驗證字串是否是有效的地理座標

一、簡介

在本教程中，我們將探索在 Java 中驗證地理座標及其準確性的各種方法。

2.了解地理座標

地理座標通常表示為緯度和經度值，精確定位球形地球上的位置。緯度測量赤道以北或以南的距離，範圍從 -90°（南極）到 90°（北極）。另一方面，經度測量本初子午線以東或以西的距離，跨度為 -180°（國際日期變更線）到 180°。

3. 了解精度和準確度

在檢查座標的有效性時，要考慮的關鍵因素是小數位數的精確度。由座標表示並與位置相關聯的詳細程度由精確度表示，精確度由小數位數表示。

此外，舍入座標可能會導致不準確，尤其是在對鄰近度敏感的應用中。例如，繪製建築物地圖可能需要精確到小數點後五位（大約一公尺）的座標，而城市級地圖可能只需要兩位小數（大約一公里）。

4. 經緯度格式

了解各種格式對於座標輸入和驗證都是基礎。

4.1.十進制 (DD)

地理座標通常以十進位表示，其中緯度和經度都以十進位值表示。在 DD 格式中，有效緯度值的範圍通常為 -90 到 90，而有效經度值的範圍為 -180 到 180。例如，巴黎艾菲爾鐵塔的座標約為 48.8588445（緯度）和 2.2943506（經度）。

4.2.度、分、秒 (DMS)

DMS格式涉及度、分、秒，緯度和經度以度表示。每個度數又分為60分鐘，每分鐘可選擇性地分為60秒。 °（度）、'（分）和 」（秒）等符號用來分隔這些部分。例如，自由女神像的座標為 40°41'21.7"N（緯度）和 74°02'40.7"W（經度）。

4.3.軍用網格參考系統 (MGRS)

MGRS 是另一種用於指定地球表面位置的座標格式。它將世界劃分為網格區域並提供它們的簡明表示。每個部分是一個 6° 寬的區域，編號為 1 到 60，並進一步分為由兩個字母代碼標識的 100,000 公尺正方形。在每個方格內，精確的位置由“東向”和“北向”給出，均以米為單位。例如，中國長城的八達嶺部分可以定位為 50TMK6356175784。

5. 使用正規表示式進行基本驗證

正規表示式是模式匹配的強大工具。我們可以使用 Java 的Pattern和Matcher類別製作正規表示式模式來識別有效的座標格式。

第一個正規表示式是為 DD 格式設計的，其中兩個十進制數字用逗號分隔，並帶有可選空格：

public static final String DD_COORDINATE_REGEX = "^(-?\\d+\\.\\d+)(\\s*,\\s*)?(-?\\d+\\.\\d+)$";

第二個正規表示式是為了處理 DMS 格式而建構的。它檢查兩組座標，包括度、分、秒和基本方向（N、S、W 或 E），從而允許靈活地使用符號：

public static final String DMS_COORDINATE_REGEX =
 "^(\\d{1,3})°(\\d{1,2})\'(\\d{1,2}(\\.\\d+)?)?\"?([NSns])(\\s*,\\s*)?
 (\\d{1,3})°(\\d{1,2})\'(\\d{1,2}(\\.\\d+)?)?\"?([WEwe])$";

最終的正規表示式迎合 MGRS 座標。此代碼驗證由兩個數字表示的 UTM 區域、使用字母字元（不包括 I 和 O）的緯度帶以及後跟偶數對排列的 2 到 10 個數字組成的模式：

public static final String MGRS_COORDINATE_REGEX =
 "^\\d{1,2}[^IO]{3}(\\d{10}|\\d{8}|\\d{6}|\\d{4}|\\d{2})$";

讓我們定義實用方法來驗證每種格式：

boolean validateCoordinates(String coordinateString) {
 return isValidDDFormat(coordinateString) || isValidDMSFormat(coordinateString) || isValidMGRSFormat(coordinateString);
 }

 boolean isValidDDFormat(String coordinateString) {
 return Pattern.compile(DD_COORDINATE_REGEX).matcher(coordinateString).matches();
 }

 boolean isValidDMSFormat(String coordinateString) {
 return Pattern.compile(DMS_COORDINATE_REGEX).matcher(coordinateString).matches();
 }

 boolean isValidMGRSFormat(String coordinateString) {
 return Pattern.compile(MGRS_COORDINATE_REGEX).matcher(coordinateString).matches();
 }

