解析经纬度信息

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引言

在我地图控件文章中，我尝试解析用户输入，以确定它是否为纬度和经度，并在地图上显示结果。当时，我不想编写完整的用户输入解析器，所以（非常懒惰地）只使用逗号分隔用户输入，并尝试解析两个十进制值。

这有很多问题。首先，坐标可能不是度分秒格式，这对于坐标来说很普遍。第二点（评论中也指出了这一点），一些国家使用逗号作为十进制分隔符（例如西班牙）。

背景

Jaime Olivares在此写了一篇优秀的文章，该文章根据ISO 6709标准解析和序列化纬度和经度坐标（该标准的良好指南可在此页面上找到）。

这篇文章很好地解释了标准是什么，并提供了简洁的代码来完成这项工作，但期望应用程序用户按照此格式输入坐标是有点不合理的！因此，我将使用一些简单的正则表达式来尝试尽可能灵活地进行解析，同时考虑到不同用户的语言设置。

ISO 6709 解析

ISO 6709 格式（从开发者的角度来看）的好处是，我们确切知道在string中会期望什么。例如，要分隔多个坐标，使用'/'字符。此外，数据不会因用户的文化设置而异；十进制分隔符将始终是'.'。但是，仍然需要一些猜测，因为我们不知道它代表十进制度数（以下简称D）、度数和十进分数（DM）还是度数、分数和十进秒数（DMS）。此外，我们也不知道是否会包含海拔高度分量。不过，让我们列出我们所知道的：

• 唯一有效的数字是 0 - 9。
• 唯一有效的十进制分隔符是'.'。
• 数字的小数部分必须包含十进制分隔符，后跟至少一位数字。
• 纬度分量将是第一个，并以'+'或'-'开头。
• 纬度至少有三个字符，加上一个可选的小数部分[±DD(.D)]。
• 纬度最多有七个字符，加上一个可选的小数部分[±DDMMSS(.S)]。
• 经度分量将是下一个，并以'+'或'-'开头。
• 经度至少有四个字符，加上一个可选的小数部分[±DDD(.D)]。
• 经度最多有八个字符，加上一个可选的小数部分[±DDDMMSS(.S)]。
• 如果指定了海拔高度，则它将是下一个，并以'+'或'-'开头。
• 海拔高度至少有两个字符，加上一个可选的小数部分[±A(.A)]。
• 字符串将以'/'字符结尾。

现在我们知道了有效格式，我们可以轻松地将其转换为正则表达式（并使用Regex类）。这就是我们将使用的正则表达式（如果您想尝试，请记住使用RegexOptions.IgnorePatternWhitespace标志）。

^\s*                                        # Match the start of the string, 
                    ignoring any whitespace
(?<latitude> [+-][0-9]{2,6}(?: \. [0-9]+)?) # The decimal part is optional.
(?<longitude>[+-][0-9]{3,7}(?: \. [0-9]+)?)
(?<altitude> [+-][0-9]+(?: \. [0-9]+)?)?    # The altitude component is optional
/                                           # The string must be terminated by '/'

此正则表达式将告诉我们输入字符串*可能*是ISO 6709格式，如果全部匹配，则允许我们使用各种命名组从string中获取各个分量。我说string*可能*是正确的格式，因为所示的表达式也允许'+123+1234/'作为有效值（即±DDM±DDDM/），并且不对值进行任何范围检查（例如，分钟和秒不能大于或等于60）。因此，我们需要将成功匹配的输出传递给另一个函数，以将string转换为可用于计算的数字。

对于海拔高度部分，这非常简单；检查海拔高度Group.Success属性，如果找到海拔高度，请使用double.Parse转换string值（确保传入CultureInfo.InvariantCulture以避免任何本地化问题）。请注意，无需使用double.TryParse，因为我们已经通过正则表达式检查了输入是否有效。

对于经度和纬度，则有点棘手。基本思想是将string分成两部分；整数部分和可选的小数部分。根据整数部分的长度，我们知道string是D、DM还是DMS格式，然后可以单独分割和解析每个分量，确保将小数部分（如果有）添加到最后一个分量。

用户输入

如引言中所述，本文的目的是在友好对待不同文化设置的同时，从用户提供的string中提取坐标。我所采取的方法是将string分割成组，然后使用double.TryParse方法（传入当前文化设置）来实际进行数字处理，因为我认为.NET Framework在本地化方面可以做得比我更好！

这不禁让人想知道如何将string分割成组？我假设纬度和经度将由空格分隔。我还假设纬度和经度将采用相同的格式（即，如果纬度是DM，则经度也是DM）。让我们看一些关于如何编写纬度的示例：

