SLAM 中地理计算库 GeographicLib 极简入门 （Ubuntu 18.04 c++

地理计算库 GeographicLib 极简入门

• 时间：20210412

1. 文档

• GeographicLib - 官方文档
• GeographicLib::LocalCartesian - 官方文档

2. 安装

• 克隆源码并编译安装 GeographicLib 。 (码云镜像更快，已有较多人转储，不用自己导入，如需自己导入，参考gitee文档)。

  git clone https://gitee.com/masonqin/geographiclib.git
  cd geographiclib
  mkdir build && cd build
  cmake .. #无报错
  make #无报错
  sudo make install #无报错
  

3. 项目集成

• 编写 CMakeLists.txt，非常简单的老三句。

  find_package (GeographicLib REQUIRED)
  include_directories(${GeographicLib_INCLUDE_DIRS})
  target_link_libraries(<可执行程序> ${GeographicLib_LIBRARIES})
  

• 代码集成，最常用的功能，使用局部坐标系转换，从 经纬高 到 ENU 。

  #include <GeographicLib/LocalCartesian.hpp> //包含头文件
  //经纬度原点初始化
  GeographicLib::LocalCartesian geo_converter;
  geo_converter.Reset(latitude, longitude, altitude);
  //经纬度转ENU
  geo_converter.Forward(latitude, longitude, altitude, local_E, local_N, local_U);
  

• 初始化原点用了 Reset 函数，Forward 用于将经纬高转换成米制坐标[E,N,U] 。俩函数都是调用 geo_converter 对象的成员函数，geo_converter 就是 GeographicLib::LocalCartesian 的实例。

  • GeographicLib::LocalCartesian 简介，官方文档
    • 功能就是把椭球体下的地理坐标系坐标转为ENU局部系下的坐标。
    • Reset 函数的作用是重置原点，LocalCartesian构造函数是默认在(0,0,0)也就是地心。
    • Forward (lat, lon, alt, x, y, z)函数就是把经纬高转换为ENU，前三个传入，后三个传出。

4. 极简的例子

• 新建 geographiclib_demo 文件夹，在里面新建 CMakeLists.txt 和 main.cpp。

• main.cpp ，经纬度数据转ENU米制坐标，数据文件为lonlat.csv，格式为**[纬度，经度，高度]**。

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <string>
  #include <fstream>
  #include <sstream>
  #include <GeographicLib/LocalCartesian.hpp> //header file
  
  typedef std::vector<std::vector<double>> dataMat_NxN;
  
  void ReadCSV(std::string str_csv_file, dataMat_NxN &data_NxN)
  {
      std::ifstream in_file(str_csv_file, std::ios::in);
      std::string std_line;
      while (getline(in_file, std_line))
      {
          std::stringstream ss(std_line);
          std::string data_each;
          std::vector<double> data_array;
          while (getline(ss, data_each, ','))
          {
              data_array.push_back(atof(data_each.c_str()));
          }
          data_NxN.push_back(data_array);
      }
  }
  
  void WriteDat(std::string str_dat_file, dataMat_NxN &data_NxN)
  {
      std::ofstream out_file(str_dat_file, std::ios::out);
      for (int i = 0; i < data_NxN.size(); ++i)
      {
          for (int j = 0; j < data_NxN[i].size(); ++j)
          {
              out_file << data_NxN[i][j]<<" ";
          }
          out_file << "\n";
      }
  }
  
  int main()
  {
      std::cout << "Demo program of GeographicLib." << std::endl;
      // geo origin init
      GeographicLib::LocalCartesian geo_converter;
      // data structure define
      dataMat_NxN geo_data;
      dataMat_NxN ENU_data;
      // read data from file
      std::string str_geo_data = "../lonlat.csv";//lat,lon,h
      ReadCSV(str_geo_data, geo_data);
      if (geo_data.size() > 0)
      {
          if (geo_data[0].size() == 3)
          {
              geo_converter.Reset(geo_data[0][0], geo_data[0][1], geo_data[0][2]);
              for (int i = 0; i < geo_data.size(); ++i)
              {
                  double local_E, local_N, local_U;
                  // convert[lat,lon,hgt] to ENU
                  geo_converter.Forward(geo_data[i][0], geo_data[i][1], geo_data[i][2], local_E, local_N, local_U);
                  std::vector<double> data_each;
                  data_each.emplace_back(local_E);
                  data_each.emplace_back(local_N);
                  data_each.emplace_back(local_U);
                  ENU_data.emplace_back(data_each);
                  std::cout << "i=" << i << std::endl;
              }
          }
      }
      std::string str_ENU_data = "../enu.dat";//e,n,u
      WriteDat(str_ENU_data, ENU_data);
      return 0;
  }
  

• CMakeLists.txt 文件

  cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
  project(geographiclib_demo)
  
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
  
  find_package (GeographicLib REQUIRED)
  include_directories(${GeographicLib_INCLUDE_DIRS})
  
  add_executable(geographiclib_demo main.cpp)
  target_link_libraries(geographiclib_demo ${GeographicLib_LIBRARIES})
  

• 编译 & 执行

  git clone https://gitee.com/jqf64078/geographiclib_demo.git
  cd geographiclib_demo
  mkdir build && cd build
  cmake ..
  make
  ./geographiclib_demo
  

• 转换ENU米制坐标结果绘制，matlab 绘制。

  enu_data = load('enu.dat');
  plot(enu_data(:,1),enu_data(:,2));grid on;xlabel('East'),ylabel('North');
  

• csv 文件格式，程序只是简单地定义 [纬度，经度，高度] 如下所示的格式进行读取。

  lat, lon, h,
  lat, lon, h,
  lat, lon, h,
  …