劇成宇，師艷，高首都，孫步陽，張俊鵬

(1.中國電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007； 2.河南地礦職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450007)

1 引 言

伴隨測(cè)繪地理信息生產(chǎn)部門生產(chǎn)項(xiàng)目的不斷累積，測(cè)量控制數(shù)據(jù)的數(shù)量和分布的范圍也在不斷增多。近年來由于測(cè)繪地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展，這類數(shù)據(jù)數(shù)的數(shù)量也呈指數(shù)級(jí)別增長。測(cè)量控制數(shù)據(jù)是測(cè)繪地理信息行業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)繪地理信息項(xiàng)目有著至關(guān)重要的作用，因此從行業(yè)現(xiàn)狀和行業(yè)需求等角度出發(fā)，對(duì)測(cè)量控制數(shù)據(jù)進(jìn)行管理應(yīng)用是必然要求。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域都有了一些研究，但均未涉及可視化管理和坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換及KML數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用上。賀愛民[1]開發(fā)了控制點(diǎn)管理系統(tǒng)，未實(shí)現(xiàn)可視化和KML交換文件等功能。楊曉彤[2]開發(fā)的控制數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管理和一些應(yīng)用功能，但均基于谷歌地圖API，已不符合目前行業(yè)發(fā)展需求[3]。

GDAL(Geospatial Data Abstraction Library，地理空間數(shù)據(jù)抽象庫)是一個(gè)在X/MIT許可協(xié)議下對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的開源類庫，提供對(duì)多種柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)格式的讀寫支持，提供空間參考以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的支持[4，5]。KML(Keyhole Markup Language，Keyhole標(biāo)記語言)是一種基于XML語法與格式、用于描述和保存地理信息的編碼規(guī)范。為實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化管理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)用，本文基于GDAL開發(fā)了一個(gè)測(cè)量控制數(shù)據(jù)可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系求取，同時(shí)支持KML數(shù)據(jù)交換文件的交互式操作。不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)功能，同時(shí)基于地圖切片和KML數(shù)據(jù)交換文件對(duì)控制點(diǎn)的可視化管理和深度應(yīng)用功能進(jìn)行了開發(fā)，取得了一定的成果。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

測(cè)量控制數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括以下內(nèi)容：

①各種橢球基準(zhǔn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

②控制點(diǎn)點(diǎn)之記文檔；

③控制點(diǎn)信息，包含工程負(fù)責(zé)人、概略經(jīng)緯度、坐標(biāo)系統(tǒng)信息等。

系統(tǒng)整體架構(gòu)基于GDAL類庫進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制數(shù)據(jù)可視化管理、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和KML數(shù)據(jù)文件的交互式操作[5]。系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵是基于GDAL的本地柵格和矢量數(shù)據(jù)處理、控制數(shù)據(jù)加密處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換功能。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)管理

(1)可視化管理

系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)開發(fā)，引入GDAL類庫對(duì)衛(wèi)星影像柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)(公開的行政界線和路網(wǎng)數(shù)據(jù))進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的可視化界面[6]。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為本地單機(jī)版運(yùn)行，同時(shí)將控制數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至火星坐標(biāo)系(GCJ-02)，在可視化管理的基礎(chǔ)上保證了數(shù)據(jù)的安全，如圖2所示。

圖2 控制數(shù)據(jù)可視化管理

(2)數(shù)據(jù)加密

將已有的測(cè)量控制數(shù)據(jù)通過DES(Data Encryption Standard，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))加密算法進(jìn)行加密，并處理為二進(jìn)制格式文件，確?？刂茢?shù)據(jù)的安全性；同時(shí)在系統(tǒng)中使用DES解密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，保證在系統(tǒng)中取得相應(yīng)權(quán)限的用戶可以獲取控制數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息[7]。

(3)數(shù)據(jù)交換

通過調(diào)用GDAL接口和使用KML數(shù)據(jù)交換功能，將控制數(shù)據(jù)以標(biāo)注形式顯示在可視化界面上，鼠標(biāo)單擊時(shí)顯示標(biāo)注信息窗口，向用戶顯示該控制點(diǎn)的屬性信息。

(4)數(shù)據(jù)庫管理

系統(tǒng)開發(fā)了控制數(shù)據(jù)更新和檢測(cè)功能，可實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，同時(shí)在更新時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)合法性檢查，保證錄入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的正確性。

系統(tǒng)開發(fā)了控制數(shù)據(jù)查詢下載功能(圖3、圖4)，用戶可根據(jù)控制點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、投影帶、距離范圍以及人員、工程屬地等屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，當(dāng)取得下載權(quán)限之后可將查詢到的數(shù)據(jù)下載，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，并結(jié)合工程生產(chǎn)實(shí)際，將單次控制數(shù)據(jù)的下載數(shù)量限制為10個(gè)。

圖3 數(shù)據(jù)查詢

圖4 數(shù)據(jù)下載

3.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

(1)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能將測(cè)量控制數(shù)據(jù)以標(biāo)注的形式顯示在可視化界面中，用戶將待求點(diǎn)導(dǎo)入可視化界面，根據(jù)控制點(diǎn)和待求點(diǎn)的空間位置關(guān)系選擇坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果的最優(yōu)解[8，9]。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)選取的操作如圖5所示。

