摘要：本文主要介紹互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的存儲、檢索及坐標轉(zhuǎn)換的一些基本原理和方法，并探討如何在本地化局域網(wǎng)內(nèi)部針對互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的應用。
　　關鍵詞：衛(wèi)星影像地圖；坐標轉(zhuǎn)換；墨卡托投影；四叉樹
　　1引言
　　繼谷歌地球發(fā)布之后，互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖應用得到快速發(fā)展，各地圖服務公司也推出了相應的二次開發(fā)技術支持，以支持互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的二次開發(fā)，適應不同客戶的實際應用需求，如：googleMapsAPI技術。但是這些應用必須是在線連接互聯(lián)網(wǎng)的條件下才可以實現(xiàn)。另外，由于衛(wèi)星影像地圖為柵格數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)快速的瀏覽對網(wǎng)絡的速度也有較高的要求，因此，一些局域網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)速較低的環(huán)境或設備中很難得到應用。
　　本文主要介紹互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的分幅、檢索、拼接以及大地坐標與像素坐標之間的轉(zhuǎn)換等基本方法，并結(jié)合實例，探討了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的本地化應用。
　　2衛(wèi)星影像地圖的存儲原理
　　2.1衛(wèi)星影像地圖的投影
　　地球表面是曲面，而地圖是二維的平面，通過采用投影技術，將地球投影到平面。地圖Google、百度等衛(wèi)星影像地圖所采用的墨卡托(Mercator)投影,又名“等角正軸圓柱投影”。投影坐標系統(tǒng)的選擇是：以赤道為標準緯線，本初子午線為中央經(jīng)線，二者的交點為原點，赤道方向為X軸，子午線方向為Y軸，向北、向東為正，向西、向南為負。
　　為把地球投影到一個正方形區(qū)域，以地球赤道周長為基準，赤道周長為：2*PI*R=2*20037508.3427892（R為地球赤道半徑6378137米），限定南北半球投影維度區(qū)域為[-85.05112877980659，85.05112877980659]，使投影坐標的Y軸取值，與X軸范圍一致，范圍為[-20037508.3427892,20037508.3427892],把近南北極區(qū)域舍棄。
　　2.2衛(wèi)星影像地圖分幅
　　按照上述的投影方法，地球的整個區(qū)域投影到一個正方形內(nèi)，大小為256*256。以此為基礎，逐級放大，分幅，各等級圖幅均限定在256*256大小，每幅圖稱作一個“Tile(瓦片)”，JPG圖像文件大小20KB左右，適合計算機存儲及網(wǎng)絡傳輸，所以衛(wèi)星影像地圖又稱為“瓦片圖”。
　　分級的方法：衛(wèi)星影像地圖分級總共分20級，首先把全球有效區(qū)域投影到大小為256*25的正方形內(nèi)，定為0級，共一幅圖，為最小比例尺地圖。以后逐級把每幅圖的一分為四，各級幅圖的大小依然為256*256，比例尺逐級放大，圖幅數(shù)量逐級增加。總圖幅數(shù)：2n*2n幅，總寬度和長度為：2n*256×2n*256，n為地圖的級數(shù)。
　　瓦片圖編號：按照瓦片圖所在的行列進行編號，一般表示為：“行－列－等級”，每個級別的行列數(shù)不能超出最大行列數(shù)2n，如0級圖總共只有一幅，只有1行1列，編號為：“0－0－0”，1級圖4幅共2行2列，以此類推。
　　2.3分辨率和比例尺
　　分辨率是每像素單位實際投影長度比例，單位為（米/像素）。
　　分辨率=2*PI*R/(2n*256)，R為赤道半徑，n為地圖等級。
　　計算機顯示單位是英寸，每英寸像素點數(shù)為96，因此各級衛(wèi)星影像地圖的比例尺計算公式為：
　　比例尺=1:分辨率*96/0.0254，1英寸=0.0254米。
　　2.4衛(wèi)星影像地圖的存儲
　　衛(wèi)星影像地圖的存儲按照圖幅進行存儲為柵格數(shù)據(jù)，實際大小在20KB左右，根據(jù)不同的顯示等級，容易在實現(xiàn)快速調(diào)用，以屏幕顯示分辨率為1680*1050大小，只需要1680/256*1050/256幅圖布滿屏幕。
　　衛(wèi)星影像地圖隨著等級的變大，圖幅數(shù)也級數(shù)倍增加，數(shù)據(jù)量也是海量數(shù)據(jù)，所以衛(wèi)星影像地圖的存儲一般保存在大型數(shù)據(jù)庫內(nèi)，實現(xiàn)快速的調(diào)用。
　　3 衛(wèi)星影像地圖的檢索
　　互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖，由于圖幅數(shù)量巨多，要實現(xiàn)快速檢索和調(diào)用，必須提到衛(wèi)星影像地圖的檢索。衛(wèi)星影像地圖像的檢索編碼編制按照四叉樹的編碼規(guī)則進行編碼，可以快速檢索到其周邊地圖，從而大大提高數(shù)據(jù)庫的檢索速度。
