Java根据位置获取经纬度计算距离

1. 业务概述

平时我们在使用美团，饿了么，飞猪，携程，去哪儿等APP的时候，都会显示商家或者景点与我们当前位置的距离，这种基于地理位置的服务，统一被称为LBS（Location Based Service），而LBS的实现则是借助于GIS等信息技术实现。GIS(Geographic information system)地理信息系统。
本文要实现的是基于位置信息计算距离。

2. 原理分析

由出发点详细地址信息与目的地详细地址信息，通过高德地理信息API获取经纬度信息，通过经纬度信息计算得出大概位置距离。

由于地球是一个椭圆形，我们在计算的时候有点麻烦，所以我们更常用的方式是将地球作为一个球形来计算，而计算球面上任意两点之间的距离的公式通常有两种：Great-circle distance和Haversine formula，而目前大多数公司都是用的是Haversine公式，原因可以参考。
Great-circle distance公式用到了大量余弦函数， 而两点间距离很短时（比如地球表面上相距几百米的两点），余弦函数会得出0.999…的结果， 会导致较大的舍入误差。而Haversine公式采用了正弦函数，即使距离很小，也能保持足够的有效数字。

3. 实现验证

3.1 高德地理位置信息 GeoLocation

package com.zrj.weimob.util;

import cn.hutool.http.HttpUtil;
import com.alibaba.fastjson.JSONArray;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

import java.util.HashMap;

/**
 * 高德地理位置信息
 * 地理/逆地理编码 ：https://lbs.amap.com/api/webservice/guide/api/georegeo
 * 地理编码：将详细的结构化地址转换为高德经纬度坐标。且支持对地标性名胜景区、建筑物名称解析为高德经纬度坐标。
 * 逆地理编码：将经纬度转换为详细结构化的地址，且返回附近周边的POI、AOI信息。
 *
 * @author zrj
 * @since 2021/8/12
 **/
public class GeoLocation {

    // 高德秘钥
    private static final String APP_CODE_GAODE = "ce7addca48aa3c5a3b6a22ea299c4df7c05ccb";

    /**
     * 地理编码
     * 根据地址获取经纬度，调用量上限：300000
     *
     * @param address     详细地址,必填
     * @param currentCity 市,可选
     * @return java.lang.String
     */
    public static String GetLocationByAddress(String address, String currentCity) {
        System.out.println("地理编码：address=" + address + "，currentCity=" + currentCity);
        try {
            HashMap parameters = new HashMap(16);
            parameters.put("address", address);
            parameters.put("city", currentCity);
            parameters.put("key", APP_CODE_GAODE); // APP_CODE_GAODE 高德秘钥

            // 高德获取地理信息
            String response = HttpUtil.get("http://restapi.amap.com/v3/geocode/geo", parameters);
            JSONObject responseJson = JSONObject.parseObject(response);
            if (responseJson == null) {
                System.err.println("列表信息获取失败，关键字：" + address + "城市：" + currentCity);
                return null;
            }
            String status = responseJson.getString("status");
            if (!"1".equals(status)) {
                System.err.println("列表信息获取失败，关键字：" + address + "城市：" + currentCity);
                return null;
            }

            JSONArray jsonArray = responseJson.getJSONArray("geocodes");
            if (jsonArray == null || jsonArray.size() == 0) {
                return null;
            }
            JSONObject object = jsonArray.getJSONObject(0);

            return object.getString("location");
        } catch (Exception ex) {
            System.err.println("调用接口失败！" + ex.getMessage());
            return null;
        }
    }

    /**
     * 逆地理编码
     * 根据经纬度获取地址，调用量上限：300000
     *
     * @param location 经纬度：经度在前，纬度在后，经纬度间以“,”分割
     * @return java.lang.String
     */
    public static String GetAddressByLocation(String location) {
        System.out.println("逆地理编码：location=" + location);
        try {
            HashMap parameters = new HashMap(16);
            parameters.put("location", location);
            parameters.put("key", APP_CODE_GAODE); // APP_CODE_GAODE 高德秘钥

            // 高德获取地理信息
            String response = HttpUtil.get("http://restapi.amap.com/v3/geocode/regeo", parameters);
            JSONObject responseJson = JSONObject.parseObject(response);
            if (responseJson == null) {
                System.err.println("列表信息获取失败，经纬度：" + location);
                return null;
            }
            String status = responseJson.getString("status");
            if (!"1".equals(status)) {
                System.err.println("列表信息获取失败，经纬度：" + location);
                return null;
            }
            JSONObject regeocode = responseJson.getJSONObject("regeocode");

            return regeocode.getString("formatted_address");
        } catch (Exception ex) {
            System.err.println("调用接口失败！" + ex.getMessage());
            return null;
        }
    }

}

3.2 通过经纬度计算距DistanceUtils

package com.zrj.weimob.util;

