385 lines
22 KiB
C++
385 lines
22 KiB
C++
//! \~\ingroup Geo
|
|
//! \~\file pigeoposition.h
|
|
//! \brief
|
|
//! \~english Class for geo position storage and conversions
|
|
//! \~russian Класс для хранения географической позиции и преобразований
|
|
/*
|
|
PIP - Platform Independent Primitives
|
|
Class for geo position storage and conversions
|
|
Andrey Bychkov work.a.b@yandex.ru
|
|
|
|
This program is free software: you can redistribute it and/or modify
|
|
it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
|
|
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
|
|
(at your option) any later version.
|
|
|
|
This program is distributed in the hope that it will be useful,
|
|
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
|
|
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
|
|
GNU Lesser General Public License for more details.
|
|
|
|
You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
|
|
along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
|
*/
|
|
|
|
#ifndef PIGEOPOSITION_H
|
|
#define PIGEOPOSITION_H
|
|
|
|
#include "piellipsoidmodel.h"
|
|
#include "pimathvector.h"
|
|
|
|
//! \~\ingroup Geo
|
|
//! \~\brief
|
|
//! \~english Geographic position represented in one of several coordinate systems.
|
|
//! \~russian Географическая позиция, представленная в одной из нескольких систем координат.
|
|
//! \details
|
|
//! \~english This class provides functionality for storing and converting between different coordinate systems including geodetic,
|
|
//! geocentric, Cartesian, and spherical coordinates. It supports various ellipsoid models for Earth representation.
|
|
//! \~russian Этот класс предоставляет функциональность для хранения и преобразования между различными системами координат, включая
|
|
//! геодезическую, геоцентрическую, декартову и сферическую. Он поддерживает различные модели эллипсоида для представления Земли.
|
|
class PIP_EXPORT PIGeoPosition: public PIMathVectorT3d {
|
|
public:
|
|
//! \~english Coordinate system used by stored components.
|
|
//! \~russian Система координат, используемая для хранимых компонент.
|
|
enum CoordinateSystem {
|
|
Unknown = 0 /** \~english Unknown coordinate system \~russian Неизвестная система координат */,
|
|
Geodetic /** \~english Geodetic latitude, longitude and height above the ellipsoid \~russian Геодезическая широта, долгота и высота
|
|
над эллипсоидом */
|
|
,
|
|
Geocentric /** \~english Geocentric latitude, longitude and radius \~russian Геоцентрическая широта, долгота и радиус */,
|
|
Cartesian /** \~english Earth-centered Earth-fixed Cartesian coordinates \~russian Декартовы координаты ECEF */,
|
|
Spherical /** \~english Spherical coordinates as theta, phi and radius \~russian Сферические координаты: тета, фи и радиус */
|
|
};
|
|
|
|
//! \~english One centimeter tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Допуск в один сантиметр в метрах.
|
|
static const double one_cm_tolerance;
|
|
|
|
//! \~english One millimeter tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Допуск в один миллиметр в метрах.
|
|
static const double one_mm_tolerance;
|
|
|
|
//! \~english One micron tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Допуск в один микрон в метрах.
|
|
static const double one_um_tolerance;
|
|
|
|
//! \~english Default comparison and singularity tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Допуск по умолчанию для сравнений и вырожденных случаев, в метрах.
|
|
static double position_tolerance;
|
|
|
|
//! \~english Sets the default tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Устанавливает допуск по умолчанию в метрах.
|
|
static double setPositionTolerance(const double tol) {
|
|
position_tolerance = tol;
|
|
return position_tolerance;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Returns the default tolerance in meters.
|
|
//! \~russian Возвращает допуск по умолчанию в метрах.
|
|
static double getPositionTolerance() { return position_tolerance; }
|
|
|
|
//! \~english Constructs the zero position in Cartesian coordinates.
|
|
//! \~russian Создает нулевую позицию в декартовой системе координат.
|
|
PIGeoPosition();
|
|
|
|
//! \~english Constructs a position from three components in the selected coordinate system.
|
|
//! \~russian Создает позицию из трех компонент в выбранной системе координат.
|
|
PIGeoPosition(double a, double b, double c, CoordinateSystem s = Cartesian, PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Constructs a position from an existing 3D vector.
|
|
//! \~russian Создает позицию из существующего трехмерного вектора.
|
|
PIGeoPosition(PIMathVectorT3d v, CoordinateSystem s = Cartesian, PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
|
|
//! \~english Converts the stored value to another coordinate system in place.
|
|
//! \~russian Преобразует хранимое значение в другую систему координат на месте.
