Calcular o ponto central de vários pares de coordenadas de latitude / longitude

Dado um conjunto de pontos de latitude e longitude, como posso calcular a latitude e a longitude do ponto central desse conjunto (também conhecido como um ponto que centralizaria uma vista em todos os pontos)?

EDIT: solução Python que eu usei:

Convert lat/lon (must be in radians) to Cartesian coordinates for each location.
X = cos(lat) * cos(lon)
Y = cos(lat) * sin(lon)
Z = sin(lat)

Compute average x, y and z coordinates.
x = (x1 + x2 + ... + xn) / n
y = (y1 + y2 + ... + yn) / n
z = (z1 + z2 + ... + zn) / n

Convert average x, y, z coordinate to latitude and longitude.
Lon = atan2(y, x)
Hyp = sqrt(x * x + y * y)
Lat = atan2(z, hyp)

A abordagem simples de apenas calculá-los em média tem casos extremos estranhos com ângulos quando eles envolvem de 359 'de volta a 0'.

Uma pergunta muito anterior sobre o SO perguntou sobre como encontrar a média de um conjunto de ângulos da bússola.

Uma expansão da abordagem recomendada para coordenadas esféricas seria:

• Converta cada par de lat / long em um vetor 3D de comprimento unitário.
• Soma cada um desses vetores
• Normalize o vetor resultante
• Converter de volta em coordenadas esféricas

Obrigado! Aqui está uma versão C # das soluções da OP usando graus. Ele utiliza a classe System.Device.Location.GeoCoordinate

    public static GeoCoordinate GetCentralGeoCoordinate(
        IList<GeoCoordinate> geoCoordinates)
    {
        if (geoCoordinates.Count == 1)
        {
            return geoCoordinates.Single();
        }

        double x = 0;
        double y = 0;
        double z = 0;

        foreach (var geoCoordinate in geoCoordinates)
        {
            var latitude = geoCoordinate.Latitude * Math.PI / 180;
            var longitude = geoCoordinate.Longitude * Math.PI / 180;

            x += Math.Cos(latitude) * Math.Cos(longitude);
            y += Math.Cos(latitude) * Math.Sin(longitude);
            z += Math.Sin(latitude);
        }

        var total = geoCoordinates.Count;

        x = x / total;
        y = y / total;
        z = z / total;

        var centralLongitude = Math.Atan2(y, x);
        var centralSquareRoot = Math.Sqrt(x * x + y * y);
        var centralLatitude = Math.Atan2(z, centralSquareRoot);

        return new GeoCoordinate(centralLatitude * 180 / Math.PI, centralLongitude * 180 / Math.PI);
    }

Achei este post muito útil, então aqui está a solução em PHP. Eu tenho usado isso com sucesso e só queria salvar outro desenvolvedor há algum tempo.

/**
 * Get a center latitude,longitude from an array of like geopoints
 *
 * @param array data 2 dimensional array of latitudes and longitudes
 * For Example:
 * $data = array
 * (
 *   0 = > array(45.849382, 76.322333),
 *   1 = > array(45.843543, 75.324143),
 *   2 = > array(45.765744, 76.543223),
 *   3 = > array(45.784234, 74.542335)
 * );
*/
function GetCenterFromDegrees($data)
{
    if (!is_array($data)) return FALSE;

    $num_coords = count($data);

    $X = 0.0;
    $Y = 0.0;
    $Z = 0.0;

    foreach ($data as $coord)
    {
        $lat = $coord[0] * pi() / 180;
        $lon = $coord[1] * pi() / 180;

        $a = cos($lat) * cos($lon);
        $b = cos($lat) * sin($lon);
        $c = sin($lat);

        $X += $a;
        $Y += $b;
        $Z += $c;
    }

    $X /= $num_coords;
    $Y /= $num_coords;
    $Z /= $num_coords;

    $lon = atan2($Y, $X);
    $hyp = sqrt($X * $X + $Y * $Y);
    $lat = atan2($Z, $hyp);

    return array($lat * 180 / pi(), $lon * 180 / pi());
}

Post muito útil! Eu implementei isso em JavaScript, por meio deste código. Eu usei isso com sucesso.

