Android環(huán)境下地形圖編號可視化查詢與算法研究

喬俊軍，胡馮偉，萬叢叢，2

(1.武漢大學測繪學院，湖北武漢 430079；2.深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026）

Android環(huán)境下地形圖編號可視化查詢與算法研究

喬俊軍1，胡馮偉1，萬叢叢1，2

(1.武漢大學測繪學院，湖北武漢 430079；2.深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026）

一、引 言

國家基本比例尺地形圖是根據(jù)國家頒布的地形圖測量規(guī)范、編繪規(guī)范和地形圖圖式，用指定的方法測制或根據(jù)可靠的資料編制的詳細表達普通地理要素的全要素地圖，它既是經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和科研文教的重要圖件，又是編繪各種地理圖的基礎(chǔ)資料，其測繪精度、成圖數(shù)量和速度等是衡量國家測繪技術(shù)水平的重要標志[1]。

由于國家基本比例尺地形圖的管理和使用都是依據(jù)其編號來進行的，因此如何快速、方便、實時、可視化地查詢和獲取地形圖編號，已成為地形圖管理者和使用者普遍關(guān)心的問題。國內(nèi)在地形圖管理和編號查詢方面取得了一些研究成果[2-5]，并開發(fā)了相應(yīng)的地形圖管理和編號查詢軟件，但查詢功能不全，沒有實現(xiàn)點、線、面所在地形圖編號的全面查詢；便捷性也不夠，不能隨時隨地地查詢地形圖編號；而且可視化不強，沒有電子地圖作為可視化支撐。

針對上述問題，本文提出了用于解算點、線、面所在地圖編號的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法，并基于Android移動設(shè)備，通過調(diào)用百度地圖API接口，直接訪問百度地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)，然后運用Java語言，設(shè)計開發(fā)了地形圖編號的可視化查詢軟件，方便了用戶對地形圖編號的可視化查詢。

二、我國基本比例尺地形圖編號

我國基本比例尺地形圖不僅具有完整的比例尺系列，而且還具有統(tǒng)一的分幅編號系統(tǒng)。它的分幅與編號均采用國際上統(tǒng)一的“經(jīng)緯線分幅，行列式編號”的方法，即在1∶100萬地形圖的基礎(chǔ)上，按照我國規(guī)定的基本比例尺系列進行分幅編號[6]。

1.1∶100萬地形圖編號

行：從赤道算起，緯度每4°為一行，至南、北緯88°，各22行，用大寫英文字母A、B、C、…、V表示，南半球加S，我國地處北半球，N可以省略。

列：從180°經(jīng)線算起，自西向東每6°為一列，全球分為60列，用阿拉伯數(shù)字1、2、3、…、60表示，列必須是兩位數(shù)，不足兩位的前面補“0”。

由經(jīng)線和緯線所圍成的每一個梯形小格為一幅1∶100萬地形圖，它們的編號由該圖所在的行號與列號組合而成，如北京所在的1∶100萬地形圖的圖號為J50，如圖1所示。

圖1 1∶100萬地形圖編號

2.1∶50萬～1∶5000地形圖編號

1∶50萬～1∶5000地形圖的編號是在1∶100萬地形圖的基礎(chǔ)上進行的。它們的編號都由10個代碼組成，其中前3位是所在的1∶100萬地圖的行號(1位）和列號(2位），第4位是比例尺代碼，后面6位分為兩段，前3位是圖幅的行號數(shù)字碼，后3位是圖幅的列號數(shù)字碼。行號和列號的數(shù)字碼編碼方法是一致的，行號從上而下，列號從左到右順序編排(如圖2所示），不足3位時前面補“0”，如圖3所示。