|
|
PIGeoPosition & transformTo(CoordinateSystem sys);
|
|
|
|
//! \~english Converts this position to geodetic coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует позицию в геодезические координаты.
|
|
PIGeoPosition & asGeodetic() {
|
|
transformTo(Geodetic);
|
|
return *this;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Switches to another ellipsoid and converts to geodetic coordinates.
|
|
//! \~russian Переключает эллипсоид и преобразует позицию в геодезические координаты.
|
|
PIGeoPosition & asGeodetic(const PIEllipsoidModel & ell) {
|
|
setEllipsoidModel(ell);
|
|
transformTo(Geodetic);
|
|
return *this;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Converts this position to Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует позицию в декартовы координаты ECEF.
|
|
PIGeoPosition & asECEF() {
|
|
transformTo(Cartesian);
|
|
return *this;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Returns the X component in Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Возвращает компоненту X в декартовых координатах ECEF.
|
|
double x() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns the Y component in Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Возвращает компоненту Y в декартовых координатах ECEF.
|
|
double y() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns the Z component in Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Возвращает компоненту Z в декартовых координатах ECEF.
|
|
double z() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns geodetic latitude in degrees.
|
|
//! \~russian Возвращает геодезическую широту в градусах.
|
|
double latitudeGeodetic() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns geocentric latitude in degrees.
|
|
//! \~russian Возвращает геоцентрическую широту в градусах.
|
|
double latitudeGeocentric() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns longitude in degrees.
|
|
//! \~russian Возвращает долготу в градусах.
|
|
double longitude() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns spherical theta angle in degrees (angle from Z axis).
|
|
//! \~russian Возвращает сферический угол тета в градусах (угол от оси Z).
|
|
double theta() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns spherical phi angle in degrees (angle in XY plane from X axis).
|
|
//! \~russian Возвращает сферический угол фи в градусах (угол в плоскости XY от оси X).
|
|
double phi() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns radius in meters for spherical or geocentric form (distance from Earth center).
|
|
//! \~russian Возвращает радиус в метрах для сферического или геоцентрического представления (расстояние от центра Земли).
|
|
double radius() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns geodetic height above the ellipsoid in meters.
|
|
//! \~russian Возвращает геодезическую высоту над эллипсоидом в метрах.
|
|
double height() const;
|
|
|
|
//! \~english Sets the ellipsoid model used by geodetic conversions.
|
|
//! \~russian Устанавливает модель эллипсоида, используемую в геодезических преобразованиях.
|
|
void setEllipsoidModel(const PIEllipsoidModel & ell) { el = ell; }
|
|
|
|
//! \~english Sets geodetic latitude, longitude and height in degrees/meters.
|
|
//! \~russian Устанавливает геодезические широту, долготу и высоту в градусах и метрах.
|
|
PIGeoPosition & setGeodetic(double lat, double lon, double ht, PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Sets geocentric latitude, longitude and radius in degrees/meters.
|
|
//! \~russian Устанавливает геоцентрические широту, долготу и радиус в градусах и метрах.
|
|
PIGeoPosition & setGeocentric(double lat, double lon, double rad);
|
|
|
|
//! \~english Sets spherical theta, phi and radius in degrees/meters.
|
|
//! \~russian Устанавливает сферические тета, фи и радиус в градусах и метрах.
|
|
PIGeoPosition & setSpherical(double theta, double phi, double rad);
|
|
|
|
//! \~english Sets Cartesian ECEF coordinates in meters.
|
|
//! \~russian Устанавливает декартовы координаты ECEF в метрах.
|
|
PIGeoPosition & setECEF(double x, double y, double z);
|
|
|
|
//! \~english Converts spherical coordinates to Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует сферические координаты в декартовы координаты ECEF.
|
|
static void convertSphericalToCartesian(const PIMathVectorT3d & tpr, PIMathVectorT3d & xyz);
|
|
|
|
//! \~english Converts Cartesian ECEF coordinates to spherical coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует декартовы координаты ECEF в сферические координаты.
|
|
static void convertCartesianToSpherical(const PIMathVectorT3d & xyz, PIMathVectorT3d & tpr);
|
|
|
|
//! \~english Converts Cartesian ECEF coordinates to geodetic coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует декартовы координаты ECEF в геодезические координаты.
|
|
static void convertCartesianToGeodetic(const PIMathVectorT3d & xyz,
|
|
PIMathVectorT3d & llh,
|
|
PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Converts geodetic coordinates to Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует геодезические координаты в декартовы координаты ECEF.
|
|
static void convertGeodeticToCartesian(const PIMathVectorT3d & llh,
|
|
PIMathVectorT3d & xyz,
|
|
PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Converts Cartesian ECEF coordinates to geocentric coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует декартовы координаты ECEF в геоцентрические координаты.
