使用.NET查詢日出日落時間

czwy發表於2024-05-09

在WPF中，透過資原始檔實現主題切換是個常見的功能，有不少文章介紹瞭如何實現手動切換主題。那如何實現自動切換主題呢？通常有兩種機制：一是跟隨系統明暗主題切換，二是像手機作業系統那樣根據日出日落時間自動切換。本文將以終為始，採用倒推法一步步介紹如何使用.NET免費獲取日出日落時間。

獲取日出日落時間

日出日落時間會隨季節及各地方經度緯度的不同而不同，此外還會受到大氣折射等因素的影響。計算日出和日落時間通常需要考慮以下因素：

  • 日期：具體的年、月、日，用於確定太陽相對於地球的位置。
  • 經度：地理位置的經度，影響日出和日落的具體時刻。
  • 緯度：地理位置的緯度，影響日出和日落時間的早晚以及全年日照時間的長短。
  • 海拔：較高的海拔會影響大氣折射，從而略微影響日出和日落時間。

獲取日出日落時間可以使用線上API或者公式計算。最簡單的方法就是付費API，其中有不少API提供免費試用（每天限額請求次數）。公式計算則不受網路限制，但準確度要低一點。

線上API

查詢日出日落時間的線上API比較多，這裡介紹一個無需註冊，無需AccessKey的免費API
sunrise-sunset ，它是一個簡單的RESTful API，只需要透過GET請求https://api.sunrise-sunset.org/json即可。最少只用提供經度和緯度引數。詳細引數說明如下：

  • lat(float)：十進位制的緯度，例如22.5559。必要引數
  • lng(float)：十進位制的經度，例如114.0577。必要引數
  • date(string)： YYYY-MM-DD格式的日期，也可以是其他的日期格式或者相對日期格式，預設值是當天。可選引數
  • callback (string)：JSONP回撥函式名稱。可選引數
  • formatted (integer)：0 or 1 (預設值是1)。值為0時，API響應結果中時間型別的值將按照 ISO 8601顯示，並且晝長（day_length）以秒為單位顯示。可選引數
  • tzid (string)：時區識別符號。例如：UTC，Asia/Shanghai。可用的時區識別符號參見支援的時區列表，如果設定了該引數，響應結果中的時間將根據該引數中時區作為基準。預設是國際協調時間UTC。可選引數

以下是獲取日出日落時間最基本引數的示例和響應結果：

https://api.sunrise-sunset.org/json?lat=23.1181&lng=113.2539

由於引數只提供了最基本的緯度和經度資訊，響應結果預設是當天的日出日落資訊，並且資料進行了預設的格式化，所有的時間都是以UTC作為基準且沒有進行夏令時調整。

{
  "results": {
    "sunrise": "9:48:35 PM",
    "sunset": "10:58:28 AM",
    "solar_noon": "4:23:32 AM",
    "day_length": "13:09:53",
    "civil_twilight_begin": "9:25:53 PM",
    "civil_twilight_end": "11:21:10 AM",
    "nautical_twilight_begin": "8:57:33 PM",
    "nautical_twilight_end": "11:49:30 AM",
    "astronomical_twilight_begin": "8:28:26 PM",
    "astronomical_twilight_end": "12:18:37 PM"
  },
  "status": "OK",
  "tzid": "UTC"
}

以下是提供了時區引數的請求示例和響應結果：

https://api.sunrise-sunset.org/json?lat=23.1181&lng=113.2539&tzid=Asia/shanghai

響應結果中的時間都是以東八區作為基準：

{
  "results": {
    "sunrise": "5:48:35 AM",
    "sunset": "6:58:28 PM",
    "solar_noon": "12:23:32 PM",
    "day_length": "13:09:53",
    "civil_twilight_begin": "5:25:53 AM",
    "civil_twilight_end": "7:21:10 PM",
    "nautical_twilight_begin": "4:57:33 AM",
    "nautical_twilight_end": "7:49:30 PM",
    "astronomical_twilight_begin": "4:28:26 AM",
    "astronomical_twilight_end": "8:18:37 PM"
  },
  "status": "OK",
  "tzid": "Asia/shanghai"
}

公式計算日出日落時間

除了透過線上API獲取日出日落時間，還可以透過天文演算法計算，這些演算法通常基於地球自轉、公轉、地球橢圓軌道、黃赤交角以及大氣折射等因素。下邊這個公式沒有涉及大氣折射因素，但依舊有較高的精度。

前邊透過線上API獲取的時間與多個付費API比較結果一致，姑且以線上API作為參照基準，此處公式計算結果偏差有幾分鐘。

計算機一般採用弧度制，公式為：

日出時間=(180+時區*15-經度-arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(緯度*π/180))*180/π)/15

日落時間=(180+時區*15-經度+arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(緯度*π/180))*180/π)/15

請注意，使用這些公式時應確保：

  • 日期：通常表示為距離當年1月1日的天數。（例如：1月1日表示日期=1，2月15日表示日期=46）
  • 時區：以小時為單位，東時區為正，西時區為負。(例如：我國時區為東八區，時區=8)
  • 經度、緯度：以度為單位，東經、北緯為正，西經、南緯為負。(例如：東經100º13′30″,北緯35º20′15″，則表示經度=100.225，緯度=35.3375;西經25º15′54″，南緯50º45′18″，則表示經度=-25.265，緯度=-50.755)