圖2 1∶50萬～1∶5000地形圖行列號

圖3 1∶50萬～1∶5000地形圖編號構(gòu)成

3.地形圖編號的計算公式

1∶100萬圖幅編號計算公式如下

1∶50萬～1∶5000圖幅在1∶100萬圖幅中行、列號計算公式如下

圖幅西南角經(jīng)緯度計算公式如下

式中，[]為取整符號；H、L分別為1∶100萬圖幅的行號和列號；h、l分別為1∶50萬～1∶5000地形圖在1∶100萬地形圖中的行號和列號；λ、φ分別為某點的經(jīng)度和緯度；λ1、φ1分別為圖幅西南角的經(jīng)度和緯度；Δλ、Δφ分別為基本比例尺地形圖的經(jīng)差和緯差。

三、解算思路與功能設(shè)計

1.解算思路

針對點、線、面所在圖幅編號的解算，本文運用系統(tǒng)論的方法，把“面”的解算問題轉(zhuǎn)換為“線”的解算問題，把“線”的解算問題轉(zhuǎn)換為“點”的解算問題，最后以“點”為基礎(chǔ)，全面而系統(tǒng)地實現(xiàn)了點、線、面所在圖幅編號的解算。

1）當查詢對象為“點”時，本文提出了坐標增量法。該方法是利用坐標增量使處在圖廓線上或圖廓角上的點生成內(nèi)點，再利用內(nèi)點直接解算圖幅編號；當點處在圖廓內(nèi)部時，直接解算圖幅編號。

2）當查詢對象為“線”時，本文提出了交點均值法。該方法是利用線與圖廓經(jīng)緯線相交得到一系列相鄰交點的中點，把“線”的解算問題轉(zhuǎn)換為“點”的解算問題；然后再利用坐標增量法解算這些中點所在的圖幅編號。

3）當查詢對象為“面”時，本文提出了緯線掃描法。該方法是利用一組圖廓緯線與面相交生成的線段，把“面”的解算問題轉(zhuǎn)換為“線”的解算問題；然后再利用交點均值法，把“線”的解算問題轉(zhuǎn)換為“中點”的解算問題；最后利用坐標增量法解算這些中點所在的圖幅編號。圖幅編號解算與可視化查詢流程如圖4所示。

2.功能設(shè)計

該軟件設(shè)計有點、線、面所在圖幅編號的可視化查詢功能。

(1）點所在圖幅編號的查詢功能

點可分為：當前位置、地名、地理坐標、指定點。

1）當前位置：即軟件通過移動網(wǎng)絡(luò)、WiFi、內(nèi)置GPS獲得移動設(shè)備的瞬時地理坐標來解算圖幅編號。GPS定位精度為30 m左右；WiFi定位精度為30～200 m；移動網(wǎng)絡(luò)定位精度為100～300 m[7]。

2）地名：即直接輸入地名得到地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

3）地理坐標：該功能有兩種輸入方式，一種是輸入浮點型的地理坐標，直接進行圖幅編號的解算；另一種是輸入度分秒(ddmmss）型的地理坐標，轉(zhuǎn)換為浮點型地理坐標后再進行圖幅編號的解算。

4）指定點：即在移動設(shè)備屏幕上點擊任意位置獲得屏幕坐標，轉(zhuǎn)換為地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

圖4 圖幅編號解算與可視化查詢流程

(2）線所在圖幅編號的查詢功能

用戶在移動設(shè)備屏幕上繪制感興趣折線，將轉(zhuǎn)折點的屏幕坐標轉(zhuǎn)換為地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

(3）面所在圖幅編號的查詢功能

該功能有兩種輸入方式：一種是用戶在移動設(shè)備屏幕上逆時針繪制出感興趣區(qū)域，獲得區(qū)域邊界點的屏幕坐標，轉(zhuǎn)換為地理坐標后再進行圖幅編號的解算；另一種是用戶直接輸入?yún)^(qū)域邊界點的地理坐標(ddmmss型）轉(zhuǎn)換為浮點型地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

四、解算方法與程序?qū)崿F(xiàn)