正規表示式對於基本驗證很有用，但不能保證座標的正確性。例如，DD 正規表示式不會驗證座標是否落在地球的緯度和經度範圍內。

6.複雜場景的自訂驗證邏輯

為了處理複雜的場景，讓我們將驗證過程分解為更小、更明確的步驟。

6.1.十進制度

讓我們改進isValidDDFormat()方法來處理邊緣情況，例如非數字輸入和無效座標：

boolean isValidDDFormat(String coordinateString) {
 try {
 String[] parts = coordinateString.split(",");
 if (parts.length != 2) {
 return false;
 }

 double latitude = Double.parseDouble(parts[0].trim());
 double longitude = Double.parseDouble(parts[1].trim());
 if (latitude < -90 || latitude > 90 || longitude < -180 || longitude > 180) {
 return false;
 }

 return true;
 } catch (NumberFormatException e) {
 return false;
 }
 }

String.split()方法使用逗號和空格作為分隔符號來分割座標，以適應不同的輸入格式。這確保了恰好有兩個部分（緯度和經度）。然後我們驗證數值是否在指定範圍內。

捕獲NumberFormatException是為了處理解析雙精度數失敗的情況。

6.2.度、分和秒

接下來，我們改進isValidDMSFormat()方法，將座標字串拆分為度、分、秒和半球部分，並相應地驗證每個部分：

boolean isInvalidLatitude(int degrees, int minutes, double seconds, String hemisphere) {
 return degrees < 0 || degrees > 90 || minutes < 0 || minutes >= 60 || seconds < 0 || seconds >= 60 ||

 (!hemisphere.equalsIgnoreCase("N") && !hemisphere.equalsIgnoreCase("S"));
 }

isInvalidLatitude()方法檢查所提供的緯度分量是否超出有效範圍。如果滿足以下任何無效條件，則傳回true （無效）：

• 緯度小於 0 或大於 90
• 緯度分鐘小於 0 或大於或等於 60
• 緯度秒小於 0 或大於或等於 60
• 半球不是“N”（北）或“S”（南）

同樣，我們將為經度創建等效的驗證方法：

boolean isInvalidLongitude(int degrees, int minutes, double seconds, String hemisphere) {
 return degrees < 0 || degrees > 180 || minutes < 0 || minutes >= 60 || seconds < 0 || seconds >= 60 ||
 (!hemisphere.equalsIgnoreCase("E") && !hemisphere.equalsIgnoreCase("W"));
 }

isInvalidLongitude()方法檢查提供的經度分量，如果滿足以下任何無效條件，則傳回true （無效）：

• 經度小於 0 或大於 180
• 經度分鐘小於 0 或大於或等於 60
• 經度秒小於 0 或大於或等於 60
• 半球不是“E”（東）或“W”（西）

最後，讓我們利用這兩種驗證方法來驗證 DMS 座標：

boolean isValidDMSFormatWithCustomValidation(String coordinateString) {
 try {
 String[] dmsParts = coordinateString.split("[°',]");
 if (dmsParts.length > 6) {
 return false;
 }

 int degreesLatitude = Integer.parseInt(dmsParts[0].trim());
 int minutesLatitude = Integer.parseInt(dmsParts[1].trim());
 String[] secondPartsLatitude = dmsParts[2].split("\"");
 double secondsLatitude = secondPartsLatitude.length > 1 ? Double.parseDouble(secondPartsLatitude[0].trim()) : 0.0;
 String hemisphereLatitude = secondPartsLatitude.length > 1 ? secondPartsLatitude[1] : dmsParts[2];

 int degreesLongitude = Integer.parseInt(dmsParts[3].trim());
 int minutesLongitude = Integer.parseInt(dmsParts[4].trim());
 String[] secondPartsLongitude = dmsParts[5].split("\"");
 double secondsLongitude = secondPartsLongitude.length > 1 ? Double.parseDouble(secondPartsLongitude[0].trim()) : 0.0;
 String hemisphereLongitude = secondPartsLongitude.length > 1 ? secondPartsLongitude[1] : dmsParts[5];

 if (isInvalidLatitude(degreesLatitude, minutesLatitude, secondsLatitude, hemisphereLatitude) ||
 isInvalidLongitude(degreesLongitude, minutesLongitude, secondsLongitude, hemisphereLongitude)) {
 return false;
 }

 return true;
 } catch (NumberFormatException e) {
 return false;
 }
 }

isValidDMSFormatWithCustomValidation()方法將輸入拆分為緯度和縱向分量，並使用輔助方法分別驗證它們。如果所有檢查都通過，則 DMS 格式被視為有效，並且該方法傳回true （有效）。

七、結論

在本文中，我們探索了兩種不同的驗證地理座標的方法。正規表示式為基本驗證提供了快速的解決方案，而自訂驗證邏輯提供了靈活性和錯誤回饋，使其適合複雜的場景。

與往常一樣，範例的原始程式碼可 在 GitHub 上取得。