摘要：本文主要介紹互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的存儲(chǔ)、檢索及坐標(biāo)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(duì)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：衛(wèi)星影像地圖；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；墨卡托投影；四叉樹(shù)
　　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(yīng)用得到快速發(fā)展，各地圖服務(wù)公司也推出了相應(yīng)的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)支持，以支持互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的二次開(kāi)發(fā)，適應(yīng)不同客戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求，如：googleMapsAPI技術(shù)。但是這些應(yīng)用必須是在線連接互聯(lián)網(wǎng)的條件下才可以實(shí)現(xiàn)。另外，由于衛(wèi)星影像地圖為柵格數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)快速的瀏覽對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備中很難得到應(yīng)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(biāo)與像素坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換等基本方法，并結(jié)合實(shí)例，探討了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的本地化應(yīng)用。
　　2衛(wèi)星影像地圖的存儲(chǔ)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(guò)采用投影技術(shù)，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(biāo)系統(tǒng)的選擇是：以赤道為標(biāo)準(zhǔn)緯線，本初子午線為中央經(jīng)線，二者的交點(diǎn)為原點(diǎn)，赤道方向?yàn)閄軸，子午線方向?yàn)閅軸，向北、向東為正，向西、向南為負(fù)。
　　為把地球投影到一個(gè)正方形區(qū)域，以地球赤道周長(zhǎng)為基準(zhǔn)，赤道周長(zhǎng)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?yàn)閇-85.05112877980659，85.05112877980659]，使投影坐標(biāo)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(gè)區(qū)域投影到一個(gè)正方形內(nèi)，大小為256*256。以此為基礎(chǔ)，逐級(jí)放大，分幅，各等級(jí)圖幅均限定在256*256大小，每幅圖稱(chēng)作一個(gè)“Tile(瓦片)”，JPG圖像文件大小20KB左右，適合計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以衛(wèi)星影像地圖又稱(chēng)為“瓦片圖”。
　　分級(jí)的方法：衛(wèi)星影像地圖分級(jí)總共分20級(jí)，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(jí)，共一幅圖，為最小比例尺地圖。以后逐級(jí)把每幅圖的一分為四，各級(jí)幅圖的大小依然為256*256，比例尺逐級(jí)放大，圖幅數(shù)量逐級(jí)增加。總圖幅數(shù)：2n*2n幅，總寬度和長(zhǎng)度為：2n*256×2n*256，n為地圖的級(jí)數(shù)。
　　瓦片圖編號(hào)：按照瓦片圖所在的行列進(jìn)行編號(hào)，一般表示為：“行－列－等級(jí)”，每個(gè)級(jí)別的行列數(shù)不能超出最大行列數(shù)2n，如0級(jí)圖總共只有一幅，只有1行1列，編號(hào)為：“0－0－0”，1級(jí)圖4幅共2行2列，以此類(lèi)推。
　　2.3分辨率和比例尺
　　分辨率是每像素單位實(shí)際投影長(zhǎng)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(jí)。
　　計(jì)算機(jī)顯示單位是英寸，每英寸像素點(diǎn)數(shù)為96，因此各級(jí)衛(wèi)星影像地圖的比例尺計(jì)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(chǔ)
　　衛(wèi)星影像地圖的存儲(chǔ)按照?qǐng)D幅進(jìn)行存儲(chǔ)為柵格數(shù)據(jù)，實(shí)際大小在20KB左右，根據(jù)不同的顯示等級(jí)，容易在實(shí)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(mǎn)屏幕。
　　衛(wèi)星影像地圖隨著等級(jí)的變大，圖幅數(shù)也級(jí)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(chǔ)一般保存在大型數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，實(shí)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(shí)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(shù)的編碼規(guī)則進(jìn)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(kù)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(jí)分為：0、1、2、3四幅圖，在圖幅放大和縮小過(guò)程中，容易檢索到本區(qū)域的相關(guān)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(shí)現(xiàn)功能都是一樣。
