时区之痒 - 从手机GPS模块获取的时间，真的是北京时间么？

去年互联网地图行业开始引入众包模式，国内比较大的地图商，比如四维图新、高德地图、百度地图纷纷开始推出UGC应用，众包给用户采集门址、公交站等信息，并按照工作量给与采集者一定的回报。我曾经玩过某德推出的“道路寻宝”APP，应用内部集成了道路拍拍、门址采集、公交拍拍、POI任务等。该应用有如下限制：（1）为了防止作弊，采集者必须打开GPS，才能拍摄门牌号。（2）为了保证图片清晰，采集工作只能在日出后半小时至日落前半小时内进行。问题在于，应用仅仅读取手机的时间进行日出日落时间判断。在一个用户线上会议，远在新疆用户抱怨，往往烈日当头采集就被强制结束。PS:其实还有一个BUG他没有发现：太阳升起之前，采集就已经放开了；而且如果你是位于东北三省东部的用户，在日落后依然可以采集~

那么问题到底出在什么地方？先从时区谈起。

理论时区

众所周知，由于时差问题，世界各地的日出日时刻是不同的。然而，每个国家或地区，都喜欢把日出时刻定在5-7点左右，把日落时刻定在16-19点左，甚至有的地区为了迁就这样的民间习惯，还设置了夏令时这样的概念。这样一来，使用全球统一的格林威治标准时间，就只能停留在专业领域，而在民用领域，大家各自为政，使用适合自己的时间。这就产生了时区。以穿越英国伦敦格林威治的本初子午线为基准，向东向西分别设置了12个时区，每个时区的“时间”数值相差一个小时。

理论时区以被15整除的子午线为中心，向东西两侧延伸7.5度，即每15°划分一个时区，这是理论时区。理论时区的时间采用其中央经线（或标准经线）的地方时。所以每差一个时区，区时相差一个小时，相差多少个时区，就相差多少个小时。东边的时区时间比西边的时区时间来得早。格林威治的0度经线，向东西各延伸7.5度，构成的15度范围组成的时区就是UTC±0，0时区所采用的时间就是格林威治时间，该时间也被采用为国际标准时间度量。东经7.5-22.5度为东一区，以此类推，西半球也采取相同的类推方式。东十二区和西十二区是重合的(172.5E - 172.5W)，国际日期变更线(180E/W)从中间穿越。从东向西穿越，日期加1天，西向东穿越，日期减1天。

法定时区

但是，国界线可不像经线纬线那样直。为了避开国界线，有的时区的形状并不规则，而且比较大的国家以国家内部行政分界线为时区界线，这是实际时区，即法定时区。于是，理论时区匀称、完美的划分，就变成了这样：（图片来自维基百科）

从图中可以看到，中国横跨了5个理论时区（从东五区 - 东九区），但是全部归在了法定时区UTC+8。美国的法定时区则尽量趋近于理论时区，因此就有了美东、美西、太平洋..等时间的区别。为了充分利用阳光，有的地区夏季会采用夏时制。我国曾采用了6年夏时制，但是由于我国将多个理论时区统一为东八区，因此新疆等天亮的较晚的地区并不能起到节约能源的作用，加上我国民众科学素养普遍不高，导致了更多的混乱。因此草草收场。

北京时间

某一国采用哪一个法定时区，一般取决于首都所在的理论时区。北京位于东八区，因此采用东八区中心经线（120E）所在位置的地方平太阳时（理论时间）作为法定时间，而不是北京的地方平太阳时（北京大致位于116E,40W附近）。

移动设备、计算机的时间是如何校准的？

众所周知，目前全球有为数众多的互联网授时服务，例如美国海军天文台授时中心，我国有中国科学院国家授时中心。这些授时服务提供的数据格式多种多样，比如从1970年1月1日到现在多少秒的整数，再比如时间的浮点格式，但是时间基准是GMT，即格林威治国际标准时间。我们电脑全新安装系统，或者手机、平板第一次启用，一般会有区域设置：“UTC+8，北京、香港、台北、新加坡”。这样设备就可以换算出当地时间。

GPS时间

到这里相信很多人也都明白了。GPS模块（以Android手机为例，调用location.getTime()）获取的时间，是基于理论时区进行计算的当地理论时间。GPS卫星会广播当前的世界标准时间，然后根据经纬度算出所在理论时区，即可在线性时间内算出理论时区的当地时间。比如你人在新疆喀什，位于理论东五区，此时北京时间是上午10点，那么你的手机时间也是10点，但是GPS获取的时间则是7点（东八区 - 东五区 = 3小时时差）。

仅通过经纬度能否获取当地法定时间？

理论上可行。但是实际上非常困难：由于国界线的不规则性，要存储地球上某一点（假设是10米 * 10米面积的粒度）所在的国家或法定时区，数据量是非常庞大的，实际意义并不大。因此当前的解决方案，都是要求用户自己手动设置区域选项（而且大多是在初始化向导中强制设置）。夏时制的映射规则则要简单多了，因此一般都会有设备自行判断。

“道路寻宝”BUG的解决方案

第一，将时间获取方式改为通过GPS获取，就可以进行真正的日出日落判断。如果以时区为粒度，理论上早晨6点日出，18点日落，这个时刻也是当地理论时间。

第二，有些Android手机厂商开发的driver实在是太烂了，通过getTime可能获取不到当地理论时间，那么只有通过GPS读取的经度进行代码switch-case条件判断了：

switch(longitude)

{

　　case 67.5E-82.5E（理论东五区）: 使用当地理论时间即“手机时间（北京时间）- 3小时”判断;

　　case 82.5E-97.5E（理论东六区）: 使用当地理论时间即“手机时间（北京时间）- 2小时”判断；

　　.....；

　　case 127.5E-142.5E（理论东九区）: 使用当地理论时间即“手机时间（北京时间）+ 1小时”判断；// 黑龙江佳木斯市抚远县黑瞎子岛差不多就在134E，这里是中国最东端

}

第三，更好的做法，就是直接通过GPS经纬度，计算该点的日出日落时刻。因为该方式是精确到点的，因此误差只有几秒，而“6点日出18点日落”，误差在半小时以内。这需要复杂的科学计算，用代码库可以实现。

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地图应用背后的原理远不止这些。天朝特有的坐标扭曲和偏移也是一大问题，同国际标准的WGS84坐标系相比，国内地图商要交费使用保密的转换插件。