上面的示例代码。

2、各种生成方式对比

        这里将提供两种数据结果对比，第一种是提供表格的形式，第二种是提供图表的形式。如下表所示：

        将上面的各种距离生成结果使用图表的形式来展示，如下所示：

五、总结

        以上就是本文的主要内容，本文将详细的讲解各种不同位置距离计算方法，首先讲解使用空间数据库的直接求解办法，其次介绍在前端组件如Leaflet.js、Turf.js等组件中进行求解的办法，然后基于Java语言讲解后端的详细计算方法，包括Java直接求解、GeoTools计算、geodesy距离计算、欧式距离计算、GDAL空间计算等不同的方法，最后对比不同的计算方法得到的结果，为大家对距离的计算有更多的掌握和了解。行文仓促，定有许多不足之处，如有不足，还请各位专家博主在评论区留言指出，不胜感激。