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Python 優雅地利用兩點經緯度計算地理空間距離

編輯：Python

主要內容概覽：

一、根據經緯度計算距離的基本原理

處理地理數據時，經常需要用到兩個地理位置間的距離。以點（經度值，緯度值）表示地點的經緯度坐標，比如 A 點經緯度（30.553949，114.357399），B點經緯度（129.1344，25.5465），求 AB 兩點之間的距離。

已知地球上任意兩點（lng1，lat1），（lng2， lat2）的經緯度坐標，求兩點間的距離可以利用 haversine 公式：

首先，將經緯度坐標的角度化成弧度（rlng1，rlat1），（rlng2，rlat2)
然後，利用如下公式計算：

其中， a 表示兩點緯度的差值，即 a = rlat1 - rlat2； b表示兩點經度的差值，即 b = rlng1 - rlng2，其中 r 表示地球的半徑。

以計算清華大學與北京大學距離為例，利用百度地圖（網址：百度地圖）測距可知，清華大學與北京大學距離大約為1.8km，如下所示：

二、獲取地點的經緯度

利用高德地圖地理編碼 / 逆地理編碼 API ，來獲取北京大學和清華大學的經緯度，Python代碼實現如下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import requests
KEY = '你的高德地圖應用訪問碼'
def geocode(address):
"""
根據地名，獲取經緯度
"""
parameters = {'address': address, 'key': KEY}
base = 'http://restapi.amap.com/v3/geocode/geo'
response = requests.get(base, parameters)
answer = response.json()
# print(answer)
# print(type(answer))
print(address + "的經緯度：", answer['geocodes'][0]['location'])
if __name__ == "__main__":
address1 = '北京大學'
lon_lat1 = geocode(address1)
address2 = '清華大學'
lon_lat2 = geocode(address2)

其中，KEY為你自己申請的高德地圖應用授權訪問碼。只需輸入地址參數，就可以打印出對應地址的經緯度坐標值。

運行結果為：

北京大學的經緯度： 116.308264,39.995304
清華大學的經緯度： 116.326759,40.003304

三、手寫 haversine 公式計算

根據 haversine 公式，自定義實現python版本計算公式，如下：

from math import sin, asin, cos, radians, fabs, sqrt
EARTH_RADIUS = 6371.137 # 地球平均半徑大約6371km
def hav(theta):
s = sin(theta / 2)
return s * s
def get_distance_hav(lat0, lng0, lat1, lng1):
# 用haversine公式計算球面兩點間的距離
# 經緯度轉換成弧度
lat0 = radians(lat0)
lat1 = radians(lat1)
lng0 = radians(lng0)
lng1 = radians(lng1)
dlng = fabs(lng0 - lng1)
dlat = fabs(lat0 - lat1)
h = hav(dlat) + cos(lat0) * cos(lat1) * hav(dlng)
distance = 2 * EARTH_RADIUS * asin(sqrt(h)) # km
return distance
if __name__ == "__main__":
result = get_distance_hav(39.995304, 116.308264, 40.003304, 116.326759)
print("距離：{:.3}km".format(result))

運行結果為：

距離：1.809km

四、利用 geopy 庫計算

geopy是一個關於地理編碼的 Python 庫。主要有以下幾個功能：

地理編碼：將字符串轉換為地理位置。
逆地理編碼：用於將地理坐標轉換為具體地址。
計算兩個點的距離：經緯度距離和球面距離。

pip install安裝geopy庫，命令為：

pip install geopy -i http://pypi.douban.com/simple --trusted-host pypi.douban.com

Python實現代碼如下所示：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from geopy.distance import geodesic
if __name__ == "__main__":
distance = geodesic((39.995304, 116.308264), (40.003304, 116.326759)).km
print("距離：{:.3f}km".format(distance))

運行結果如下所示：

距離：1.812km

手寫 haversine 公式計算距離為：1.809km，而直接調用 geopy 庫的 geodesic 方法計算距離為：1.812km，二者計算結果相差很小。

更多有關 geopy 的使用，可以學習官方文檔：歡迎使用Geopy文檔！ — GeoPy 2.2.0 文檔。

五、利用 haversine庫計算

pypi地址：haversine · PyPI

Calculate the distance (in various units) between two points on Earth using their latitude and longitude.

用經緯度計算地球上兩點之間的距離（以不同單位表示），pip install安裝即可，命令為：

pip install haversine -i http://pypi.douban.com/simple --trusted-host pypi.douban.com

Python實現代碼如下：

from haversine import haversine, Unit
if __name__ == "__main__":
# 兩點的經緯度
point1 = (39.995304, 116.308264)
point2 = (40.003304, 116.326759)
result1 = haversine(point1, point2, unit=Unit.KILOMETERS) # km
result2 = haversine(point1, point2, unit=Unit.METERS) # m
# 打印計算結果
print("距離：{:.3f}km".format(result1))
print("距離：{:.3f}m".format(result2))

運行結果為：