//Polar.cpp
/**
*
* Polar 投影(扫描方式,自正北方向顺时针)
*
* How to use Polar class:
*
* Polar polar = new Polar(Point(240, 240), 109.24, 24.35, 1.5);//构造函数
* polar->setScale(1.0);//设置比例尺,1公里对应1个像素点
* ...
*
**/
#include "Polar.h"
/**
*
* 扫描平面
* /
* /
* /
* /
* /
* / 仰角
* -------------------- 0度平面
*
* 如图所示:
* 扫描平面=>0度平面需要乘以cos(仰角)
* 0度平面=>扫描平面需要除以cos(仰角)
*
* 注意,日常显示的雷达图是扫描平面上的图。本类所说的屏幕指扫描平面。
*
*/
/**
* 雷达扫描示意图
*
* 359 0
* | radius
* | /
* | /
* |angle/
* | /
* | ^ /
* | /
* | /
* |/
* 270 -----------------中心----------------- 90
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* 180
*/
/**
* 功能:角度转换继弧度
* 参数:
* degrees - 角度值
* 返回值:
* 弧度值
*/
double Polar::toRadians(double degrees) {
return(PI/180.0*degrees);
}
/**
* 功能:角度转换继弧度
* 参数:
* degrees - 角度值
* 返回值:
* 弧度值
*/
double Polar::toDegrees(double radians) {
return(radians*180.0/PI);
}
/**
* 功能:计算球面上两点间的距离(单位:公在edu.gimdr.Atmos.Meteorology类中写有,为避免import过多的类,故重写一份
* 参数:
* lon1,lat1 - 第1点的位置(经纬度)
* lon2,lat2 - 第2点的位置(经纬度)
* 返回值:
* 球面距离
*/
double Polar::distanceOfSphere(double lon1, double lat1, double lon2, double lat2) {
//A(x,y)
//B(a,b)
//AB球面距离=R*{arccos[cos(b)*cos(y)*cos(a-x)+sin(b)*sin(y)]}, by Google
double rlon1 = toRadians(lon1);
double rlat1 = toRadians(lat1);
double rlon2 = toRadians(lon2);
double rlat2 = toRadians(lat2);
double val = acos(cos(rlat2)*cos(rlat1)*cos(rlon2-rlon1)+sin(rlat2)*sin(rlat1));
val *= RADIUS;
return(val);
}
/**
* 功能:构造函数
* 参数:
* pos - 中心对应的屏幕位置
* lon - 中心对应的经度坐标
* lat - 中心对应的纬度坐标
* 返回值:
* 无
*/
Polar::Polar(Point pos, double lon, double lat) {
elevation = 0.0;//无仰角
cosineElevation = 1.0;
setCenterPosition(pos);
setCenterCoordinate(lon, lat);
}
/**
* 功能:构造函数
* 参数:
* pos - 中心对应的屏幕位置
* lon - 中心对应的经度坐标
* lat - 中心对应的纬度坐标
* elv = 仰角
* 返回值:
* 无
*/
Polar::Polar(Point pos, double lon, double lat, double elv) {
elevation = fabs(elv);
while(elevation >= 90.0) {//在0-90度之间,但不能为90度
elevation -= 90.0;
}
cosineElevation = cos(elevation);//仰角的余弦值
setCenterPosition(pos);
setCenterCoordinate(lon, lat);
}
/**
* 功能:获得极坐标中心位置
* 参数:
* 无
* 返回值:
* 极坐标中心对应的屏幕位置
*/
Point Polar::getCenterPosition() {
return(centerPosition);
}
/**
* 功能:设置极坐标的中心位置(屏幕坐标)
* 参数:
* pos - 新的中心位置(屏幕坐标)
* 返回值:
* 无
*/
void Polar::setCenterPosition(Point pos) {
centerPosition = pos;
}
/**
* 功能:获得极坐标中心对应的经度坐标
* 参数:
* 无
* 返回值:
* 极坐标中心对应的经度坐标
*/
double Polar::getCenterLongitude() {
return(centerLongitude);
}
/**
* 功能:获得极坐标中心对应的纬度坐标
* 参数:
* 无
* 返回值:
* 极坐标中心对应的纬度坐标
*/
double Polar::getCenterLatitude() {
return(centerLatitude);
}
/**
* 功能:设置极坐标的中心位置(经纬度坐标)
* 参数:
* lon - 新的中心位置(经度值)
* lat - 新的中心位置(纬度值)
* 返回值:
* 无
*/
void Polar::setCenterCoordinate(double lon, double lat) {
centerLongitude = lon;
centerLatitude = lat;