function rad2degr(rad) { return rad * 180 / Math.PI; }
function degr2rad(degr) { return degr * Math.PI / 180; }

/**
 * @param latLngInDeg array of arrays with latitude and longtitude
 *   pairs in degrees. e.g. [[latitude1, longtitude1], [latitude2
 *   [longtitude2] ...]
 *
 * @return array with the center latitude longtitude pairs in 
 *   degrees.
 */
function getLatLngCenter(latLngInDegr) {
    var LATIDX = 0;
    var LNGIDX = 1;
    var sumX = 0;
    var sumY = 0;
    var sumZ = 0;

    for (var i=0; i<latLngInDegr.length; i++) {
        var lat = degr2rad(latLngInDegr[i][LATIDX]);
        var lng = degr2rad(latLngInDegr[i][LNGIDX]);
        // sum of cartesian coordinates
        sumX += Math.cos(lat) * Math.cos(lng);
        sumY += Math.cos(lat) * Math.sin(lng);
        sumZ += Math.sin(lat);
    }

    var avgX = sumX / latLngInDegr.length;
    var avgY = sumY / latLngInDegr.length;
    var avgZ = sumZ / latLngInDegr.length;

    // convert average x, y, z coordinate to latitude and longtitude
    var lng = Math.atan2(avgY, avgX);
    var hyp = Math.sqrt(avgX * avgX + avgY * avgY);
    var lat = Math.atan2(avgZ, hyp);

    return ([rad2degr(lat), rad2degr(lng)]);
}

Versão Javascript da função original

/**
 * Get a center latitude,longitude from an array of like geopoints
 *
 * @param array data 2 dimensional array of latitudes and longitudes
 * For Example:
 * $data = array
 * (
 *   0 = > array(45.849382, 76.322333),
 *   1 = > array(45.843543, 75.324143),
 *   2 = > array(45.765744, 76.543223),
 *   3 = > array(45.784234, 74.542335)
 * );
*/
function GetCenterFromDegrees(data)
{       
    if (!(data.length > 0)){
        return false;
    } 

    var num_coords = data.length;

    var X = 0.0;
    var Y = 0.0;
    var Z = 0.0;

    for(i = 0; i < data.length; i++){
        var lat = data[i][0] * Math.PI / 180;
        var lon = data[i][1] * Math.PI / 180;

        var a = Math.cos(lat) * Math.cos(lon);
        var b = Math.cos(lat) * Math.sin(lon);
        var c = Math.sin(lat);

        X += a;
        Y += b;
        Z += c;
    }

    X /= num_coords;
    Y /= num_coords;
    Z /= num_coords;

    var lon = Math.atan2(Y, X);
    var hyp = Math.sqrt(X * X + Y * Y);
    var lat = Math.atan2(Z, hyp);

    var newX = (lat * 180 / Math.PI);
    var newY = (lon * 180 / Math.PI);

    return new Array(newX, newY);
}

No interesse de possivelmente salvar alguém em um minuto ou dois, eis a solução que foi usada no Objective-C em vez de python. Esta versão utiliza um NSArray de NSValues ​​que contém MKMapCoordinates, o que foi solicitado em minha implementação:

#import <MapKit/MKGeometry.h>

+ (CLLocationCoordinate2D)centerCoordinateForCoordinates:(NSArray *)coordinateArray {
    double x = 0;
    double y = 0;
    double z = 0;

    for(NSValue *coordinateValue in coordinateArray) {
        CLLocationCoordinate2D coordinate = [coordinateValue MKCoordinateValue];

        double lat = GLKMathDegreesToRadians(coordinate.latitude);
        double lon = GLKMathDegreesToRadians(coordinate.longitude);
        x += cos(lat) * cos(lon);
        y += cos(lat) * sin(lon);
        z += sin(lat);
    }

    x = x / (double)coordinateArray.count;
    y = y / (double)coordinateArray.count;
    z = z / (double)coordinateArray.count;

    double resultLon = atan2(y, x);
    double resultHyp = sqrt(x * x + y * y);
    double resultLat = atan2(z, resultHyp);