1.點所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據(jù)點與矩形的拓撲關(guān)系，當點位于矩形內(nèi)部時，點與矩形的包含關(guān)系明確，可直接解算圖幅編號；當點位于矩形邊線或角點時，點與矩形的包含關(guān)系就會出現(xiàn)歧義。因此，本文提出了坐標增量法。該方法首先判斷點是否位于圖廓內(nèi)部，若是，則利用該點直接解算圖幅編號；若否，則利用坐標增量(增量Δd小于1∶5000地形圖的緯差），使處在圖廓線上或圖廓角上的點分解為內(nèi)點，再利用內(nèi)點解算圖幅編號。

1）當點位于圖廓內(nèi)部時，如圖5中的B點，B點即為T2圖幅的內(nèi)點。

圖5 點所在圖幅編號的解算

2）當點位于圖廓緯線上時，如圖5中的D點，通過緯度坐標增量(φ±Δd，λ），使D點分解為T2、T4兩幅圖的內(nèi)點。

3）當點位于圖廓經(jīng)線上時，如圖5中的A點，通過經(jīng)度坐標增量(φ，λ±Δd ），使A點分解為T1、T2兩幅圖的內(nèi)點。

4）當點位于圖廓角點上時，如圖5中的C點，通過坐標增量(φ±Δd，λ±Δd ），使C點分解為T1、 T2、T3、T4四幅圖的內(nèi)點。

得到圖幅的內(nèi)點后，首先利用式(1）、式(2）直接解算內(nèi)點所在的圖幅編號；再利用式(3）計算西南圖廓點坐標；最后根據(jù)不同比例尺圖幅的經(jīng)緯差，在百度地圖上繪制出圖廓線。點所在圖幅編號的可視化查詢?nèi)鐖D6所示。

圖6 點所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序?qū)崿F(xiàn)

部分代碼如下

2.線所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據(jù)線與矩形的拓撲關(guān)系，當線與矩形相交時，兩交點的中點必然會落在矩形內(nèi)部或邊線上。因此，本文提出了交點均值法。該方法是利用線與圖廓經(jīng)緯線的交點，通過排序計算得到一系列相鄰交點的中點，把線的解算問題轉(zhuǎn)換為點的解算問題，然后再利用坐標增量法解算圖幅編號。

如圖7所示，在折線ABCD上，首先選取線段AB，根據(jù)不同比例尺地形圖的經(jīng)緯差，計算線段AB的外接矩形SWUV，以此來確定參與計算的圖廓經(jīng)緯線數(shù)量和起算經(jīng)緯度。然后計算線段AB與圖廓經(jīng)緯線的交點P1，P2，…，P9(若線段AB水平時，則計算線段AB與圖廓經(jīng)線的交點；若線段AB垂直時，則計算線段AB與圖廓緯線的交點），并按經(jīng)度或緯度對交點P1，P2，…，P9和端點A、B進行排序，依次計算相鄰兩點的中點。最后利用坐標增量法解算圖幅編號。

圖7 線所在圖幅編號的解算

按照同樣方法，也可以解算線段BC和CD所在的圖幅編號。最后剔出重復編號。線所在圖幅編號的可視化查詢?nèi)鐖D8所示。

圖8 線所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序?qū)崿F(xiàn)

部分代碼如下

3.面所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據(jù)線與面的拓撲關(guān)系，直線與面相交形成的線段必然會落在面內(nèi)。因此，本文提出了緯線掃描法。該方法是利用一組圖廓緯線與面相交生成的線段，把面的解算問題轉(zhuǎn)換為線的解算問題，然后再利用交點均值法，把線的解算問題轉(zhuǎn)換為點的解算問題，最后利用坐標增量法解算圖幅編號。

如圖9所示，在面ABCDEF上，首先根據(jù)不同比例尺地形圖的經(jīng)緯差，計算該面的外接矩形SWUV，以此來確定掃描緯線的數(shù)量和起算緯度，然后通過掃描緯線與面ABCDEF的相交，形成一組緯線段。以38.66°緯線段MN為例，將該線段向下平移一微小量Δ(Δ小于1∶5000地形圖的緯差），生成T1T2線段，利用交點均值法，計算線段T1T2與圖廓經(jīng)線的交點P1，P2，…，P6，并按經(jīng)度或緯度對交點(不包括線段端點）進行排序，依次計算相鄰兩點的中點(若交點的個數(shù)為1或0，則終止該子過程的計算），最后再利用坐標增量法解算圖幅編號。

