Ticket #5327: new.patch

File new.patch, 15.0 KB (added by sbrunner, 15 years ago)

cleaning, better iterantion, add test

  • test/unit/org/openstreetmap/josm/data/projection/SwissGridTest.java

     
     1// License: GPL. For details, see LICENSE file.
     2package org.openstreetmap.josm.data.projection;
     3
     4import static org.junit.Assert.assertTrue;
     5
     6import org.junit.BeforeClass;
     7import org.junit.Test;
     8import org.openstreetmap.josm.Main;
     9import org.openstreetmap.josm.data.coor.EastNorth;
     10import org.openstreetmap.josm.data.coor.LatLon;
     11
     12public class SwissGridTest {
     13    @BeforeClass
     14    public static void setUp() {
     15        Main.proj = new SwissGrid();
     16    }
     17
     18    @Test
     19    public void a_latlon2eastNorth_test() {
     20        {
     21            LatLon ll = new LatLon(46.518, 6.567);
     22            EastNorth en = Main.proj.latlon2eastNorth(ll);
     23            System.out.println(en);
     24            assertTrue("Lausanne", Math.abs(en.east() - 533111.69) < 0.1);
     25            assertTrue("Lausanne", Math.abs(en.north() - 152227.85) < 0.1);
     26        }
     27
     28        {
     29            LatLon ll = new LatLon(47.78, 8.58);
     30            EastNorth en = Main.proj.latlon2eastNorth(ll);
     31            System.out.println(en);
     32            assertTrue("Schafouse", Math.abs(en.east() - 685544.16) < 0.1);
     33            assertTrue("Schafouse", Math.abs(en.north() - 292782.91) < 0.1);
     34        }
     35
     36        {
     37            LatLon ll = new LatLon(46.58, 10.48);
     38            EastNorth en = Main.proj.latlon2eastNorth(ll);
     39            System.out.println(en);
     40            assertTrue("Grinson", Math.abs(en.east() - 833068.04) < 0.1);
     41            assertTrue("Grinson", Math.abs(en.north() - 163265.39) < 0.1);
     42        }
     43        {
     44            LatLon ll = new LatLon(46.0 + 57.0 / 60 + 3.89813884505 / 3600, 7.0 + 26.0 / 60 + 19.076595154147 / 3600);
     45            EastNorth en = Main.proj.latlon2eastNorth(ll);
     46            System.out.println(en);
     47            assertTrue("Berne", Math.abs(en.east() - 600000.0) < 0.1);
     48            assertTrue("Berne", Math.abs(en.north() - 200000.0) < 0.1);
     49        }
     50        {
     51            LatLon ll = new LatLon(46.044130, 8.730497);
     52            EastNorth en = Main.proj.latlon2eastNorth(ll);
     53            System.out.println(en);
     54            assertTrue("Ref", Math.abs(en.east() - 700000.0) < 0.1);
     55            assertTrue("Ref", Math.abs(en.north() - 100000.0) < 0.1);
     56        }
     57    }
     58
     59    @Test
     60    public void b_eastNorth2latlon_test() {
     61        {
     62            EastNorth en = new EastNorth(533111.69, 152227.85);
     63            LatLon ll = Main.proj.eastNorth2latlon(en);
     64            System.out.println(ll);
     65            assertTrue("Lausanne", Math.abs(ll.lat() - 46.518) < 0.00001);
     66            assertTrue("Lausanne", Math.abs(ll.lon() - 6.567) < 0.00001);
     67        }
     68
     69        {
     70            EastNorth en = new EastNorth(685544.16, 292782.91);
     71            LatLon ll = Main.proj.eastNorth2latlon(en);
     72            System.out.println(ll);
     73            assertTrue("Schafouse", Math.abs(ll.lat() - 47.78) < 0.00001);
     74            assertTrue("Schafouse", Math.abs(ll.lon() - 8.58) < 0.00001);
     75        }
     76
     77        {
     78            EastNorth en = new EastNorth(833068.04, 163265.39);
     79            LatLon ll = Main.proj.eastNorth2latlon(en);
     80            System.out.println(ll);
     81            assertTrue("Ref", Math.abs(ll.lat() - 46.58) < 0.00001);
     82            assertTrue("Ref", Math.abs(ll.lon() -10.48) < 0.00001);
     83        }
     84
     85        {
     86            EastNorth en = new EastNorth(600000.0, 200000.0);
     87            LatLon ll = Main.proj.eastNorth2latlon(en);
     88            System.out.println(ll);
     89            assertTrue("Berne", Math.abs(ll.lat() - (46.0 + 57.0 / 60 + 3.89813884505 / 3600)) < 0.00001);
     90            assertTrue("Berne", Math.abs(ll.lon() - (7.0 + 26.0 / 60 + 19.076595154147 / 3600)) < 0.00001);