|
|
static void convertCartesianToGeocentric(const PIMathVectorT3d & xyz, PIMathVectorT3d & llr);
|
|
|
|
//! \~english Converts geocentric coordinates to Cartesian ECEF coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует геоцентрические координаты в декартовы координаты ECEF.
|
|
static void convertGeocentricToCartesian(const PIMathVectorT3d & llr, PIMathVectorT3d & xyz);
|
|
|
|
//! \~english Converts geocentric coordinates to geodetic coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует геоцентрические координаты в геодезические координаты.
|
|
static void convertGeocentricToGeodetic(const PIMathVectorT3d & llr,
|
|
PIMathVectorT3d & llh,
|
|
PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Converts geodetic coordinates to geocentric coordinates.
|
|
//! \~russian Преобразует геодезические координаты в геоцентрические координаты.
|
|
static void convertGeodeticToGeocentric(const PIMathVectorT3d & llh,
|
|
PIMathVectorT3d & llr,
|
|
PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Returns ellipsoid radius at the given geodetic latitude.
|
|
//! \~russian Возвращает радиус эллипсоида на заданной геодезической широте.
|
|
static double radiusEarth(double geolat, PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
//! \~english Returns ellipsoid radius for this position.
|
|
//! \~russian Возвращает радиус эллипсоида для этой позиции.
|
|
double radiusEarth() const {
|
|
PIGeoPosition p(*this);
|
|
p.transformTo(PIGeoPosition::Geodetic);
|
|
return PIGeoPosition::radiusEarth((*this)[0], p.el);
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Returns straight-line range between two positions in meters.
|
|
//! \~russian Возвращает прямую дальность между двумя позициями в метрах.
|
|
static double range(const PIGeoPosition & a, const PIGeoPosition & b);
|
|
|
|
//! \~english Returns straight-line range to another position in meters.
|
|
//! \~russian Возвращает прямую дальность до другой позиции в метрах.
|
|
double range(const PIGeoPosition & p) const { return range((*this), p); }
|
|
|
|
//! \~english Computes elevation to another position.
|
|
//! \~russian Вычисляет угол места до другой позиции.
|
|
double elevation(const PIGeoPosition & p) const;
|
|
|
|
//! \~english Computes elevation using local geodetic vertical.
|
|
//! \~russian Вычисляет угол места относительно локальной геодезической вертикали.
|
|
double elevationGeodetic(const PIGeoPosition & p) const;
|
|
|
|
//! \~english Computes azimuth to another position.
|
|
//! \~russian Вычисляет азимут на другую позицию.
|
|
double azimuth(const PIGeoPosition & p) const;
|
|
|
|
//! \~english Computes azimuth using local geodetic north-east axes.
|
|
//! \~russian Вычисляет азимут по локальным геодезическим осям север-восток.
|
|
double azimuthGeodetic(const PIGeoPosition & p) const;
|
|
|
|
//! \~english Returns meridian radius of curvature for this position.
|
|
//! \~russian Возвращает радиус кривизны меридиана для этой позиции.
|
|
double getCurvMeridian() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns prime-vertical radius of curvature for this position.
|
|
//! \~russian Возвращает радиус кривизны первого вертикала для этой позиции.
|
|
double getCurvPrimeVertical() const;
|
|
|
|
//! \~english Returns the underlying three-component vector in the current system.
|
|
//! \~russian Возвращает базовый трехкомпонентный вектор в текущей системе.
|
|
const PIMathVectorT3d & vector() const { return *this; }
|
|
|
|
//! \~english Assigns coordinates from a plain 3D vector without changing metadata.
|
|
//! \~russian Присваивает координаты из обычного 3D-вектора без изменения метаданных.
|
|
PIGeoPosition & operator=(const PIMathVectorT3d & v);
|
|
|
|
//! \~english Subtracts another position after converting both operands to Cartesian coordinates.
|
|
//! \~russian Вычитает другую позицию после перевода обоих операндов в декартовы координаты.
|
|
PIGeoPosition & operator-=(const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Adds another position after converting both operands to Cartesian coordinates.
|
|
//! \~russian Складывает другую позицию после перевода обоих операндов в декартовы координаты.
|
|
PIGeoPosition & operator+=(const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Returns Cartesian difference of two positions.
|
|
//! \~russian Возвращает декартову разность двух позиций.
|
|
friend PIGeoPosition operator-(const PIGeoPosition & left, const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Returns Cartesian sum of two positions.
|
|
//! \~russian Возвращает декартову сумму двух позиций.
