impl Ellipsoid

src/coord.rs

@@ -1,26 +1,5 @@
 use std::ops::{Add, Mul, Sub};
 
-/// 測地座標。
-/// Geodetic coordinate.
-// pub trait Geodetic: Sized {
-//     fn with_lat_lon(lat_lon: (f64, f64)) -> Self;
-//     fn lat_lon(&self) -> (f64, f64);
-//     fn with_lon_lat(lon_lat: (f64, f64)) -> Self {
-//         let (lon, lat) = lon_lat;
-//         Self::with_lat_lon((lat, lon))
-//     }
-//     fn lon_lat(&self) -> (f64, f64) {
-//         let (lat, lon) = self.lat_lon();
-//         (lon, lat)
-//     }
-// }
-
-// mod seal {
-//     pub trait Sealed {}
-//     impl Sealed for super::LatLon {}
-//     impl Sealed for super::LonLat {}
-// }
-
 /// 度単位の緯度経度。
 /// Latitude and longitude in degrees.
 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, PartialOrd)]
@@ -60,6 +39,7 @@ impl LatLon {
     pub fn from_micro_secs<T: Into<f64>>(lat: T, lon: T) -> Self {
         Self::from_milli_secs(lat, lon) * 0.001
     }
+
     // pub fn new(lat_lon: impl Into<(f64, f64)>) -> Self {
     //     let (lat, lon) = lat_lon.into();
     //     Self(lat, lon)
@@ -68,18 +48,22 @@ impl LatLon {
     //     let (lon, lat) = lon_lat.into();
     //     Self(lat, lon)
     // }
+
     pub fn lat(&self) -> f64 {
         self.0
     }
+
     pub fn lon(&self) -> f64 {
         self.1
     }
+
     // pub fn rev(&self) -> (f64, f64) {
     //     (self.lon(), self.lat())
     // }
     pub fn abs(self) -> Self {
         self.map(f64::abs)
     }
+
     pub fn map(mut self, f: fn(f64) -> f64) -> Self {
         self.0 = f(self.0);
         self.1 = f(self.1);
@@ -133,7 +117,48 @@ impl<D: Into<i32>, M: Into<i32>, S: Into<f64>> From<(D, M, S)> for Dms {
     }
 }
 
-pub struct ECEF {}
+/// 三次元直交座標。
+#[derive(Debug, Clone, Copy)]
+pub struct ECEF {
+    x: f64,
+    y: f64,
+    z: f64,
+}
 impl ECEF {
-    pub fn to_geodetic() {}
+    /// コンストラクタ。
+    pub const fn new(x: f64, y: f64, z: f64) -> Self {
+        Self { x, y, z }
+    }
+
+    pub fn x(&self) -> f64 {
+        self.x
+    }
+
+    pub fn y(&self) -> f64 {
+        self.y
+    }
+
+    pub fn z(&self) -> f64 {
+        self.z
+    }
+}
+impl Add for ECEF {
+    type Output = Self;
+    fn add(self, rhs: Self) -> Self::Output {
+        Self {
+            x: self.x + rhs.x,
+            y: self.y + rhs.y,
+            z: self.z + rhs.z,
+        }
+    }
+}
+impl Sub for ECEF {
+    type Output = Self;
+    fn sub(self, rhs: Self) -> Self::Output {
+        Self {
+            x: self.x - rhs.x,
+            y: self.y - rhs.y,
+            z: self.z - rhs.z,
+        }
+    }
 }

src/crs.rs

@@ -1,4 +1,8 @@
-use crate::LatLon;
+use crate::{
+    coord::ECEF,
+    earth::{BESSEL, GRS80},
+    LatLon,
+};
 
 #[cfg(feature = "tky2jgd")]
 use crate::TKY2JGD;
@@ -79,7 +83,7 @@ impl Tokyo {
     /// たとえ陸地であっても、無人島や、後年に埋め立てられた沿岸部などで、パラメータグリッドが欠損している。
     /// 複数の座標で表される形状が、パラメータグリッドの範囲内外をまたがっていると、変換後の形状が大きく変わる可能性がある。
     ///
-    /// 国土地理院によるオリジナルの実装の精度は、一定条件下で「緯度, 経度の標準偏差はそれぞれ9cm, 8cm」[(飛田, 2002)](crate#references) とされている。
+    /// 国土地理院によるオリジナルの実装の精度は、一定条件下で「緯度, 経度の標準偏差はそれぞれ9cm, 8cm」[(飛田, 2001)](crate#references) とされている。
     #[cfg(feature = "tky2jgd")]
     pub fn to_jgd2000(&self) -> Jgd2000 {
         match TKY2JGD.interpolate(self.degree) {
@@ -90,22 +94,33 @@ impl Tokyo {
 
     /// 離島位置の補正量 [(飛田, 2003)](crate#references) を用いて [`Tokyo97`] へ変換する。
     pub fn to_tokyo97(&self) -> Tokyo97 {
-        // https://www.drm.jp/jisx0410/JisGridSystem_1_Geoid.html
-        todo!()
+        // TODO
+        Tokyo97::new(self.degree)
     }
 }
 