     91        }
     92       
     93        {
     94            EastNorth en = new EastNorth(700000.0, 100000.0);
     95            LatLon ll = Main.proj.eastNorth2latlon(en);
     96            System.out.println(ll);
     97            assertTrue("Ref", Math.abs(ll.lat() - 46.044130) < 0.00001);
     98            assertTrue("Ref", Math.abs(ll.lon() - 8.730497) < 0.00001);
     99        }
     100
     101    }
     102}

  • src/org/openstreetmap/josm/data/projection/SwissGrid.java

     
    1414 * Calculations are based on formula from
    1515 * http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/en/home/topics/survey/sys/refsys/switzerland.parsysrelated1.37696.downloadList.12749.DownloadFile.tmp/ch1903wgs84en.pdf
    1616 *
     17 * August 2010 update to this formula (rigorous formulas)
     18 * http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/en/home/topics/survey/sys/refsys/switzerland.parsysrelated1.37696.downloadList.97912.DownloadFile.tmp/swissprojectionen.pdf
    1719 */
    1820public class SwissGrid implements Projection {
     21
     22    public static void main(String[] args) {
     23        SwissGrid proj = new SwissGrid();
     24        {
     25            EastNorth en = new EastNorth(700000.0, 100000.0);
     26            LatLon ll = proj.eastNorth2latlon(en);
     27            System.out.println(ll);
     28        }
     29        {
     30            EastNorth en = new EastNorth(700000.1, 100000.1);
     31            LatLon ll = proj.eastNorth2latlon(en);
     32            System.out.println(ll);
     33        }
     34
     35        {
     36            LatLon ll = new LatLon(46.518, 6.567);
     37            EastNorth en = proj.latlon2eastNorth(ll);
     38            System.out.println(en);
     39        }
     40
     41        {
     42            LatLon ll = new LatLon(47.78, 8.58);
     43            EastNorth en = proj.latlon2eastNorth(ll);
     44            System.err.println(en);
     45        }
     46
     47        {
     48            LatLon ll = new LatLon(46.58, 10.48);
     49            EastNorth en = proj.latlon2eastNorth(ll);
     50            System.out.println(en);
     51        }
     52
     53        {
     54            LatLon ll = new LatLon(46.0 + 57.0 / 60 + 3.89813884505 / 3600, 7.0 + 26.0 / 60 + 19.076595154147 / 3600);
     55            EastNorth en = proj.latlon2eastNorth(ll);
     56            System.out.println(en);
     57        }
     58        {
     59            LatLon ll = new LatLon(46.0 + 2.0 / 60 + 38.87 / 3600, 8.0 + 43.0 / 60 + 49.79 / 3600);
     60            EastNorth en = proj.latlon2eastNorth(ll);
     61            System.out.println(en);
     62        }
     63    }
     64
     65    private static final double dX = 674.374;
     66    private static final double dY = 15.056;
     67    private static final double dZ = 405.346;
     68
     69    private static final double wgs84_a = 6378137.000;
     70    private static final double wgs84_b = 6356752.314245;
     71    //    private static final double wgs84_f = (wgs84_a-wgs84_b)/wgs84_a;
     72    private static final double wgs84_E2 = (Math.pow(wgs84_a, 2) - Math.pow(wgs84_b, 2)) / Math.pow(wgs84_a, 2);
     73    //    private static final double wgs84_E = Math.sqrt(wgs84_E2);
     74
     75    private static final double a = 6377397.155;
     76    private static final double b = 6356078.962822;
     77    //    private static final double f = (a-b)/a;
     78    private static final double E2 = (Math.pow(a, 2) - Math.pow(b, 2)) / Math.pow(a, 2);
     79    private static final double E = Math.sqrt(E2);
     80    private static final double phi0 = Math.toRadians(46.0 + 57.0 / 60 + 8.66 / 3600);
     81    private static final double lambda0 = Math.toRadians(7.0 + 26.0 / 60 + 22.50 / 3600);
     82    private static final double R = a * Math.sqrt(1 - E2) / (1 - (E2 * Math.pow(Math.sin(phi0), 2)));
     83    private static final double alpha = Math.sqrt(1 + (E2 / (1 - E2) * Math.pow(Math.cos(phi0), 4)));
     84    private static final double b0 = Math.asin(Math.sin(phi0) / alpha);
     85    private static final double K = Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + b0 / 2)) - alpha
     86            * Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + phi0 / 2)) + alpha * E / 2