    CLLocationCoordinate2D result = CLLocationCoordinate2DMake(GLKMathRadiansToDegrees(resultLat), GLKMathRadiansToDegrees(resultLon));
    return result;
}

soluções muito boas, exatamente o que eu precisava para o meu projeto rápido, então aqui está uma porta rápida. obrigado e aqui também está um projeto de playground: https://github.com/ppoh71/playgounds/tree/master/centerLocationPoint.playground

/*
* calculate the center point of multiple latitude longitude coordinate-pairs
*/

import CoreLocation
import GLKit

var LocationPoints = [CLLocationCoordinate2D]()

//add some points to Location ne, nw, sw, se , it's a rectangle basicaly
LocationPoints.append(CLLocationCoordinate2D(latitude: 37.627512369999998, longitude: -122.38780611999999))
LocationPoints.append(CLLocationCoordinate2D(latitude: 37.627512369999998, longitude:  -122.43105867))
LocationPoints.append(CLLocationCoordinate2D(latitude: 37.56502528, longitude: -122.43105867))
LocationPoints.append(CLLocationCoordinate2D(latitude: 37.56502528, longitude: -122.38780611999999))

// center func
func getCenterCoord(LocationPoints: [CLLocationCoordinate2D]) -> CLLocationCoordinate2D{

    var x:Float = 0.0;
    var y:Float = 0.0;
    var z:Float = 0.0;

    for points in LocationPoints {

     let lat = GLKMathDegreesToRadians(Float(points.latitude));
     let long = GLKMathDegreesToRadians(Float(points.longitude));

        x += cos(lat) * cos(long);
        y += cos(lat) * sin(long);
        z += sin(lat);
    }

    x = x / Float(LocationPoints.count);
    y = y / Float(LocationPoints.count);
    z = z / Float(LocationPoints.count);

    let resultLong = atan2(y, x);
    let resultHyp = sqrt(x * x + y * y);
    let resultLat = atan2(z, resultHyp);



    let result = CLLocationCoordinate2D(latitude: CLLocationDegrees(GLKMathRadiansToDegrees(Float(resultLat))), longitude: CLLocationDegrees(GLKMathRadiansToDegrees(Float(resultLong))));

    return result;

}

//get the centerpoint
var centerPoint = getCenterCoord(LocationPoints)
print("Latitude: \(centerPoint.latitude) / Longitude: \(centerPoint.longitude)")

Se você estiver interessado em obter um "centro" muito simplificado dos pontos (por exemplo, para simplesmente centralizar um mapa no centro do polígono do seu gmaps), então aqui está uma abordagem básica que funcionou para mim.

public function center() {
    $minlat = false;
    $minlng = false;
    $maxlat = false;
    $maxlng = false;
    $data_array = json_decode($this->data, true);
    foreach ($data_array as $data_element) {
        $data_coords = explode(',',$data_element);
        if (isset($data_coords[1])) {
            if ($minlat === false) { $minlat = $data_coords[0]; } else { $minlat = ($data_coords[0] < $minlat) ? $data_coords[0] : $minlat; }
            if ($maxlat === false) { $maxlat = $data_coords[0]; } else { $maxlat = ($data_coords[0] > $maxlat) ? $data_coords[0] : $maxlat; }
            if ($minlng === false) { $minlng = $data_coords[1]; } else { $minlng = ($data_coords[1] < $minlng) ? $data_coords[1] : $minlng; }
            if ($maxlng === false) { $maxlng = $data_coords[1]; } else { $maxlng = ($data_coords[1] > $maxlng) ? $data_coords[1] : $maxlng; }
        }
    }
    $lat = $maxlat - (($maxlat - $minlat) / 2);
    $lng = $maxlng - (($maxlng - $minlng) / 2);
    return $lat.','.$lng;
}

Isso retorna a coordenada lat / lng do meio para o centro de um polígono.

No Django, isso é trivial (e realmente funciona, eu tive problemas com várias soluções que não retornavam corretamente negativos para latitude).