　　檢索碼的編碼是根據(jù)圖幅編號(hào)可以有計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，同樣由編碼可以反推出其圖幅編號(hào)。圖號(hào)：“0－0－0”對(duì)應(yīng)檢索碼“0”，圖號(hào)“5000－5000－18”對(duì)用編碼為“000003003330003000”。實(shí)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(dāng)需要顯示一個(gè)級(jí)別的衛(wèi)星影像地圖時(shí)，首先要根據(jù)位置坐標(biāo)進(jìn)行定位，即根據(jù)大地經(jīng)緯度坐標(biāo)和顯示級(jí)別計(jì)算出所在的圖號(hào)，以及周邊地圖的圖號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出它們的數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索碼，然后從數(shù)據(jù)庫(kù)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?yàn)闊o(wú)論那個(gè)級(jí)別的地圖我們都規(guī)定了他的實(shí)際像素尺寸（256*256），因此很容易計(jì)算出每幅圖的實(shí)際像素坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)拼圖。
　　圖號(hào)計(jì)算像素坐標(biāo)：圖號(hào)為“tileX－tileY－ZoomLevel”,
　　像素坐標(biāo)為：PixleX=tileX*256，PixleY=tileY*256，
　　5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　基于互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖本地化后的應(yīng)用，首先需要涉及的工作就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換一般有以下幾類(lèi)：用戶(hù)坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的互相轉(zhuǎn)換；大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與衛(wèi)星影像地圖的像素坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換；如果涉及當(dāng)?shù)鬲?dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的話(huà)，還需要獨(dú)立坐標(biāo)與投影坐標(biāo)或大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。
　　大地坐標(biāo)向像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)地圖定位，和在衛(wèi)星影像地圖上疊加其他專(zhuān)業(yè)圖形和應(yīng)用。像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的像素坐標(biāo)，反轉(zhuǎn)為大地坐標(biāo)或用戶(hù)坐標(biāo)。
　　像素坐標(biāo)為整數(shù)，用戶(hù)坐標(biāo)和大地坐標(biāo)為雙精度小數(shù)，所以不同等級(jí)的衛(wèi)星影像地圖上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度不同，衛(wèi)星影像地圖的等級(jí)越高，轉(zhuǎn)換精確度相對(duì)越高。
　　本文對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換有關(guān)技術(shù)不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。
　　6 實(shí)驗(yàn)案例
　　本實(shí)驗(yàn)以寧波鎮(zhèn)海某單位城區(qū)為范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，衛(wèi)星影像地圖來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，該區(qū)域最小級(jí)別數(shù)為9級(jí)，最大級(jí)別數(shù)為20級(jí)。圖幅總數(shù)為26624幅，其中20級(jí)2600多幅，19級(jí)3900多幅，9級(jí)1幅。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer2005，開(kāi)發(fā)環(huán)境MicrosoftVisualStudio2008C#。通過(guò)面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊級(jí)衛(wèi)星影像地圖管理模塊，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像地圖的基本放大、縮小、移動(dòng)、定位等功能。衛(wèi)星影像地圖管理模塊實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像地圖的自動(dòng)拼接功能和屏幕坐標(biāo)的反向轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)屏幕坐標(biāo)及時(shí)轉(zhuǎn)換為用戶(hù)坐標(biāo)。通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)用戶(hù)圖形在衛(wèi)星影像地圖上的疊加。下面為實(shí)現(xiàn)切圖。
　　接圖左下角為用戶(hù)獨(dú)立坐標(biāo)，本圖為Autocad2008環(huán)境下調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)顯示W(wǎng)indowsForm界面。
　　圖2實(shí)驗(yàn)案例接圖
　　7 結(jié)束語(yǔ)
　　本文重點(diǎn)闡述了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖的存儲(chǔ)及檢索調(diào)用的原理和方法。通過(guò)案例實(shí)驗(yàn)，嘗試了互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖本地化并經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，在工程應(yīng)用領(lǐng)域作為底圖得到應(yīng)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(shè)計(jì)、土地利用調(diào)查等工程建設(shè)及其他領(lǐng)域提供了一個(gè)有益的嘗試和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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