     87            * Math.log((1 + E * Math.sin(phi0)) / (1 - E * Math.sin(phi0)));
     88
     89    private static final double xTrans = 200000;
     90    private static final double yTrans = 600000;
     91
     92    private LatLon correctETRS89toCH1903(LatLon coord) {
     93        double phi = Math.toRadians(coord.lat());
     94        double lambda = Math.toRadians(coord.lon());
     95
     96        double Rn = wgs84_a / Math.sqrt(1 - wgs84_E2 * Math.pow(Math.sin(phi), 2));
     97        double X = Rn * Math.cos(phi) * Math.cos(lambda);
     98        double Y = Rn * Math.cos(phi) * Math.sin(lambda);
     99        double Z = Rn * (1 - wgs84_E2) * Math.sin(phi);
     100        X -= dX;
     101        Y -= dY;
     102        Z -= dZ;
     103        lambda = Math.atan2(Y, X);
     104        double sX2Ys = Math.sqrt(X * X + Y * Y);
     105        phi = Math.atan2(Z, sX2Ys);
     106        double h = 0;
     107        double prevPhi = -1000;
     108        int iteration = 0;
     109        while (Math.abs(phi - prevPhi) > 0.0000001) {
     110            if (++iteration > 20) {
     111                throw new RuntimeException("Two many iterations");
     112            }
     113            Rn = a / Math.sqrt(1 - E2 * Math.pow(Math.sin(phi), 2));
     114            h = sX2Ys / Math.cos(phi) - Rn;
     115            prevPhi = phi;
     116            phi = Math.atan2(Z / sX2Ys, 1 - Rn * E2 / (Rn + h));
     117        }
     118
     119        return new LatLon(Math.toDegrees(phi), Math.toDegrees(lambda));
     120    }
     121
     122    private LatLon correctCH1903toETRS89(LatLon coord) {
     123        double phi = Math.toRadians(coord.lat());
     124        double lambda = Math.toRadians(coord.lon());
     125
     126        double Rn = a / Math.sqrt(1 - E2 * Math.pow(Math.sin(phi), 2));
     127        double X = Rn * Math.cos(phi) * Math.cos(lambda);
     128        double Y = Rn * Math.cos(phi) * Math.sin(lambda);
     129        double Z = Rn * (1 - E2) * Math.sin(phi);
     130        X += dX;
     131        Y += dY;
     132        Z += dZ;
     133        lambda = Math.atan2(Y, X);
     134        double sX2Ys = Math.sqrt(X * X + Y * Y);
     135        phi = Math.atan((Z / sX2Ys));
     136        double h = 0;
     137
     138        double prevPhi = -1000;
     139        int iteration = 0;
     140        while (Math.abs(phi - prevPhi) > 0.0000001) {
     141            if (++iteration > 20) {
     142                throw new RuntimeException("Two many iterations");
     143            }
     144            Rn = wgs84_a / Math.sqrt(1 - wgs84_E2 * Math.pow(Math.sin(phi), 2));
     145            h = sX2Ys / Math.cos(phi) - Rn;
     146            prevPhi = phi;
     147            phi = Math.atan2(Z / sX2Ys, 1 - Rn * wgs84_E2 / (Rn + h));
     148        }
     149
     150        return new LatLon(Math.toDegrees(phi), Math.toDegrees(lambda));
     151    }
     152
    19153    /**
    20154     * @param wgs  WGS84 lat/lon (ellipsoid GRS80) (in degree)
    21155     * @return eastnorth projection in Swiss National Grid (ellipsoid Bessel)
    22156     */
    23157    public EastNorth latlon2eastNorth(LatLon wgs) {
    24             double phi = 3600d * wgs.lat();
    25             double lambda = 3600d * wgs.lon();
     158        LatLon coord = correctETRS89toCH1903(wgs);
     159        double phi = Math.toRadians(coord.lat());
     160        double lambda = Math.toRadians(coord.lon());
    26161
    27             double phiprime = (phi - 169028.66d) / 10000d;
    28             double lambdaprime = (lambda - 26782.5d) / 10000d;
     162        double S = alpha * Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + phi / 2)) - alpha * E / 2
     163                * Math.log((1 + E * Math.sin(phi)) / (1 - E * Math.sin(phi))) + K;
     164        double b = 2 * (Math.atan(Math.exp(S)) - Math.PI / 4);
     165        double l = alpha * (lambda - lambda0);
    29166
    30             // precompute squares for lambdaprime and phiprime
    31             //
    32             double lambdaprime_2 = Math.pow(lambdaprime,2);
    33             double phiprime_2 = Math.pow(phiprime,2);
     167        double lb = Math.atan2(Math.sin(l), Math.sin(b0) * Math.tan(b) + Math.cos(b0) * Math.cos(l));