Por exemplo, digamos que você esteja usando django-geopostcodes (do qual sou o autor).

from django.contrib.gis.geos import MultiPoint
from django.contrib.gis.db.models.functions import Distance
from django_geopostcodes.models import Locality

qs = Locality.objects.anything_icontains('New York')
points = [locality.point for locality in qs]
multipoint = MultiPoint(*points)
point = multipoint.centroid

pointé uma Pointinstância do Django que pode ser usada para fazer coisas como recuperar todos os objetos que estão a 10 km desse ponto central;

Locality.objects.filter(point__distance_lte=(point, D(km=10)))\
    .annotate(distance=Distance('point', point))\
    .order_by('distance')

Mudar isso para Python bruto é trivial;

from django.contrib.gis.geos import Point, MultiPoint

points = [
    Point((145.137075, -37.639981)),
    Point((144.137075, -39.639981)),
]
multipoint = MultiPoint(*points)
point = multipoint.centroid

Sob o capô, o Django está usando o GEOS - mais detalhes em https://docs.djangoproject.com/en/1.10/ref/contrib/gis/geos/

Versão Java, se alguém precisar. Constantes definidas como estáticas para não calculá-las duas vezes.

/**************************************************************************************************************
 *   Center of geometry defined by coordinates
 **************************************************************************************************************/
private static double pi = Math.PI / 180;
private static double xpi = 180 / Math.PI;

public static Coordinate center(Coordinate... arr) {
    if (arr.length == 1) {
        return arr[0];
    }
    double x = 0, y = 0, z = 0;

    for (Coordinate c : arr) {
        double latitude = c.lat() * pi, longitude = c.lon() * pi;
        double cl = Math.cos(latitude);//save it as we need it twice
        x += cl * Math.cos(longitude);
        y += cl * Math.sin(longitude);
        z += Math.sin(latitude);
    }

    int total = arr.length;

    x = x / total;
    y = y / total;
    z = z / total;

    double centralLongitude = Math.atan2(y, x);
    double centralSquareRoot = Math.sqrt(x * x + y * y);
    double centralLatitude = Math.atan2(z, centralSquareRoot);

    return new Coordinate(centralLatitude * xpi, centralLongitude * xpi);
}

Aqui está a versão do Android baseada na resposta C # do Yodacheese usando a API do Google Maps:

public static LatLng GetCentralGeoCoordinate(List<LatLng> geoCoordinates) {        
    if (geoCoordinates.size() == 1)
    {
        return geoCoordinates.get(0);
    }

    double x = 0;
    double y = 0;
    double z = 0;

    for(LatLng geoCoordinate : geoCoordinates)
    {
        double  latitude = geoCoordinate.latitude * Math.PI / 180;
        double longitude = geoCoordinate.longitude * Math.PI / 180;

        x += Math.cos(latitude) * Math.cos(longitude);
        y += Math.cos(latitude) * Math.sin(longitude);
        z += Math.sin(latitude);
    }

    int total = geoCoordinates.size();

    x = x / total;
    y = y / total;
    z = z / total;

    double centralLongitude = Math.atan2(y, x);
    double centralSquareRoot = Math.sqrt(x * x + y * y);
    double centralLatitude = Math.atan2(z, centralSquareRoot);

    return new LatLng(centralLatitude * 180 / Math.PI, centralLongitude * 180 / Math.PI);

}

no aplicativo build.gradle, adicione:

implementation 'com.google.android.gms:play-services-maps:17.0.0'

É o mesmo que um problema médio ponderado, onde todos os pesos são iguais e existem duas dimensões.

Encontre a média de todas as latitudes para a latitude central e a média de todas as longitudes para a longitude central.

Advertência do Emptor: Esta é uma aproximação a curta distância e o erro se tornará indisciplinado quando os desvios da média forem superiores a alguns quilômetros devido à curvatura da Terra. Lembre-se de que latitudes e longitudes são graus (não é realmente uma grade).

Se você deseja levar em consideração o elipsóide em uso, pode encontrar as fórmulas aqui http://www.ordnancesurvey.co.uk/oswebsite/gps/docs/A_Guide_to_Coordinate_Systems_in_Great_Britain.pdf

ver anexo B

O documento contém muitas outras coisas úteis

B

Fora do objeto em PHP. Dada matriz de pares de coordenadas, retorna ao centro.