//中心经纬度或仰角发生改变,必须重新计算经向和纬向的1度对应的球面距离
kmPerDegreeX = distanceOfSphere(erLongitude, centerLatitude, centerLongitude+1.0, centerLatitude) / cosineElevation;
kmPerDegreeY = distanceOfSphere(erLongitude, centerLatitude, centerLongitude, centerLatitude+1.0) / cosineElevation;
}
/**
* 功能:获得仰角
* 参数:
* 无
* 返回值:
* 仰角的度数
*/
double Polar::getElevation() {
return(toDegrees(elevation));
}
/**
* 功能:设置仰角
* 参数:
* elv - 新的仰角
* 返回值:
* 无
*/
void Polar::setElevation(double elv) {
elevation = fabs(elv);
while(elevation >= 90.0) {//在0-90度之间,但不能为90度
elevation -= 90.0;
}
cosineElevation = cos(elevation);//仰角的余弦值
//中心经纬度或仰角发生改变,必须重新计算经向和纬向的1度对应的球面距离
kmPerDegreeX = distanceOfSphere(erLongitude, centerLatitude, centerLongitude+1.0, centerLatitude) / cosineElevation;
kmPerDegreeY = distanceOfSphere(erLongitude, centerLatitude, centerLongitude, centerLatitude+1.0) / cosineElevation;
}
/**
* 功能:获得比例尺,即1公里对应的像素点数
* 参数:
* 无
* 返回值:
* 比例尺
*/
double Polar::getScale() {
return(perKilometer);
}
/**
* 功能:设置比例尺,即1公里对应的像素点数
* 参数:
* value - 比例尺数值
* 返回值:
* 无
*/
void Polar::setScale(double value) {
perKilometer = value;
}
/**
* 功能:获得经纬度对应的屏幕像素坐标,与雷达仰角有关,主要用于体扫数据显示、底图叠加等。
* 参数:
* lon - 经度
* lat - 纬度
* 返回值:
* 对应的屏幕坐标
*/
Point Polar::getPosition(double lon, double lat) {
double disX = distanceOfSphere( centerLatitude, centerLongitude, centerLatitude)/cosineElevation;
double disY = distanceOfSphere(erLongitude, lat, centerLongitude, centerLatitude)/cosineElevation;
return(Point(centerPosition.x+(lon>erLongitude?1:-1)*(int)(disX*perKilometer),centerPosition.y-(lat>erLatitude?1:-1)*(int)(disY*perKilometer)));
}
/**
* 功能:获得极坐标对应的屏幕像素坐标,与雷达仰角无关,主要用于体扫数据显示、底图叠加等。
* 参数:
* radius - 极半径
* angle - 角度(以正北方向顺时针)
* 返回值:
* 对应的屏幕坐标
*/
Point Polar::getXY(double radius, double angle) {
int x = (int)(radius * sin(toRadians(angle)));
int y = (int)(radius * cos(toRadians(angle)));
return(Point(centerPosition.x+x, centerPosition.y-y));
}
/**
* 功能:获得屏幕像素点位置的极坐标半径,由于是输入参数是扫描平面上的值,故与雷达仰角无关。
* 参数:
* x - 水平坐标
* y - 垂直坐标
* 返回值:
* 与极坐标中心的距离,即极半径
*/
double Polar::getRadius(int x, int y) {
return((1.0*(x-centerPosition.x)*(x-centerPosition.x)+1.0*(y-centerPosition.y)*(y-centerPosition.y)));
}
/**
* 功能:获得经纬度位置的极坐标半径,与雷达仰角有关。
* 参数:
* lon - 经度坐标
* lat - 纬度坐标
* 返回值:
* 与极坐标中心的距离(象素点),即极半径
*/
double Polar::getRadius(double lon, double lat) {
Point pos = getPosition(lon, lat);//此函数已经考虑了仰角的影响
return(getRadius(pos.x, pos.y));
}
/**
* 功能:获得屏幕像素点位置的极坐标角度(扫描平面与0度平面均相同),与雷达仰角无关。
* 参数:
* x - 水平坐标
* y - 垂直坐标
* 返回值:
* 角度值,自正北方向顺时针
*/
double Polar::getAngle(int x, int y) {
double agl = 0.0;
if( x == centerPosition.x && y == centerPosition.y ) {//重合
agl = 0.0;
}
else if( x == centerPosition.x ) {