　　地圖檢索編碼的方法如下圖：
　　圖1衛(wèi)星影像地圖四叉數(shù)編碼示意圖
　　每圖幅均可以向下級分為：0、1、2、3四幅圖，在圖幅放大和縮小過程中，容易檢索到本區(qū)域的相關的圖幅。
　　谷歌地圖的編碼采用QRST表示，分別代替0、1、2、3表示完全表示為字符串，可避免編碼與數(shù)字混淆，實現(xiàn)功能都是一樣。
　　檢索碼的編碼是根據(jù)圖幅編號可以有計算機自動實現(xiàn)，同樣由編碼可以反推出其圖幅編號。圖號：“0－0－0”對應檢索碼“0”，圖號“5000－5000－18”對用編碼為“000003003330003000”。實現(xiàn)程序可在網(wǎng)上找到，也可以和作者聯(lián)系。
　　4 衛(wèi)星影像地圖的拼接
　　當需要顯示一個級別的衛(wèi)星影像地圖時，首先要根據(jù)位置坐標進行定位，即根據(jù)大地經(jīng)緯度坐標和顯示級別計算出所在的圖號，以及周邊地圖的圖號，進而計算出它們的數(shù)據(jù)庫的檢索碼，然后從數(shù)據(jù)庫讀出圖像數(shù)據(jù)，把各幅圖放到各自的位置，如同拼接“瓦片”一樣。因為無論那個級別的地圖我們都規(guī)定了他的實際像素尺寸（256*256），因此很容易計算出每幅圖的實際像素坐標，實現(xiàn)計算機拼圖。
　　圖號計算像素坐標：圖號為“tileX－tileY－ZoomLevel”,
　　像素坐標為：PixleX=tileX*256，PixleY=tileY*256，
　　5 坐標轉(zhuǎn)換
　　基于互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖本地化后的應用，首先需要涉及的工作就是坐標轉(zhuǎn)換。坐標轉(zhuǎn)換一般有以下幾類：用戶坐標與大地坐標的互相轉(zhuǎn)換；大地坐標轉(zhuǎn)換與衛(wèi)星影像地圖的像素坐標之間的轉(zhuǎn)換；如果涉及當?shù)鬲毩⒆鴺讼到y(tǒng)的話，還需要獨立坐標與投影坐標或大地坐標的轉(zhuǎn)換。
　　大地坐標向像素坐標的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)地圖定位，和在衛(wèi)星影像地圖上疊加其他專業(yè)圖形和應用。像素坐標轉(zhuǎn)換為大地坐標，可實現(xiàn)鼠標點擊的像素坐標，反轉(zhuǎn)為大地坐標或用戶坐標。
　　像素坐標為整數(shù)，用戶坐標和大地坐標為雙精度小數(shù)，所以不同等級的衛(wèi)星影像地圖上的坐標轉(zhuǎn)換精度不同，衛(wèi)星影像地圖的等級越高，轉(zhuǎn)換精確度相對越高。
　　本文對坐標轉(zhuǎn)換有關技術不再進行詳細闡述。
　　6 實驗案例
　　本實驗以寧波鎮(zhèn)海某單位城區(qū)為范圍進行實驗，衛(wèi)星影像地圖來源于互聯(lián)網(wǎng)，該區(qū)域最小級別數(shù)為9級，最大級別數(shù)為20級。圖幅總數(shù)為26624幅，其中20級2600多幅，19級3900多幅，9級1幅。數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2005，開發(fā)環(huán)境MicrosoftVisualStudio2008C#。通過面向?qū)ο蟮拈_發(fā)，開發(fā)了坐標轉(zhuǎn)換模塊級衛(wèi)星影像地圖管理模塊，實現(xiàn)衛(wèi)星影像地圖的基本放大、縮小、移動、定位等功能。衛(wèi)星影像地圖管理模塊實現(xiàn)衛(wèi)星影像地圖的自動拼接功能和屏幕坐標的反向轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)屏幕坐標及時轉(zhuǎn)換為用戶坐標。通過坐標轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)用戶圖形在衛(wèi)星影像地圖上的疊加。下面為實現(xiàn)切圖。
　　接圖左下角為用戶獨立坐標，本圖為Autocad2008環(huán)境下調(diào)用動態(tài)鏈接庫顯示W(wǎng)indowsForm界面。
　　圖2實驗案例接圖
　　7 結(jié)束語
　　本文重點闡述了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的存儲及檢索調(diào)用的原理和方法。通過案例實驗，嘗試了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖本地化并經(jīng)坐標轉(zhuǎn)換后，在工程應用領域作為底圖得到應用。為今后互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖基于本地化后在諸如道路、管網(wǎng)等初步選線設計、土地利用調(diào)查等工程建設及其他領域提供了一個有益的嘗試和寶貴的經(jīng)驗。
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