/**
 * Calculate center of given coordinates
 * @param  array    $coordinates    Each array of coordinate pairs
 * @return array                    Center of coordinates
 */
function getCoordsCenter($coordinates) {    
    $lats = $lons = array();
    foreach ($coordinates as $key => $value) {
        array_push($lats, $value[0]);
        array_push($lons, $value[1]);
    }
    $minlat = min($lats);
    $maxlat = max($lats);
    $minlon = min($lons);
    $maxlon = max($lons);
    $lat = $maxlat - (($maxlat - $minlat) / 2);
    $lng = $maxlon - (($maxlon - $minlon) / 2);
    return array("lat" => $lat, "lon" => $lng);
}

Ideia tirada do nº 4

Aqui está a versão python para encontrar o ponto central. Lat1 e lon1 são listas de latitude e longitude. retuen a latitude e longitude do ponto central.

def GetCenterFromDegrees(lat1,lon1):    
    if (len(lat1) <= 0):
    return false;

num_coords = len(lat1)

X = 0.0
Y = 0.0
Z = 0.0

for i in range (len(lat1)):
    lat = lat1[i] * np.pi / 180
    lon = lon1[i] * np.pi / 180

    a = np.cos(lat) * np.cos(lon)
    b = np.cos(lat) * np.sin(lon)
    c = np.sin(lat);

    X += a
    Y += b
    Z += c


X /= num_coords
Y /= num_coords
Z /= num_coords

lon = np.arctan2(Y, X)
hyp = np.sqrt(X * X + Y * Y)
lat = np.arctan2(Z, hyp)

newX = (lat * 180 / np.pi)
newY = (lon * 180 / np.pi)
return newX, newY

Implementação de dardo no Flutter para encontrar o ponto central da latitude múltipla, longitude.

importar pacote matemático

import 'dart:math' as math;

Lista de latitude e longitude

List<LatLng> latLongList = [LatLng(12.9824, 80.0603),LatLng(13.0569,80.2425,)];

void getCenterLatLong(List<LatLng> latLongList) {
    double pi = math.pi / 180;
    double xpi = 180 / math.pi;
    double x = 0, y = 0, z = 0;

    if(latLongList.length==1)
    {
        return latLongList[0];
    }
    for (int i = 0; i < latLongList.length; i++) {
      double latitude = latLongList[i].latitude * pi;
      double longitude = latLongList[i].longitude * pi;
      double c1 = math.cos(latitude);
      x = x + c1 * math.cos(longitude);
      y = y + c1 * math.sin(longitude);
      z = z + math.sin(latitude);
    }

    int total = loadList.length;
    x = x / total;
    y = y / total;
    z = z / total;

    double centralLongitude = math.atan2(y, x);
    double centralSquareRoot = math.sqrt(x * x + y * y);
    double centralLatitude = math.atan2(z, centralSquareRoot);

    return LatLng(centralLatitude*xpi,centralLongitude*xpi);
}

Se você quiser que todos os pontos fiquem visíveis na imagem, deseje os extremos em latitude e longitude e verifique se sua visualização inclui esses valores com a borda desejada.

(A partir da resposta de Alnitak, como você calcula os extremos pode ser um pouco problemático, mas se eles estiverem alguns graus em ambos os lados da longitude que rodeia, então você dará o tiro e tomará o alcance certo.)

Se você não deseja distorcer o mapa em que esses pontos estão, ajuste a proporção da caixa delimitadora para que se ajuste aos pixels que você alocou na visualização, mas ainda inclua os extremos.

Para manter os pontos centralizados em algum nível de zoom arbitrário, calcule o centro da caixa delimitadora que "apenas se encaixa" nos pontos como acima e mantenha esse ponto como o ponto central.

