Abgabe fertig

nicht abgeben/ellipsoid_biaxial.py

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+from typing import Tuple
+
+import numpy as np
+from numpy import arctan2, cos, sin, sqrt
+from numpy.typing import NDArray
+
+import winkelumrechnungen as wu
+
+
+class EllipsoidBiaxial:
+    """
+    Klasse für Rotationsellipdoide
+    """
+    def __init__(self, a: float, b: float):
+        self.a = a
+        self.b = b
+        self.c = a ** 2 / b
+        self.e = sqrt(a ** 2 - b ** 2) / a
+        self.e_ = sqrt(a ** 2 - b ** 2) / b
+
+    @classmethod
+    def init_name(cls, name: str) -> EllipsoidBiaxial:
+        """
+        Erstellen eines Rotationsellipdoids nach Namen
+        :param name: Name des Rotationsellipsoids
+        :return: Rotationsellipsoid
+        """
+        if name == "Bessel":
+            a = 6377397.15508
+            b = 6356078.96290
+            return cls(a, b)
+        elif name == "Hayford":
+            a = 6378388
+            f = 1/297
+            b = a - a * f
+            return cls(a, b)
+        elif name == "Krassowski":
+            a = 6378245
+            f = 298.3
+            b = a - a * f
+            return cls(a, b)
+        elif name == "WGS84":
+            a = 6378137
+            f = 298.257223563
+            b = a - a * f
+            return cls(a, b)
+        else:
+            raise Exception(f"EllipsoidBiaxial.init_name: Name {name} unbekannt")
+
+    @classmethod
+    def init_af(cls, a: float, f: float) -> EllipsoidBiaxial:
+        """
+        Erstellen eines Rotationsellipdoids aus der großen Halbachse und der Abplattung
+        :param a: große Halbachse
+        :param f: großen Halbachse
+        :return: Rotationsellipsoid
+        """
+        b = a - a * f
+        return cls(a, b)
+
+    V = lambda self, phi: sqrt(1 + self.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
+    M = lambda self, phi: self.c / self.V(phi) ** 3
+    N = lambda self, phi: self.c / self.V(phi)
+
+    beta2psi = lambda self, beta: arctan2(self.a * sin(beta), self.b * cos(beta))
+    beta2phi = lambda self, beta: arctan2(self.a ** 2 * sin(beta), self.b ** 2 * cos(beta))
+
+    psi2beta = lambda self, psi: arctan2(self.b * sin(psi), self.a * cos(psi))
+    psi2phi = lambda self, psi: arctan2(self.a * sin(psi), self.b * cos(psi))
+
+    phi2beta = lambda self, phi: arctan2(self.b**2 * sin(phi), self.a**2 * cos(phi))
+    phi2psi = lambda self, phi: arctan2(self.b * sin(phi), self.a * cos(phi))
+
+    phi2p = lambda self, phi: self.N(phi) * cos(phi)
+
+    def bi_cart2ell(self, point: NDArray, Eh: float = 0.001, Ephi: float = wu.gms2rad([0, 0, 0.001])) -> Tuple[float, float, float]:
+        """
+        Umrechnung von kartesischen in ellipsoidische Koordinaten auf einem Rotationsellipsoid
+        # TODO: Quelle
+        :param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
+        :param Eh: Grenzwert für die Höhe
+        :param Ephi: Grenzwert für die Breite
+        :return: ellipsoidische Breite, Länge, geodätische Höhe
+        """
+        x, y, z = point
+
+        lamb = arctan2(y, x)
+
+        p = sqrt(x**2+y**2)
+
+        phi_null = arctan2(z, p*(1 - self.e**2))
+
+        hi = [0]
+        phii = [phi_null]
+
+        i = 0
+
+        while True:
+            N = self.a / sqrt(1 - self.e**2 * sin(phii[i])**2)
+            h = p / cos(phii[i]) - N
+            phi = arctan2(z,  p * (1-(self.e**2*N) / (N+h)))
+            hi.append(h)
+            phii.append(phi)
+            dh = abs(hi[i]-h)
+            dphi = abs(phii[i]-phi)
+            i += 1
+            if dh < Eh:
+                if dphi < Ephi:
+                    break
+        return phi, lamb, h
+
+    def bi_ell2cart(self, phi: float, lamb: float, h: float) -> NDArray:
+        """
+        Umrechnung von ellipsoidischen in kartesische Koordinaten auf einem Rotationsellipsoid
+        # TODO: Quelle
+        :param phi: ellipsoidische Breite
+        :param lamb: ellipsoidische Länge
+        :param h: geodätische Höhe
+        :return: Punkt in kartesischen Koordinaten
+        """
+        W = sqrt(1 - self.e**2 * sin(phi)**2)
+        N = self.a / W
+        x = (N+h) * cos(phi) * cos(lamb)
+        y = (N+h) * cos(phi) * sin(lamb)
+        z = (N * (1-self.e**2) + h) * sin(phi)
+        return np.array([x, y, z])