使用.NET查询日出日落时间

在WPF中，通过资源文件实现主题切换是个常见的功能，有不少文章介绍了如何实现手动切换主题。那如何实现自动切换主题呢？通常有两种机制：一是跟随系统明暗主题切换，二是像手机操作系统那样根据日出日落时间自动切换。本文将以终为始，采用倒推法一步步介绍如何使用.NET免费获取日出日落时间。

获取日出日落时间

日出日落时间会随季节及各地方经度纬度的不同而不同，此外还会受到大气折射等因素的影响。计算日出和日落时间通常需要考虑以下因素：

日期：具体的年、月、日，用于确定太阳相对于地球的位置。
经度：地理位置的经度，影响日出和日落的具体时刻。
纬度：地理位置的纬度，影响日出和日落时间的早晚以及全年日照时间的长短。
海拔：较高的海拔会影响大气折射，从而略微影响日出和日落时间。

获取日出日落时间可以使用在线API或者公式计算。最简单的方法就是付费API，其中有不少API提供免费试用（每天限额请求次数）。公式计算则不受网络限制，但准确度要低一点。

在线API

查询日出日落时间的在线API比较多，这里介绍一个无需注册，无需AccessKey的免费API sunrise-sunset ，它是一个简单的RESTful API，只需要通过GET请求https://api.sunrise-sunset.org/json即可。最少只用提供经度和纬度参数。详细参数说明如下：

lat(float)：十进制的纬度，例如22.5559。必要参数
lng(float)：十进制的经度，例如114.0577。必要参数
date(string)： YYYY-MM-DD格式的日期，也可以是其他的日期格式或者相对日期格式，默认值是当天。可选参数
callback (string)：JSONP回调函数名称。可选参数
formatted (integer)：0 or 1 (默认值是1)。值为0时，API响应结果中时间类型的值将按照 ISO 8601显示，并且昼长（day_length）以秒为单位显示。可选参数
tzid (string)：时区标识符。例如：UTC，Asia/Shanghai。可用的时区标识符参见支持的时区列表，如果设置了该参数，响应结果中的时间将根据该参数中时区作为基准。默认是国际协调时间UTC。可选参数

以下是获取日出日落时间最基本参数的示例和响应结果：

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

由于参数只提供了最基本的纬度和经度信息，响应结果默认是当天的日出日落信息，并且数据进行了默认的格式化，所有的时间都是以UTC作为基准且没有进行夏令时调整。

{
  "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"
}

以下是提供了时区参数的请求示例和响应结果：

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

响应结果中的时间都是以东八区作为基准：

{
  "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"
}

公式计算日出日落时间

除了通过在线API获取日出日落时间，还可以通过天文算法计算，这些算法通常基于地球自转、公转、地球椭圆轨道、黄赤交角以及大气折射等因素。下边这个公式没有涉及大气折射因素，但依旧有较高的精度。

前边通过在线API获取的时间与多个付费API比较结果一致，姑且以在线API作为参照基准，此处公式计算结果偏差有几分钟。

计算机一般采用弧度制，公式为：

日出时间=(180+时区*15-经度-arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15

日落时间=(180+时区*15-经度+arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15

请注意，使用这些公式时应确保：

日期：通常表示为距离当年1月1日的天数。（例如：1月1日表示日期=1，2月15日表示日期=46）
时区：以小时为单位，东时区为正，西时区为负。(例如：我国时区为东八区，时区=8)
经度、纬度：以度为单位，东经、北纬为正，西经、南纬为负。(例如：东经100º13′30″,北纬35º20′15″，则表示经度=100.225，纬度=35.3375;西经25º15′54″，南纬50º45′18″，则表示经度=-25.265，纬度=-50.755)

经度纬度查询

不管是在线API还是公式计算的方式获取日出日落时间，都需要输入经度纬度信息，直接获取经度纬度信息并不容易。但是，我们可以轻松地获取到另一个和地理位置有关的网络信息：IP地址。然后通过IP地址与地理位置的映射（包括经度纬度）得到想要的信息。通常可以通过在线API服务或者离线数据库完成IP地址到经度纬度信息地转换。

在线API服务

除了百度地图，还有许多其他提供IP到经纬度转换的服务，如 MaxMind GeoIP、IPinfo.io、IPGeolocation.io 等。这些服务通常提供免费和付费版本，使用方式类似，通常包括注册、获取API密钥、按照文档指示构造请求URL并解析响应。

使用本地数据库或API库

如果需要在本地处理大量IP到经纬度的转换，或者希望减少对外部API的依赖，可以考虑使用如IP2Location、GeoIP等提供的数据库产品。这些数据库包含了IP地址与地理位置信息的映射，可以直接在本地进行查询，无需每次请求都通过网络发送到第三方服务器。

IP2Location

IP2Location提供了付费的版本IP2Location和免费版本IP2Location Lite，他们的区别在于付费版本数据更多更准确，详细对比参见版本比较。IP2Location Lite提供了CSV和Bin两种格式的数据库，并根据数据丰富性分为多个不同的版本。这里以包含了国家、地区、城市、经度纬度、邮政编码、时区的DB11为例介绍如何使用。

首先，下载IP2LOCATION-LITE-DB11.BIN数据库文件，然后在项目中通过Nuget引用IP2Location.IPGeolocation包。调用代码如下：

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也是提供了付费版本GeoIP2和免费版本GeoLite2，付费版本除了数据更多更准确，更新频率也更高一些。GeoLite2也是提供了CSV和mmdb两种格式数据库，并根据内容不同分为GeoLite2 Country、GeoLite2 City、GeoLite2 ASN三个版本，详细信息参见GeoLite2 IP元数据数据库对比。这里以GeoLite2 City.mmdb为例介绍如何使用。

首先，下载GeoLite2-City.mmdb数据库文件，然后在项目中通过Nuget引用MaxMind.GeoIP2包。调用代码如下：

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"]); // "中国"

    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
}

不太幸运的是，这个IP并没有查询到城市信息，只返回了国家信息，因此结果中的经度纬度信息也不准确。国内所有未查询到城市信息的IP，返回都是这个经度纬度信息（通过百度地图查询到该坐标处于郑州）。但是GeoIP2的在线服务查询到了准确的城市及经度纬度信息。

最新(2024-5-7下载)的GeoLite2数据库中查询到20071个中国的IP网段，其中有11270条是未查询到具体城市信息的记录。

IP2Location Lite和GeoLite2数据库的覆盖情况并没有一个确切的数据，两个数据库结合使用或许能提高查询命中率。

获取公网IP

自己的公网IP非常容易获取，比如使用在线IP查询网站，或者搜索引擎中搜索关键词“IP”，搜索结果中通常会显示自己的公网IP地址。在程序中也可以通过特定API获取公网IP，比如下边这个API：

Get https://ipecho.net/plain

小结

在计算日出日落和经度纬度信息的环节都介绍了在线API服务和离线获取两种方式。在线API服务的优势是结果更准确，离线方式的优势是无需依赖第三方服务，缺点就是结果没那么精准。当然，在根据日出日落时间实现自动切换主题的需求上，准确度要求没那么高，离线计算方式足矣。