Eu fiz essa tarefa em javascript como abaixo

function GetCenterFromDegrees(data){
    // var data = [{lat:22.281610498720003,lng:70.77577162868579},{lat:22.28065743343672,lng:70.77624369747241},{lat:22.280860953131217,lng:70.77672113067706},{lat:22.281863655593973,lng:70.7762061465462}];
    var num_coords = data.length;
    var X = 0.0;
    var Y = 0.0;
    var Z = 0.0;

    for(i=0; i<num_coords; i++){
        var lat = data[i].lat * Math.PI / 180;
        var lon = data[i].lng * Math.PI / 180;
        var a = Math.cos(lat) * Math.cos(lon);
        var b = Math.cos(lat) * Math.sin(lon);
        var c = Math.sin(lat);

        X += a;
        Y += b;
        Z += c;
    }

    X /= num_coords;
    Y /= num_coords;
    Z /= num_coords;

    lon = Math.atan2(Y, X);
    var hyp = Math.sqrt(X * X + Y * Y);
    lat = Math.atan2(Z, hyp);

    var finalLat = lat * 180 / Math.PI;
    var finalLng =  lon * 180 / Math.PI; 

    var finalArray = Array();
    finalArray.push(finalLat);
    finalArray.push(finalLng);
    return finalArray;
}

Como uma apreciação para este segmento, aqui está minha pequena contribuição com a implementação em Ruby, na esperança de salvar alguém a alguns minutos do seu precioso tempo:

def self.find_center(locations)

 number_of_locations = locations.length

 return locations.first if number_of_locations == 1

 x = y = z = 0.0
 locations.each do |station|
   latitude = station.latitude * Math::PI / 180
   longitude = station.longitude * Math::PI / 180

   x += Math.cos(latitude) * Math.cos(longitude)
   y += Math.cos(latitude) * Math.sin(longitude)
   z += Math.sin(latitude)
 end

 x = x/number_of_locations
 y = y/number_of_locations
 z = z/number_of_locations

 central_longitude =  Math.atan2(y, x)
 central_square_root = Math.sqrt(x * x + y * y)
 central_latitude = Math.atan2(z, central_square_root)

 [latitude: central_latitude * 180 / Math::PI, 
 longitude: central_longitude * 180 / Math::PI]
end

Usei uma fórmula que recebi de www.geomidpoint.com e escrevi a seguinte implementação em C ++. As classes arraye geocoordssão minhas, cuja funcionalidade deve ser auto-explicativa.

/*
 * midpoints calculated using formula from www.geomidpoint.com
 */
   geocoords geocoords::calcmidpoint( array<geocoords>& points )
   {
      if( points.empty() ) return geocoords();

      float cart_x = 0,
            cart_y = 0,
            cart_z = 0;

      for( auto& point : points )
      {
         cart_x += cos( point.lat.rad() ) * cos( point.lon.rad() );
         cart_y += cos( point.lat.rad() ) * sin( point.lon.rad() );
         cart_z += sin( point.lat.rad() );
      }

      cart_x /= points.numelems();
      cart_y /= points.numelems();
      cart_z /= points.numelems();

      geocoords mean;

      mean.lat.rad( atan2( cart_z, sqrt( pow( cart_x, 2 ) + pow( cart_y, 2 ))));
      mean.lon.rad( atan2( cart_y, cart_x ));

      return mean;
   }

Dardo / vibração Calcule o ponto central de vários pares de coordenadas de latitude / longitude

Map<String, double> getLatLngCenter(List<List<double>> coords) {
    const LATIDX = 0;
    const LNGIDX = 1;
    double sumX = 0;
    double sumY = 0;
    double sumZ = 0;

    for (var i = 0; i < coords.length; i++) {
      var lat = VectorMath.radians(coords[i][LATIDX]);
      var lng = VectorMath.radians(coords[i][LNGIDX]);
      // sum of cartesian coordinates
      sumX += Math.cos(lat) * Math.cos(lng);
      sumY += Math.cos(lat) * Math.sin(lng);
      sumZ += Math.sin(lat);
    }

    var avgX = sumX / coords.length;
    var avgY = sumY / coords.length;
    var avgZ = sumZ / coords.length;

    // convert average x, y, z coordinate to latitude and longtitude
    var lng = Math.atan2(avgY, avgX);
    var hyp = Math.sqrt(avgX * avgX + avgY * avgY);
    var lat = Math.atan2(avgZ, hyp);

    return {
      "latitude": VectorMath.degrees(lat),
      "longitude": VectorMath.degrees(lng)
    };
  }