12° 34' 56? S	这使用了ISO 31-1符号。
-12° 34' 56?	这使用负号而不是'S'。
-12°34'56?S	这使用负号和'S'，并省略了空格。我们将假设坐标位于南半球。
-12 34" 56'	这省略了度数符号并使用了引号。这可能是最容易键入的，因为它不使用普通键盘上找不到的任何特殊符号。
-12 34’ 56”	与上面相同，但使用了智能引号（想象从Microsoft Word复制）。
+12 34 56 S	我们可以假设这是DMS格式，因为有三组数字。
S 12d34m56s	一些程序允许使用D表示度，M表示分，S表示秒，并将南北后缀放在前面。
S 12* 34' 56"	这在法律描述中很常见。

当然，还有更多的组合（只指定一个符号，混合使用智能引号和普通引号等）。此外，这只是针对DMS格式，甚至没有考虑十进秒（例如，-12 34' 56.78" 是否有效？在某些国家可能有效，但在西班牙则无效）。关于'S'应该是什么意思，也可能存在歧义？如果我们允许'D'表示度，'M'表示分，那么自然'S'应该解释为秒。但在大多数示例中，'S'表示纬度在南半球。因此，我们将排除'S'作为秒的符号，因此12d 34m 56s将被解释为12° 34' 56? S。

由于我们不打算验证数字，我们只需要找到一种将string分割成组的方法。与ISO格式一样，我们可以使用正则表达式，并将任何非符号或空格的字符组合在一起。这是度数最简单的形式：

^\s*                         # Ignore any whitespace at the start of the string
(?<latitudeSuffix>[NS])?     # The suffix could be at the start
(?<latitude>.+?)             # Match anything and we'll try to parse it later
[D\*\u00B0]?\s*              # Degree symbols (optional) followed by optional whitespace
(?<latitudeSuffix>[NS])?\s+  # Optional suffix with at least some whitespace to separate

哇，真是一团糟！在跳过字符串开头的空格后，Regex将查找南北指示符，如果找到，则将其存储在名为latitudeSuffix的组中。然后，它将匹配任何字符（'.'）多次，但次数越少越好（'+?'）。这意味着，如果找到一个可选的度数符号（例如'*'（这是一个保留字符，因此需要转义）、'D'或'°'（写成Unicode数字）），匹配就会停止。如果找不到，它将查找任何空格。如果仍然找不到任何匹配项，它将查找纬度后缀。最后，如果仍然找不到这些，则必须找到至少一个空格字符（记住我们说过纬度和经度必须用空格分隔）。假设正则表达式成功匹配整个string，然后我们进入第二阶段，尝试使用当前文化设置解析提取的组。这包括将latitude组传递给double.TryParse，并根据latitudeSuffix组调整符号（如果需要）。

Using the Code

Angle类作为Latitude和Longitude的基类，并允许在弧度和度数之间进行转换。它实现了IComparable<T>、IEquatable<T>和IFormattable接口，这意味着您可以比较Angles（或Latitude或Longitude），但不能比较Latitude与Longitude（这没有意义）。这也意味着您可以选择如何显示它们。

var latitude = Latitude.FromDegrees(-5, -10, -15.1234);
Console.WriteLine("{0:DMS1}", latitude); // 5° 10' 15.1? S
Console.WriteLine("{0:DM3}", latitude);  // 5° 10.252' S
Console.WriteLine("{0:D}", latitude);    // 5.17° S
Console.WriteLine("{0:ISO}", latitude);  // -051015.1234

该类没有任何public可见的构造函数，因此您需要使用static初始化器。以下是该类的所有方法和属性的完整列表：

public class Angle : IComparable<Angle>, IEquatable<Angle>, IFormattable
{
    // Gets the whole number of degrees from the angle.
    public int Degrees { get; }

    // Gets the whole number of minutes from the angle.
    public int Minutes { get; }

    // Gets the number of seconds from the angle.
    public double Seconds { get; }

    // Gets the value of the angle in radians.
    public double Radians { get; }

    // Gets the value of the angle in degrees.
    public double TotalDegrees { get; }

    // Gets the value of the angle in minutes.
    public double TotalMinutes { get; }

    // Gets the value of the angle in seconds.
    public double TotalSeconds { get; }

    // Creates a new angle from an amount in degrees.
    public static Angle FromDegrees(double degrees);
    public static Angle FromDegrees(double degrees, double minutes);
    public static Angle FromDegrees(double degrees, double minutes, double seconds);

    // Creates a new angle from an amount in radians.
    public static Angle FromRadians(double radians);