經度緯度查詢

不管是線上API還是公式計算的方式獲取日出日落時間，都需要輸入經度緯度資訊，直接獲取經度緯度資訊並不容易。但是，我們可以輕鬆地獲取到另一個和地理位置有關的網路資訊：IP地址。然後透過IP地址與地理位置的對映（包括經度緯度）得到想要的資訊。通常可以透過線上API服務或者離線資料庫完成IP地址到經度緯度資訊地轉換。

線上API服務

除了百度地圖，還有許多其他提供IP到經緯度轉換的服務，如 MaxMind GeoIP、IPinfo.io、IPGeolocation.io 等。這些服務通常提供免費和付費版本，使用方式類似，通常包括註冊、獲取API金鑰、按照文件指示構造請求URL並解析響應。

使用本地資料庫或API庫

如果需要在本地處理大量IP到經緯度的轉換，或者希望減少對外部API的依賴，可以考慮使用如IP2Location、GeoIP等提供的資料庫產品。這些資料庫包含了IP地址與地理位置資訊的對映，可以直接在本地進行查詢，無需每次請求都透過網路傳送到第三方伺服器。

IP2Location

IP2Location提供了付費的版本IP2Location和免費版本IP2Location Lite，他們的區別在於付費版本資料更多更準確，詳細對比參見版本比較。IP2Location Lite提供了CSV和Bin兩種格式的資料庫，並根據資料豐富性分為多個不同的版本。這裡以包含了國家、地區、城市、經度緯度、郵政編碼、時區的DB11為例介紹如何使用。

首先，下載IP2LOCATION-LITE-DB11.BIN資料庫檔案，然後在專案中透過Nuget引用IP2Location.IPGeolocation包。呼叫程式碼如下：

Component oIP2Location = new Component();
IPResult oIPResult = new IPResult();
oIP2Location.Open(@"C:\Users\John\Downloads\IP2LOCATION-LITE-DB11.BIN");
oIPResult = oIP2Location.IPQuery("120.236.111.205");
if (oIPResult.Status == "OK")
{
    Console.WriteLine(oIPResult.Latitude); //23.12736
    Console.WriteLine(oIPResult.Longitude); //113.2646
    Console.WriteLine(oIPResult.CountryLong); //"China"
    Console.WriteLine(oIPResult.CountryShort); //"CN"
    Console.WriteLine(oIPResult.Region); //"Guangdong"
    Console.WriteLine(oIPResult.City);  //"Guangzhou"
    Console.WriteLine(oIPResult.TimeZone); //"+08:00"
    Console.WriteLine(oIPResult.ZipCode); //"510140"
}
oIP2Location.Close();

GeoIP

GeoIP也是提供了付費版本GeoIP2和免費版本GeoLite2，付費版本除了資料更多更準確，更新頻率也更高一些。GeoLite2也是提供了CSV和mmdb兩種格式資料庫，並根據內容不同分為GeoLite2 Country、GeoLite2 City、GeoLite2 ASN三個版本，詳細資訊參見GeoLite2 IP後設資料資料庫對比。這裡以GeoLite2 City.mmdb為例介紹如何使用。

首先，下載GeoLite2-City.mmdb資料庫檔案，然後在專案中透過Nuget引用MaxMind.GeoIP2包。呼叫程式碼如下：

using (var reader = new DatabaseReader(@"C:\Users\John\Downloads\GeoLite2-City.mmdb"))
{
    var city = reader.City("120.236.111.205");
    
    Console.WriteLine(city.Country.IsoCode); // "CN"
    Console.WriteLine(city.Country.Name); // "China"
    Console.WriteLine(city.Country.Names["zh-CN"]); // "中國"

    Console.WriteLine(city.MostSpecificSubdivision.Name); // null
    Console.WriteLine(city.MostSpecificSubdivision.IsoCode); // null

    Console.WriteLine(city.City.Name); // null

    Console.WriteLine(city.Postal.Code); // null

    Console.WriteLine(city.Location.Latitude); // 34.7732
    Console.WriteLine(city.Location.Longitude); // 113.722
}

不太幸運的是，這個IP並沒有查詢到城市資訊，只返回了國家資訊，因此結果中的經度緯度資訊也不準確。國內所有未查詢到城市資訊的IP，返回都是這個經度緯度資訊（透過百度地圖查詢到該座標處於鄭州）。但是GeoIP2的線上服務查詢到了準確的城市及經度緯度資訊。

最新(2024-5-7下載)的GeoLite2資料庫中查詢到20071箇中國的IP網段，其中有11270條是未查詢到具體城市資訊的記錄。

IP2Location Lite和GeoLite2資料庫的覆蓋情況並沒有一個確切的資料，兩個資料庫結合使用或許能提高查詢命中率。

獲取公網IP

自己的公網IP非常容易獲取，比如使用線上IP查詢網站，或者搜尋引擎中搜尋關鍵詞“IP”，搜尋結果中通常會顯示自己的公網IP地址。在程式中也可以透過特定API獲取公網IP，比如下邊這個API：

Get https://ipecho.net/plain

小結

在計算日出日落和經度緯度資訊的環節都介紹了線上API服務和離線獲取兩種方式。線上API服務的優勢是結果更準確，離線方式的優勢是無需依賴第三方服務，缺點就是結果沒那麼精準。當然，在根據日出日落時間實現自動切換主題的需求上，準確度要求沒那麼高，離線計算方式足矣。

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