圖5 基于可視化界面的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)選取

本系統(tǒng)提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類型有：

①不同橢球基準(zhǔn)的平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換(四參數(shù))；

②不同橢球基準(zhǔn)的大地坐標(biāo)和平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(七參數(shù))；

③使用數(shù)據(jù)交換文件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(四參數(shù)和七參數(shù))

④高斯正反算；

⑤高斯投影換帶計(jì)算。

①和②需要使用控制數(shù)據(jù)首先計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，使用的控制數(shù)據(jù)就是上一步在可視化界面中依據(jù)空間關(guān)系選取的[8]。

③中的KML文件指的是帶有工地校準(zhǔn)功能的測(cè)量軟件生成的KML文件，該文件中包括各個(gè)點(diǎn)的工地校準(zhǔn)所使用的兩套坐標(biāo)，可以作為該區(qū)域進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的控制數(shù)據(jù)，但在使用該功能之前，應(yīng)明確KML覆蓋區(qū)域和待求點(diǎn)的相對(duì)空間關(guān)系。

①、②和③提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能中涉及高程擬合時(shí)均采用顧及了空間相關(guān)性的克里格插值算法，可獲得較高精度的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

④和⑤是根據(jù)用戶需求，結(jié)合高斯正反算算法進(jìn)行地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。

上述坐標(biāo)系統(tǒng)功能輸出的結(jié)果文件信息包括：控制數(shù)據(jù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換種類、轉(zhuǎn)換殘差、校測(cè)誤差、源坐標(biāo)、轉(zhuǎn)換結(jié)果和KML文件等。

(2)KML數(shù)據(jù)交換

KML文件給測(cè)繪地理信息行業(yè)的內(nèi)外業(yè)工作帶來了極大的便利，尤其在外業(yè)工作中結(jié)合導(dǎo)航電子設(shè)備可最大限度地發(fā)揮該文件類型的優(yōu)勢(shì)。KML文件支持質(zhì)心坐標(biāo)系，使用2000國家大地坐標(biāo)系可滿足測(cè)量外業(yè)工作需求。

本文通過研究KML文件的編碼規(guī)則和文件格式，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了KML文件的生成，從KML文件中提取路徑和標(biāo)注等圖元類型，提取坐標(biāo)等功能。

KML文件生成功能的導(dǎo)入數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)為WGS84坐標(biāo)系或者2000國家大地坐標(biāo)系。

KML文件生成功能提供了路徑和標(biāo)注點(diǎn)兩種KML文件的功能，輸入數(shù)據(jù)為各個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)系的地理坐標(biāo)。如圖6所示，其中標(biāo)注是將輸入的點(diǎn)制作為單個(gè)的標(biāo)注點(diǎn)，路徑是將輸入點(diǎn)按照輸入順序連接成一條路徑，同時(shí)二者也可結(jié)合，給用戶提供了個(gè)性化的操作功能。

圖6 KML文件生成

KML文件提取功能是從KML文件中提取出標(biāo)注和路徑等圖元信息，同時(shí)提取出圖元類型對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)信息。

4 應(yīng)用實(shí)例

本系統(tǒng)提供的測(cè)繪控制數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)是基于中國電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司實(shí)際生產(chǎn)情況開發(fā)的，為中國電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作服務(wù)，提供的功能在勘測(cè)設(shè)計(jì)可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工圖及竣工圖等階段都起到了重要的作用。

在電力工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的可行性研究和初步設(shè)計(jì)階段，工作人員在三維地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行站址和路徑規(guī)劃，使用本系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能可將規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與國土等部門的數(shù)據(jù)進(jìn)行銜接，減少了重復(fù)工作，提升了設(shè)計(jì)工作效率。

在新能源工程中，前期大區(qū)域規(guī)劃工作中涉及多個(gè)部門不同時(shí)期、不同類型、不同坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖件，需要使用本系統(tǒng)提供控制數(shù)據(jù)，將上述數(shù)據(jù)整合到同一坐標(biāo)系統(tǒng)的同一張圖上，為后續(xù)的各項(xiàng)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)在新能源項(xiàng)目的各個(gè)設(shè)計(jì)階段，涉及多次各種類型的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)提供的功能均可滿足要求。

5 結(jié)論與展望

測(cè)繪控制數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)基于GDAL庫進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)管理，為了數(shù)據(jù)安全，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密編碼，同時(shí)提供了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和KML文件交互操作功能。

系統(tǒng)的可視化功能采用本地柵格和矢量數(shù)據(jù)作為底圖，無須接入互聯(lián)網(wǎng)電子地圖，保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的適用性和穩(wěn)定性。

系統(tǒng)在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段可提供多種測(cè)繪地理信息專業(yè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪控制數(shù)據(jù)管理的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用，提升了測(cè)繪地理信息專業(yè)在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)水平和工作深度。