     168        double bb = Math.asin(Math.cos(b0) * Math.sin(b) - Math.sin(b0) * Math.cos(b) * Math.cos(l));
    34169
    35             double north =
    36                   200147.07d
    37                 + 308807.95d                           * phiprime
    38                 +   3745.25d    * lambdaprime_2
    39                 +     76.63d                           * phiprime_2
    40                 -    194.56d    * lambdaprime_2        * phiprime
    41                 +    119.79d                           * Math.pow(phiprime,3);
     170        double y = R * lb;
     171        double x = R / 2 * Math.log((1 + Math.sin(bb)) / (1 - Math.sin(bb)));
    42172
    43             double east =
    44                   600072.37d
    45                 + 211455.93d  * lambdaprime
    46                 - 10938.51d   * lambdaprime             * phiprime
    47                 - 0.36d       * lambdaprime             * phiprime_2
    48                 - 44.54d      * Math.pow(lambdaprime,3);
    49 
    50             return new EastNorth(east, north);
     173        return new EastNorth(y + yTrans, x + xTrans);
    51174    }
    52175
    53176    /**
    54177     * @param xy SwissGrid east/north (in meters)
    55178     * @return LatLon WGS84 (in degree)
    56179     */
    57 
    58180    public LatLon eastNorth2latlon(EastNorth xy) {
    59         double yp = (xy.east() - 600000d) / 1000000d;
    60         double xp = (xy.north() - 200000d) / 1000000d;
     181        double x = xy.north() - xTrans;
     182        double y = xy.east() - yTrans;
    61183
    62         // precompute squares of xp and yp
    63         //
    64         double xp_2 = Math.pow(xp,2);
    65         double yp_2 = Math.pow(yp,2);
     184        double lb = y / R;
     185        double bb = 2 * (Math.atan(Math.exp(x / R)) - Math.PI / 4);
    66186
    67         // lambda = latitude, phi = longitude
    68         double lmbp  =    2.6779094d
    69                         + 4.728982d      * yp
    70                         + 0.791484d      * yp               * xp
    71                         + 0.1306d        * yp               * xp_2
    72                         - 0.0436d        * Math.pow(yp,3);
     187        double b = Math.asin(Math.cos(b0) * Math.sin(bb) + Math.sin(b0) * Math.cos(bb) * Math.cos(lb));
     188        double l = Math.atan2(Math.sin(lb), Math.cos(b0) * Math.cos(lb) - Math.sin(b0) * Math.tan(bb));
    73189
    74         double phip =     16.9023892d
    75                         +  3.238272d                        * xp
    76                         -  0.270978d    * yp_2
    77                         -  0.002528d                        * xp_2
    78                         -  0.0447d      * yp_2              * xp
    79                         -  0.0140d                          * Math.pow(xp,3);
     190        double lambda = lambda0 + l / alpha;
     191        double phi = b;
     192        double S = 0;
    80193
    81         double lmb = lmbp * 100.0d / 36.0d;
    82         double phi = phip * 100.0d / 36.0d;
     194        // 5 iteration to fins S and phi
     195        for (int i = 0; i < 6; i++) {
     196            S = 1 / alpha * (Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + b / 2)) - K) + E
     197                    * Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + Math.asin(E * Math.sin(phi)) / 2));
     198            phi = 2 * Math.atan(Math.exp(S)) - Math.PI / 2;
     199        }
    83200
    84         return new LatLon(phi,lmb);
     201        LatLon coord = new LatLon(Math.toDegrees(phi), Math.toDegrees(lambda));
     202        return correctCH1903toETRS89(coord);
    85203    }
    86204
    87     @Override public String toString() {
     205    @Override
     206    public String toString() {
    88207        return tr("Swiss Grid (Switzerland)");
    89208    }
    90209
    … …  
    101220        return "swissgrid";
    102221    }
    103222
    104     public Bounds getWorldBoundsLatLon()
    105     {
    106         return new Bounds(
    107                 new LatLon(45.7, 5.7),
    108                 new LatLon(47.9, 10.6));
     223    public Bounds getWorldBoundsLatLon() {
     224        return new Bounds(new LatLon(45.7, 5.7), new LatLon(47.9, 10.6));
    109225    }
    110226
    111227    public double getDefaultZoomInPPD() {