圖9 面所在圖幅編號的解算

按照同樣方法，可以解算其他線段所在圖幅的編號，需注意的是：一條掃描緯線只能解算該緯線下一行的圖幅編號，當掃描到倒數(shù)第2條圖廓緯線時，如圖9中的39.33°緯線段PQ，還需要將PQ上移一個微小量Δ，解算上一行的圖幅編號。另外，還需要利用交點均值法解算邊線所在的圖幅編號。最后剔出重復編號。面所在圖幅編號的可視化查詢?nèi)鐖D10所示。

圖10 面所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序?qū)崿F(xiàn)

部分代碼如下

五、結(jié)束語

本文運用系統(tǒng)論的方法，首次提出了用于解算點、線、面所在編號的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法；同時，基于Android移動設(shè)備，設(shè)計開發(fā)了地形圖編號的可視化查詢軟件。測試結(jié)果表明，該軟件可減輕人力、節(jié)約時間、提高效率，能夠滿足用戶隨時隨地可視化查詢地形圖編號的需求。

[1]百度百科.國家基本地圖[EB/OL].2012-03-05[2013-11-14].http：∥baike.baidu.com/view/1490512.htm.

[2]張鵬程.基于點與多邊形關(guān)系的地形圖圖幅查詢系統(tǒng)實現(xiàn)[J].測繪通報，2008(10）：68-69.

[3]胡華科，林遠清.基于斜率內(nèi)插算法的地形圖圖幅查詢系統(tǒng)設(shè)計[J].測繪通報，2008(1）：66-68.

[4]胡華科，鄭春燕.基于Web的地形圖查詢信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].測繪通報，2009(2）：60-62.

[5]TIAN Z K，LIU S H，F(xiàn)U F F，et al.Algorithm and Visual Realization of Auto-retrieving the New and Old Sheet Numbers of Topographic Map[EB/OL].2004-01-01 [2013-11-13].http：∥ieeexplore.ieee.org/xpl/article-Details.jsp?tp＝＆arnumber＝1370301＆queryText% 3DAlgorithm＋and＋visual＋realization＋of＋auto-retrieving＋the＋new＋and＋old＋sheet＋numbers＋of＋topographic＋map.

[6]祝國瑞，郭禮珍，尹貢白，等.地圖設(shè)計與編繪[M].武漢：武漢大學出版社，2001：15-27.

[7]百度地圖LBS開發(fā)平臺.Android定位SDKv4.0[EB/ OL].[2013-11-14].http：∥developer.baidu.com/map/ geosdk-android.htm.

Visual Query and Algorithm Research of Sheet Numbers of Topographic Map in Android Environment

QIAO Junjun，HU Fengwei，WAN Congcong

在分析和研究地形圖分幅編號的基礎(chǔ)上，提出用于編號解算的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法，把“線、面”問題都歸結(jié)為“點”的問題，全面而系統(tǒng)地實現(xiàn)了點、線、面所在圖幅編號的解算；同時，基于Android智能手機和平板電腦等移動設(shè)備，借助于百度地圖平臺和API應(yīng)用程序接口，開發(fā)了國家基本比例尺地形圖編號的可視化查詢軟件，方便了用戶對地形圖編號的可視化查詢。

Android；地形圖編號；可視化查詢；算法研究

P284

B

0494-0911(2014）10-0041-05

2014-01-03

喬俊軍(1961―），男，黑龍江賓縣人，高級工程師，主要從事地圖學與地理信息工程教學及研究工作。

喬俊軍，胡馮偉，萬叢叢.Android環(huán)境下地形圖編號可視化查詢與算法研究[J].測繪通報，2014(10）：41-45.

10.13474/j.cnki. 11-2246.2014.0324