 /// 旧日本測地系。Tokyo 97, The older Japanese Datum.
 ///
 /// 世界測地系を基準に、3パラメータによる変換式で定義された測地系 [(飛田, 1997)](crate#references)。
 pub struct Tokyo97 {
-    lat_lon: LatLon,
+    degree: LatLon,
 }
 impl Tokyo97 {
-    /// 3パラメータによる変換式 [(飛田, 1997)](crate#references) を用いて [`Jgd2000`] へ変換する。
+    /// ITRF94系へ変換する3パラメータ [(飛田, 2001)](crate#references)。
+    const TO_ITRF94: ECEF = ECEF::new(-146.414, 507.337, 680.507);
+
+    /// ...
+    pub fn new(degree: LatLon) -> Self {
+        Self { degree }
+    }
+
+    /// 3パラメータ [(飛田, 2001)](crate#references) を用いて [`Jgd2000`] へ変換する。
     /// Transform to JGD2000.
     pub fn to_jgd2000(&self) -> Jgd2000 {
-        todo!()
+        // https://www.gsi.go.jp/LAW/G2000-g2000faq-1.htm
+        // > 測地成果2000での経度・緯度は、世界測地系であるITRF94座標系とGRS80の楕円体を使用して表します
+        let itrf94 = BESSEL.to_ecef(self.degree) + Self::TO_ITRF94;
+        Jgd2000::new(GRS80.to_geodetic(itrf94))
     }
 
     /// 離島位置の補正量 [(飛田, 2003)](crate#references) を用いて [`Tokyo`] へ逆変換する。
@@ -117,15 +132,12 @@ impl Tokyo97 {
 ///
 /// EPSG: 4612
 pub struct Jgd2000 {
-    lat_lon: LatLon,
+    degree: LatLon,
 }
-
 impl Jgd2000 {
-    // GRS80楕円体
-
-    fn new(lat_lon: impl Into<LatLon>) -> Self {
-        let lat_lon = lat_lon.into();
-        Self { lat_lon }
+    /// ...
+    fn new(degree: LatLon) -> Self {
+        Self { degree }
     }
 
     /// [`TOUHOKUTAIHEIYOUOKI2011`] を用いて [`Jgd2011`] へ変換する。
@@ -137,42 +149,42 @@ impl Jgd2000 {
     /// いずれにしても ...
     pub fn to_jgd2011(&self) -> Jgd2011 {
         // todo
-        Jgd2011::new(self.lat_lon)
+        Jgd2011::new(self.degree)
     }
 
-    /// [`TKY2JGD`] を用いて [`Tokyo`] へ逆変換する。
-    /// Inverse of [`Tokyo::to_jgd2000`].
-    ///
-    /// 今後、あらゆるデータが世界測地系で測量、作成されるため、なるべく本メソッドは使わない方が良い。
-    /// 新旧の測地系の座標を重ねる用途であれば、原則として旧日本測地系から世界測地系へ変換した方が良い。
-    pub fn to_tokyo(&self) {}
+    // /// [`TKY2JGD`] を用いて [`Tokyo`] へ逆変換する。
+    // /// Inverse of [`Tokyo::to_jgd2000`].
+    // ///
+    // /// 今後、あらゆるデータが世界測地系で測量、作成されるため、なるべく本メソッドは使わない方が良い。
+    // /// 新旧の測地系の座標を重ねる用途であれば、原則として旧日本測地系から世界測地系へ変換した方が良い。
+    // pub fn to_tokyo(&self) {}
 
     /// 3パラメータを用いて [`Tokyo97`] へ逆変換する。
     /// Inverse of [`Tokyo97::to_jgd2000`].
     pub fn to_tokyo97(&self) {}
 
     /// ...
     pub fn inner(&self) -> LatLon {
-        self.lat_lon
+        self.degree
     }
 }
 
 /// 世界測地系。Japanese Geodetic Datum 2011 (JGD2011).
 ///
 /// EPSG: 6668
 pub struct Jgd2011 {
-    lat_lon: LatLon,
+    degree: LatLon,
 }
 impl Jgd2011 {
-    fn new(lat_lon: impl Into<LatLon>) -> Self {
-        let lat_lon = lat_lon.into();
-        Self { lat_lon }
+    /// ...
+    fn new(degree: LatLon) -> Self {
+        Self { degree }
     }
 
     /// 度単位の緯度経度。
     /// Latitude and longitude in degrees.
     pub fn lat_lon(&self) -> (f64, f64) {
-        self.lat_lon.into()
+        self.degree.into()
     }
 
