夏 振,劉 曉,何宗友
(廣東省國土資源測繪院,廣州 515000)
國家基本比例尺系列地圖是新時期自然資源系統(tǒng)測繪地理信息重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用于地震救災(zāi)、滑坡泥石流監(jiān)測、應(yīng)急保障等領(lǐng)域[1-3]。在信息化時代,快速準(zhǔn)確獲取野外任意點位坐標(biāo),并獲得其在國家基本比例尺地圖中的圖幅號,仍具有較大現(xiàn)實意義。隨著時代發(fā)展,求取圖幅號的方式方法出現(xiàn)了不同的形式[4-7]。目前在外業(yè)測量中,往往仍需人工計算、查閱紙質(zhì)圖幅結(jié)合表或者回到內(nèi)業(yè)在PC機上查詢獲取圖幅號,效率低,時效性差、容易出錯,給野外測量工作帶來一定程度的不便。
隨著移動通訊進(jìn)入5G時代,高網(wǎng)速、大容量和低延時的移動通訊網(wǎng)絡(luò)已成為國家信息高速公路基礎(chǔ)設(shè)置。智能手機早已成為野外測量人員日常攜帶的必需設(shè)備。Android系統(tǒng)是由Google公司于2007年發(fā)布的智能手機平臺,是一個開放、自由的終端平臺[8-9]。為在野外測量現(xiàn)場實時獲取各種基本比例尺下的圖幅號信息提供了可能,本文依據(jù)Android智能手機操作系統(tǒng)的開放性,內(nèi)置GPS信號接收模塊和手機基站定位等硬件基礎(chǔ),研制了一款可方便快捷的動態(tài)實時獲取多比例尺下圖幅號的手機軟件,可在一定程度上提高野外作業(yè)效率。
為了便于測繪、拼接、管理和使用地形圖,需要將廣大地區(qū)的地形圖劃分為若干單幅地形圖。地形圖分幅與編號的方法有兩大類,一類是按經(jīng)緯線分幅,即按照經(jīng)線和緯線來劃分,左右以經(jīng)線為界,上下以緯線為界,圖形近似梯形;另外一種是按坐標(biāo)格網(wǎng)分幅的矩形分幅法,即按照平面直角坐標(biāo)的縱、橫坐標(biāo)線來劃分矩形或者正方形[10]。前者用于8種國家基本比例尺地形圖(1:100萬-1:5000),后者用于工程建設(shè)大比例尺地形圖。《國家基本比例尺地形圖分幅與編號》(GB/T 13989-2012)是目前我國進(jìn)行地形圖分幅與編號的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)[11-12]。
我國1:100萬地形圖的分幅與編號采用國際1:100萬地圖分幅與編號標(biāo)準(zhǔn)。按照經(jīng)差6°、緯差4°,從赤道起算,每緯度4°為一行,至南、北緯88°各分為22行,依次用大寫拉丁字母A、B、C、……V表示其相應(yīng)行號;從180°經(jīng)線起算,自西向東每經(jīng)差6°為一列,全球分為60列,依次用數(shù)字表示其相應(yīng)列號。國際1:100萬地圖編號第一位表示南、北半球,由于我國全部位于北半球,N字省略。各種基本比例尺地形圖圖幅大小數(shù)量關(guān)系如表1所示。
表1 不同比例尺地形圖經(jīng)差、緯差和行列數(shù)量關(guān)系Table 1 The relationship between longitude difference,latitude difference and the number of rows and columns in different scale maps
在1:50萬-1:5000地形圖的編號中,第三位是比例尺編碼,見表2所示。新圖幅號編碼中的后6位,分別為行號和列號編碼。其規(guī)則為從上到下用三位阿拉伯?dāng)?shù)字來編號,列號編碼規(guī)則為按照從左往右的順序用3位阿拉伯?dāng)?shù)字來編號,前面不足3位的添0來補充。
表2 不同比例尺地形圖對應(yīng)的代碼Table 2 Codes corresponding to different scale topographic maps
核心思路是:根據(jù)點的坐標(biāo),先依據(jù)下列地圖學(xué)公式,計算點所在的1:100萬圖幅的編號。
式(1)、(2)中,a為1:100萬圖幅行號所對應(yīng)的數(shù)字碼,b為1:100萬圖幅列號,[]表示取整數(shù)。