agl = y > centerPosition.y ? 180.0 : 360.0;
}
else if( y == centerPosition.y ) {
agl = x > centerPosition.x ? 90.0 : 270.0;
}
else {
agl = toDegrees(atan(1.0*fabs(x-centerPosition.x)/fabs(y-centerPosition.y)));
agl =
x > centerPosition.x && y < centerPosition.y ? agl : //直角坐标的第一象限
x < centerPosition.x && y < centerPosition.y ? 180.0 - agl : //直角坐标的第二象限
x < centerPosition.x && y > centerPosition.y ? 180.0 + agl : //直角坐标的第三象限
x > centerPosition.x && y > centerPosition.y ? 360.0 - agl : //直角坐标的第四象限
agl;
}
return(agl);
}
/**
* 功能:获得经纬度位置的极坐标角度(扫描平面与0度平面均相同),与雷达仰角无关。
* 参数:
* lon - 水平坐标
* lat - 垂直坐标
* 返回值:
* 角度值,自正北方向顺时针
*/
double Polar::getAngle(double lon, double lat) {
/*
//若通过获得屏幕坐标来计算角度,精度比较差,特别是在极坐标中心附近
Point p = getPosition(lon, lat);
return(getAngle(p.x, p.y);
*/
double agl = 0.0;
if( lon == centerLongitude && lat == centerLatitude ) {//重合
agl = 0.0;
}
else if( lon == centerLongitude ) {
agl = lat > centerLatitude ? 360.0 : 180.0;
}
else if( lat == centerLatitude ) {
agl = lon > centerLongitude ? 90.0 : 270.0;
}
else {
//注:由于经向和纬向的球面距离不等(华南,经向>纬向),故点(1,1)与中心点(0,角不等45度,而应是略大于45度
agl = toDegrees(atan((fabs(lon-centerLongitude)*kmPerDegreeX)/(fabs(centerLatitude)*kmPerDegreeY)));
agl =
lon > centerLongitude && lat > centerLatitude ? agl : //第一象限
lon < centerLongitude && lat > centerLatitude ? 180.0 - agl : //第二象限
lon < centerLongitude && lat < centerLatitude ? 180.0 + agl : //第三象限
lon > centerLongitude && lat < centerLatitude ? 360.0 - agl : //第四象限
agl;
}
//System.out.println(agl);
return(agl);
}
/**
* 功能:获得屏幕坐标对应的经度值(根据目标点的经向球面距离来计算,雷达南面和北面的值略有差别),与雷达仰角有关。
* 主要用于雷达产品的定位、底图叠加、转换为经纬度网格产品、拼图等。
* 参数:
* x - 横坐标,自西向东
* y - 纵坐标,自北向南
* 返回值:
* 对应的经度坐标
*/
double Polar::getLongitude(int x, int y) {
double lat = getLatitude(x, y);
double disX0 = distanceOfSphere(erLongitude, lat, centerLongitude+1.0, lat);//0度平面上1经度的球面距离
double disX = disX0 / cosineElevation; //扫描平面上1经度的距离
double perDegreeX = disX * perKilometer; //扫描平面上1经度的对应的像素点数
return(centerLongitude + (x - centerPosition.x) / perDegreeX);
}
/**
* 功能:获得屏幕坐标对应的纬度值(根据极坐标中心点的纬向球面距离来计算),与雷达仰角有关。
* 主要用于雷达产品的定位、底图叠加、转换为经纬度网格产品、拼图等。
* 参数:
* x - 横坐标,自西向东(未用到)
* y - 纵坐标,自北向南
* 返回值:
* 对应的纬度坐标
*/
double Polar::getLatitude(int x, int y) {
/**
* 目标点 A(X,Y) 弧度
* 中心点 B(A,B) 弧度
* AB球面距离=R*{arccos[cos(B)*cos(Y)*cos(A-X)+sin(B)*sin(Y)]}, by Google
* 经度相同 => AB = R*{arccos[cos(B)*cos(Y)+sin(B)*sin(Y)]}
* => AB = R*{arccos[cos(B-Y)]}
* => AB = R * (B-Y)
* => AB / R = B - Y
* => Y = B - AB /R
* => Y = B - (y-centerPosition.y)/perKilometer/R
*/
double val = toRadians(centerLatitude) + (centerPosition.y-y)*cosineElevation/perKilometer;
double fRadius = RADIUS;
val = val / fRadius;
return(toDegrees(val));
}