     // pub fn lon_lat(&self) -> (f64, f64) {

src/earth.rs

@@ -0,0 +1,81 @@
+use crate::{coord::ECEF, LatLon};
+
+/// GRS80楕円体
+pub const GRS80: Ellipsoid = Ellipsoid {
+    equatorial_radius: 6378137.0,
+    polar_radius: 6356752.31424518,
+};
+
+/// Bessel楕円体
+pub const BESSEL: Ellipsoid = Ellipsoid {
+    equatorial_radius: 6377397.155,
+    polar_radius: 6356078.963,
+};
+
+/// 回転楕円体。
+#[derive(Debug, Clone)]
+pub struct Ellipsoid {
+    // 赤道半径 (メートル)
+    equatorial_radius: f64,
+
+    // 極半径 (メートル)
+    polar_radius: f64,
+}
+impl Ellipsoid {
+    /// 測地座標から変換する
+    pub fn to_ecef(&self, degree: LatLon) -> ECEF {
+        let lat = degree.lat().to_radians();
+        let lon = degree.lon().to_radians();
+        let geoid = self.equatorial_radius
+            / (1.0 - self.equatorial_eccentricity() * lat.sin().powi(2)).sqrt();
+        ECEF::new(
+            geoid * lat.cos() * lon.cos(),
+            geoid * lat.cos() * lon.sin(),
+            geoid * (1.0 - self.equatorial_eccentricity()) * lat.sin(),
+        )
+    }
+
+    /// 測地座標に変換する
+    pub fn to_geodetic(&self, ecef: ECEF) -> LatLon {
+        let p = ecef.x().hypot(ecef.y());
+        let theta = ((ecef.z() * self.equatorial_radius) / (p * self.polar_radius)).atan();
+        let lat = (ecef.z()
+            + self.polar_eccentricity() * self.polar_radius * (theta.sin().powi(3)))
+        .atan2(p - self.equatorial_eccentricity() * self.equatorial_radius * (theta.cos().powi(3)));
+        let lon = ecef.y().atan2(ecef.x());
+        LatLon(lat.to_degrees(), lon.to_degrees())
+    }
+
+    /// 赤道離心率 = (赤道半径^2 - 極半径^2) / 赤道半径^2
+    fn equatorial_eccentricity(&self) -> f64 {
+        let e2 = self.equatorial_radius.powi(2);
+        let p2 = self.polar_radius.powi(2);
+        (e2 - p2) / e2
+    }
+
+    // 極離心率 = (赤道半径^2 - 極半径^2) / 極半径^2
+    fn polar_eccentricity(&self) -> f64 {
+        let e2 = self.equatorial_radius.powi(2);
+        let p2 = self.polar_radius.powi(2);
+        (e2 - p2) / p2
+    }
+}
+
+#[cfg(test)]
+mod tests {
+    use approx::assert_ulps_eq;
+
+    use super::{BESSEL, GRS80};
+
+    #[test]
+    fn grs80() {
+        assert_ulps_eq!(GRS80.equatorial_eccentricity(), 0.006694379990141124);
+        assert_ulps_eq!(GRS80.polar_eccentricity(), 0.006739496742276239);
+    }
+
+    #[test]
+    fn bessel() {
+        assert_ulps_eq!(BESSEL.equatorial_eccentricity(), 0.006674372174974933);
+        assert_ulps_eq!(BESSEL.polar_eccentricity(), 0.006719218741581313);
+    }
+}

src/grid.rs

@@ -29,7 +29,7 @@ impl<'a> Grid<'a> {
     /// 指定された座標が属する3次メッシュの四隅すべてのパラメータがグリッド内に存在しなければならない。
     /// 一つでも欠けていた場合は `None` を返す。
     pub fn interpolate(&self, p: LatLon) -> Option<LatLon> {
-        // > 地域毎の変換パラメータの格子点は，3 次メッシュの中央ではなく，南西隅に対応する (飛田, 2002)
+        // > 地域毎の変換パラメータの格子点は，3 次メッシュの中央ではなく，南西隅に対応する (飛田, 2001)
         let mesh = Mesh3::floor(p);
         let i = self.search_after(0, mesh)?;
         let sw_shift = self.dots[i].shift;

src/lib.rs

@@ -52,12 +52,13 @@
 //! # References
 //!
 //! - 飛田幹男 [最近の測地座標系と座標変換についての考察](https://www.jstage.jst.go.jp/article/sokuchi1954/43/4/43_4_231/_pdf) (測地学会誌 43巻 4号 (1997) pp231-235)
-//! - 飛田幹男 [世界測地系移行のための座標変換ソフトウェア "TKY2JGD"](https://www.gsi.go.jp/common/000063173.pdf) (国土地理院時報 97集 (2002) pp31-51)
+//! - 飛田幹男 [世界測地系移行のための座標変換ソフトウェア "TKY2JGD"](https://www.gsi.go.jp/common/000063173.pdf) (国土地理院時報 97集 (2001) pp31-51)
 //! - 飛田幹男ほか [日本測地系における離島位置の補正量](https://www.jstage.jst.go.jp/article/sokuchi1954/49/3/49_3_181/_pdf) (測地学会誌 49巻 3号 (2003) pp181-192)
 //! - 飛田幹男 [地震時地殻変動に伴う座標値の変化を補正するソフトウェア "PatchJGD"](https://www.jstage.jst.go.jp/article/sokuchi/55/4/55_4_355/_pdf/-char/ja) (測地学会誌 55巻 4号 (2009) pp355-367)
 
 mod coord;
 mod crs;
+mod earth;
 mod grid;
 mod island;
 mod par;