/**
 * 通过经纬度计算距离
 *
 * @author zrj
 * @since 2021/8/12
 **/
public class DistanceUtils {

    public static void main(String[] args) {
        //double d = getDistance(116.308479, 39.983171, 116.353454, 39.996059);
        double d1 = getDistance(118.90481194799801, 32.08508419316851, 118.91665658300778, 32.091265263087344);
        double d2 = getDistance2(118.90481194799801, 32.08508419316851, 118.91665658300778, 32.091265263087344);
        System.out.println(d1);
        System.out.println(d2);
    }

    /**
     * 地球半径,单位 km
     */
    private static final double EARTH_RADIUS = 6378.137;

    /**
     * 基于余弦定理求两经纬度距离
     * Math.pow(x,y)      //这个函数是求x的y次方
     * Math.toRadians     //将一个角度测量的角度转换成以弧度表示的近似角度
     * Math.sin           //正弦函数
     * Math.cos           //余弦函数
     * Math.sqrt          //求平方根函数
     * Math.asin          //反正弦函数
     */
    public static double getDistanceStr(String lng1, String lat1, String lng2, String lat2) {
        return getDistance(new Double(lng1), new Double(lat1), new Double(lng2), new Double(lat2));
    }

    /**
     * 根据经纬度计算两点间的距离
     * 基于余弦定理求两经纬度距离
     *
     * @param longitude1 第一个点的经度
     * @param latitude1  第一个点的纬度
     * @param longitude2 第二个点的经度
     * @param latitude2  第二个点的纬度
     * @return 返回距离 单位千米
     */
    public static double getDistance(double longitude1, double latitude1, double longitude2, double latitude2) {
        System.out.println("经纬度距离：longitude1=" + longitude1 + ",latitude1=" + latitude1 + ",longitude2=" + longitude2 + ",latitude2=" + latitude2);
        // 纬度
        double lat1 = Math.toRadians(latitude1);
        double lat2 = Math.toRadians(latitude2);
        // 经度
        double lng1 = Math.toRadians(longitude1);
        double lng2 = Math.toRadians(longitude2);
        // 纬度之差
        double a = lat1 - lat2;
        // 经度之差
        double b = lng1 - lng2;
        // 计算两点距离的公式
        double s = 2 * Math.asin(Math.sqrt(Math.pow(Math.sin(a / 2), 2) + Math.cos(lat1) * Math.cos(lat2) * Math.pow(Math.sin(b / 2), 2)));
        // 弧长乘地球半径, 返回单位: 千米
        s = s * EARTH_RADIUS;
        return s;
    }

    /**
     * 根据经纬度，计算两点间的距离
     * 由于三角函数中特定的关联关系，Haversine公式的最终实现方式可以有多种，比如借助转角度的函数atan2：
     *
     * @param longitude1 第一个点的经度
     * @param latitude1  第一个点的纬度
     * @param longitude2 第二个点的经度
     * @param latitude2  第二个点的纬度
     * @return double
     */
    public static double getDistance2(double longitude1, double latitude1, double longitude2, double latitude2) {

        double latDistance = Math.toRadians(longitude1 - longitude2);
        double lngDistance = Math.toRadians(latitude1 - latitude2);

        double a = Math.sin(latDistance / 2) * Math.sin(latDistance / 2)
                + Math.cos(Math.toRadians(longitude1)) * Math.cos(Math.toRadians(longitude2))
                * Math.sin(lngDistance / 2) * Math.sin(lngDistance / 2);

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

3.3 根据位置计算距离GeoDistance

package com.zrj.weimob.util;

import cn.hutool.core.util.StrUtil;

/**
 * 根据位置计算距离
 *
 * @author zrj
 * @since 2021/8/12
 **/
public class GeoDistance {

    /**
     * 根据位置计算距离
     */
    public static void main(String[] args) {
        double distance = getDistance("南京市,仙林中心", "南京市,新街口");

    }

    /**
     * 根据位置计算距离
     *
     * @param origin      出发点，市区与详细地址中间用逗号拼接，例如：南京市，仙林中心
     * @param destination 目的地，与出发点相同
     * @return double
     */
    public static double getDistance(String origin, String destination) {
        if (StrUtil.isEmpty(origin) || StrUtil.isEmpty(destination)) {
            System.out.println("出发点或者目的地为空！");
            return 0;
        }
        String[] originList = origin.split(",");
        String[] destinationList = destination.split(",");

        // 获取经纬度
        String originLocation = GeoLocation.GetLocationByAddress(originList[1], originList[0]);
        String destinationLocation = GeoLocation.GetLocationByAddress(destinationList[1], destinationList[0]);
        System.out.println("经纬度：originLocation=" + originLocation + ",destinationLocation=" + destinationLocation);
        // 根据经纬度计算距离
        double distance = DistanceUtils.getDistanceStr(originLocation.split(",")[0], originLocation.split(",")[1], destinationLocation.split(",")[0], destinationLocation.split(",")[1]);

        System.out.println(String.format("两地距离: " + String.valueOf(distance).substring(0, 3) + "KM"));

        return distance;
    }
}