|
|
friend PIGeoPosition operator+(const PIGeoPosition & left, const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Scales a position by a floating-point factor.
|
|
//! \~russian Масштабирует позицию вещественным коэффициентом.
|
|
friend PIGeoPosition operator*(const double & scale, const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Scales a position by a floating-point factor.
|
|
//! \~russian Масштабирует позицию вещественным коэффициентом.
|
|
friend PIGeoPosition operator*(const PIGeoPosition & left, const double & scale);
|
|
|
|
//! \~english Scales a position by an integer factor.
|
|
//! \~russian Масштабирует позицию целочисленным коэффициентом.
|
|
friend PIGeoPosition operator*(const int & scale, const PIGeoPosition & right);
|
|
|
|
//! \~english Scales a position by an integer factor.
|
|
//! \~russian Масштабирует позицию целочисленным коэффициентом.
|
|
friend PIGeoPosition operator*(const PIGeoPosition & left, const int & scale);
|
|
|
|
//! \~english Compares two positions using the configured tolerance and ellipsoid model.
|
|
//! \~russian Сравнивает две позиции с учетом настроенного допуска и модели эллипсоида.
|
|
bool operator==(const PIGeoPosition & right) const;
|
|
|
|
//! \~english Returns true when positions are not equal.
|
|
//! \~russian Возвращает true, если позиции не равны.
|
|
bool operator!=(const PIGeoPosition & right) const { return !(operator==(right)); }
|
|
|
|
|
|
private:
|
|
void initialize(PIMathVectorT3d v, CoordinateSystem sys = Cartesian, PIEllipsoidModel ell = PIEllipsoidModel::WGS84Ellipsoid());
|
|
|
|
PIEllipsoidModel el;
|
|
CoordinateSystem s;
|
|
};
|
|
|
|
|
|
//! \~english Subtraction
|
|
//! \~russian Вычитание
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Subtracts two positions by converting them to Cartesian coordinates and performing element-wise subtraction.
|
|
//! \~russian Вычитает две позиции путем преобразования их в декартовы координаты и выполнения поэлементного вычитания.
|
|
inline PIGeoPosition operator-(const PIGeoPosition & left, const PIGeoPosition & right) {
|
|
PIGeoPosition l(left), r(right);
|
|
l.transformTo(PIGeoPosition::Cartesian);
|
|
r.transformTo(PIGeoPosition::Cartesian);
|
|
l -= r;
|
|
return l;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Addition
|
|
//! \~russian Сложение
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Adds two positions by converting them to Cartesian coordinates and performing element-wise addition.
|
|
//! \~russian Складывает две позиции путем преобразования их в декартовы координаты и выполнения поэлементного сложения.
|
|
inline PIGeoPosition operator+(const PIGeoPosition & left, const PIGeoPosition & right) {
|
|
PIGeoPosition l(left), r(right);
|
|
l.transformTo(PIGeoPosition::Cartesian);
|
|
r.transformTo(PIGeoPosition::Cartesian);
|
|
l += r;
|
|
return l;
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Scalar multiplication (double)
|
|
//! \~russian Умножение на скаляр (double)
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Multiplies a position by a double scalar value.
|
|
//! \~russian Умножает позицию на скалярное значение типа double.
|
|
inline PIGeoPosition operator*(const double & scale, const PIGeoPosition & right) {
|
|
PIMathVectorT3d tmp(right);
|
|
tmp *= scale;
|
|
return PIGeoPosition(tmp);
|
|
}
|
|
//! \~english Scalar multiplication (double)
|
|
//! \~russian Умножение на скаляр (double)
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Multiplies a position by a double scalar value.
|
|
//! \~russian Умножает позицию на скалярное значение типа double.
|
|
inline PIGeoPosition operator*(const PIGeoPosition & left, const double & scale) {
|
|
return operator*(scale, left);
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Scalar multiplication (int)
|
|
//! \~russian Умножение на скаляр (int)
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Multiplies a position by an integer scalar value.
|
|
//! \~russian Умножает позицию на скалярное значение типа int.
|
|
inline PIGeoPosition operator*(const int & scale, const PIGeoPosition & right) {
|
|
return operator*(double(scale), right);
|
|
}
|
|
|
|
//! \~english Scalar multiplication (int)
|
|
//! \~russian Умножение на скаляр (int)
|
|
//! \details
|
|
//! \~english Multiplies a position by an integer scalar value.
|
|
//! \~russian Умножает позицию на скалярное значение типа int.
|
|
inline PIGeoPosition operator*(const PIGeoPosition & left, const int & scale) {
|
|
return operator*(double(scale), left);
|
|
}
|
|
|
|
#endif // PIGEOPOSITION_H
|