    // Returns the result of multiplying the specified value by negative one.
    public static Angle Negate(Angle angle);

    public static bool operator !=(Angle angleA, Angle angleB);
    public static bool operator <(Angle angleA, Angle angleB);
    public static bool operator <=(Angle angleA, Angle angleB);
    public static bool operator ==(Angle angleA, Angle angleB);
    public static bool operator >(Angle angleA, Angle angleB);
    public static bool operator >=(Angle angleA, Angle angleB);

    // Compares this instance with a specified Angle object and indicates
    // whether the value of this instance is less than, equal to, or greater
    // than the value of the specified Angle object.
    public int CompareTo(Angle other);

    // Determines whether this instance and a specified object have
    // the same value.
    public override bool Equals(object obj);
    public bool Equals(Angle other);

    // Returns the hash code for this instance.
    public override int GetHashCode();

    // Returns a string that represents the current Angle in degrees,
    // minutes and seconds form.
    public override string ToString();

    // Formats the value of the current instance using the specified format.
    public virtual string ToString(string format, IFormatProvider formatProvider);
}

Location类包含Latitude、Longitude和可选的海拔高度。它实现了IEquatable<T>、IFormattable和IXmlSerializable接口，使用ISO格式对其进行序列化/反序列化。它还接受与Latitude/Longitude相同的格式化string。有一些static解析方法接受各种选项以允许识别不同的格式，并且该类还具有一些助手函数，这些函数源自Ed Williams的Aviation Formulary V1.45。

public sealed class Location : IEquatable<Location>, IFormattable, IXmlSerializable
{
    // Initializes a new instance of the Location class.
    public Location(Latitude latitude, Longitude longitude);
    public Location(Latitude latitude, Longitude longitude, double altitude);

    // Gets the altitude of the coordinate, or null if the coordinate doesn't
    // contain altitude information.
    public double? Altitude { get; }

    // Gets the latitude of the coordinate.
    public Latitude Latitude { get; }

    // Gets the longitude of the coordinate.
    public Longitude Longitude { get; }

    // Converts the string into a Location.
    public static Location Parse(string value);
    public static Location Parse(string value, IFormatProvider provider);
    public static Location Parse(string value, LocationStyles style,
                                 IFormatProvider provider);

    // Converts the string into a Location (without throwing an exception).
    public static bool TryParse(string value, out Location location);
    public static bool TryParse(string value, IFormatProvider provider,
                                out Location location);
    public static bool TryParse(string value, LocationStyles style,
                                IFormatProvider provider, out Location location);

    public static bool operator !=(Location locationA, Location locationB);
    public static bool operator ==(Location locationA, Location locationB);

    // Determines whether this instance and a specified object have the
    // same value.
    public override bool Equals(object obj);
    public bool Equals(Location other);

    // Returns the hash code for this instance.
    public override int GetHashCode();

    // Returns a string that represents the current Location in degrees,
    // minutes and seconds form.
    public override string ToString();

    // Formats the value of the current instance using the specified format.
    public string ToString(string format, IFormatProvider formatProvider);

    // Calculates the initial course (or azimuth; the angle measured clockwise
    // from true north) from this instance to the specified value.
    public Angle Course(Location point);

    // Calculates the great circle distance, in meters, between this instance
    // and the specified value.
    public double Distance(Location point);

    // Calculates a point at the specified distance along the specified
    // radial from this instance.
    public Location GetPoint(double distance, Angle radial);
}

为了完整起见，还有一个可序列化的LocationCollection类，它像Location一样，使用ISO格式对其进行序列化/反序列化。

关注点

Angle、Latitude或Longitude类均不包含与内置类型（如double）的转换（无论是implicit还是explicit）。这是故意的。在.NET Framework的Math类中，处理角度的方法（如Math.Cos）期望角度以弧度为单位。但是，在处理纬度/经度时，度数更为常见。因此，将double转换为Angle并假定数字以弧度为单位，而将double转换为Latitude并假定数字以度为单位，似乎不一致。因此，最好由开发人员明确数字代表的内容，使用FromDegrees或FromRadians static方法。

此外，出于效率原因，如果Latitude和Longitude是structs会很好。但是，您不能对structs使用继承，并且我认为Angle与Latitude/Longitude之间的代码重用证明了使用类的合理性，但欢迎您提供意见。

历史

• 21/02/12 - 修复了小于一度的值的ISO格式错误，并改进了分数和秒的一般四舍五入。
• 12/11/11 - 修复了一个解析错误，在该错误中，当度数元素为零时，会丢失半球信息。
• 31/01/11 – 添加了Erik Anderson提出的格式。
• 30/01/11 – 第一个版本。