然后再利用下式計算該地在目標(biāo)比例尺地形圖下的圖幅行列號
式(3)、(4)中,[]表示取整數(shù),()表示取余數(shù),c為行號,d為列號,φ為該點緯度值,λ為某地經(jīng)度值,Δφ為某比例尺地圖下的緯度差,Δλ為某比例尺地圖下的經(jīng)度差,各基本比例尺地形圖經(jīng)差緯差情況見表1,不同比例尺地形圖對應(yīng)的代碼見表2。
動態(tài)獲取到野外作業(yè)地點的經(jīng)緯度坐標(biāo)是獲取圖幅號信息的的關(guān)鍵。如今的Android智能手機,基本都已集成了GPS芯片,可獲取位置信息。
圖1 獲取GPS坐標(biāo)流程Fig.1 Process of obtaining GPS coordinates
在AndroidManifest.xml文件中授權(quán)GPS訪問權(quán)限,然后創(chuàng)建LocationManager對象,注冊LocationListener以偵聽位置變化,監(jiān)聽設(shè)備開關(guān)與狀態(tài)。本文以1 s為間隔,持續(xù)偵聽位置信息,最后在OnLocationChanged事件處理函數(shù)中直接獲取到經(jīng)度、緯度、GPS大地高等信息。
在Android7.0系統(tǒng)的智能手機中運行,獲取坐標(biāo)信息的效果如圖2所示。
圖2 獲取坐標(biāo)信息Fig.2 Get coordinate information
本軟件也支持手工輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)值,只需將手機GPS功能關(guān)閉,文本框就能接受用戶手機鍵盤輸入坐標(biāo)參數(shù)。
依據(jù)地圖學(xué)原理,將經(jīng)緯度信息代入核心算法,即可動態(tài)求取圖幅號,其流程見圖3。
圖3 計算大于1:100萬標(biāo)準(zhǔn)比例尺地形圖圖幅號流程Fig.3 Roadmap of calculating map number with scale greater than 1:1 million
由GPS獲得的經(jīng)緯度數(shù)值(λ,φ),按照3節(jié)公式1和公式2,求解出該點位在1:100萬比例尺地形圖中的圖幅號(共3位),然后參照表2不同比例尺地形圖對應(yīng)的代碼,求出該點位的比例尺代碼(第4位),然后按照第3節(jié)公式3和公式4,求解出該點位目標(biāo)比例尺中的行列號(共6位),最后組合起來,形成長度共10位的國家標(biāo)準(zhǔn)比例尺地形圖圖幅號。
以求取某地1:1萬比例尺地形圖圖幅號為例,運行效果如圖4。
圖4 求解圖幅號Fig.4 Solve map number
以廣州市花都區(qū)某地為例,手機位置定位為東經(jīng)113°10′49",北緯23°22′44",經(jīng)計算該地所在1:1萬圖幅號為F49G024083。
經(jīng)與廣東省1:1萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅結(jié)合表比對,該地在1:1萬比例尺下的圖幅號值也為F49G024083,兩者是一致的,疊加到奧維地圖上效果如圖6所示。
圖6 某地在1:1萬圖幅結(jié)合表中位置Fig.6 The position of some place in 1:10000 map combination table
本文介紹了地形圖分幅與編號的基本原理,給出了以Android操作系統(tǒng)為平臺的智能手機動態(tài)實時獲取圖幅號的方法。由于在國家新圖幅編號系統(tǒng)中1:500至1:2000大比例地圖圖幅號采用整公里(或百米)平面坐標(biāo)進(jìn)行分幅或采用任意分幅,不直接由經(jīng)緯度計算,本文暫未討論由經(jīng)緯度計算1:2000以上大比例尺地圖圖幅號的方法。目前用該方法實現(xiàn)的軟件已廣泛應(yīng)用于單位野外像控測量、控制點普查等基礎(chǔ)測繪項目實踐,很好地解決了外業(yè)測量中難以方便快捷獲取圖幅號信息,計算費事費力、效率低、易出錯的弊端。
圖5 某地應(yīng)用案例Fig.5 Application case of some place