基于Google地圖的測(cè)量控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)

蔡欣恩，唐詩(shī)華，王 睿

（1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004）

城市控制測(cè)量成果，是確定地球表面點(diǎn)幾何位置的標(biāo)志，為測(cè)量及有關(guān)部門提供基礎(chǔ)測(cè)繪信息[1]。管理測(cè)量成果的傳統(tǒng)方法最常見(jiàn)的是文本的點(diǎn)之記，容易出現(xiàn)凌亂、分散不集中，無(wú)法做到信息共享。本文以Google地圖作為系統(tǒng)平臺(tái)，使用JavaScript語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)基于Google地圖的測(cè)量控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)。利用本文開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式管理、查詢等功能，還可以直觀地查看控制點(diǎn)的實(shí)際地理位置，最大限度地實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案[1-3]

系統(tǒng)的目標(biāo)是以Google地圖為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制點(diǎn)成果的可視化管理，即實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)成果的圖文一體化管理。因在線地圖具有網(wǎng)絡(luò)交互性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡量做到操作簡(jiǎn)便、互動(dòng)性強(qiáng)、美觀大方。測(cè)量控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)的主要功能如下：

1）地圖顯示功能。以Google地圖作為測(cè)量控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)的平臺(tái)，因此Google地圖界面是系統(tǒng)必不可少的一個(gè)部分，也是系統(tǒng)主界面中的重點(diǎn)。Google地圖自身有著2種地圖類型，既可以直觀地了解所查看地區(qū)的地形，又可以讓使用者輕松獲取周邊的其他地物信息。

2）地圖瀏覽操作功能。地圖瀏覽功能，是實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖的平移、縮放、切換不同類型的地圖及查看比例尺等。能根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)鼠標(biāo)操作地圖界面，讓使用者更加方便和自由地查看所需信息。

3）分類圖層顯示功能。分類圖層功能，實(shí)現(xiàn)不同屬性地標(biāo)數(shù)據(jù)的分類查看功能。本系統(tǒng)提供了5類圖層：控制點(diǎn)、三角點(diǎn)、各級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)、圖根點(diǎn)、各級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，方便使用者根據(jù)不同需要分類查詢。

4）建立完善的測(cè)量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。完善的測(cè)量控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)庫(kù)包含：控制點(diǎn)的點(diǎn)之記、基線和水準(zhǔn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)等。完善的成果系統(tǒng)需要保持系統(tǒng)的現(xiàn)勢(shì)性和完整性，因此，在對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和維護(hù)時(shí)還應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的功能補(bǔ)充。

5）查詢功能。在一個(gè)擁有大量信息數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，方便快捷的查詢功能是系統(tǒng)必不可少的。利用XML節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，根據(jù)搜索條件，便可讀取所需查找的成果數(shù)據(jù)以及成果數(shù)據(jù)的相關(guān)信息。

6）權(quán)限管理。在系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)中有必要通過(guò)密碼驗(yàn)證的方法，對(duì)系統(tǒng)訪問(wèn)者進(jìn)行限制，以維護(hù)系統(tǒng)中測(cè)量控制點(diǎn)成果的安全性。

2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)和編程語(yǔ)言

1）Web 地圖服務(wù)API：Google Maps API。本系統(tǒng)需要使用者利用瀏覽器進(jìn)行瀏覽操作，而Google Maps對(duì)于開(kāi)發(fā)環(huán)境的要求不高，只需要一個(gè)支持Google Maps API的瀏覽器即可。幾乎所有的主流瀏覽器均支持Google Maps API。

2）開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：JavaScript。JavaScript是一種適應(yīng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)制作的編程語(yǔ)言，可以開(kāi)發(fā)交互式的Web網(wǎng)頁(yè)，使頁(yè)面和使用者形成一種實(shí)時(shí)性、交互性、動(dòng)態(tài)性的關(guān)系。JavaScript語(yǔ)言短小精悍，而且具有完善且強(qiáng)大的時(shí)間處理機(jī)制。

3 關(guān)鍵技術(shù)部分設(shè)計(jì)

3.1 地圖界面設(shè)計(jì)

在控制點(diǎn)成果管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際開(kāi)發(fā)中，地圖就是直觀的背景和數(shù)據(jù)顯示平臺(tái)。直觀簡(jiǎn)潔的地圖界面，是系統(tǒng)必不可少的。

在Google maps API中，Gmap2對(duì)象用于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建和控制地圖的基本功能[4]。除了一張地圖以外，還需要在控制地圖時(shí)，添加一些地圖控件，以方便地圖的瀏覽、移動(dòng)、縮放。

地圖加載部分代碼如下[4]：

var map;

var CenterLat=21.6858;

var CenterLog=108.3722;

var SZoom=10;

//地圖初始化

function initialize() {

if (GBrowserIsCompatible()) {

map = new GMap2(document.getElementById("map_canvas"));

map.addControl(new GLargeMapControl;//添加導(dǎo)航控件

map.addControl(new GMapTypeControl()); //添加地圖類型控件

map.addControl(new GScaleControl()); //添加比例尺

map.enable ScrollWheelZoom(); //鼠標(biāo)滑動(dòng)，地圖縮放

map.enableContinuous();

var mapOptions = new GLatLng(CenterLat, CenterLog);

map.setCenter(mapOptions,SZoom);//設(shè)置地圖中心，中心為 CenterLat,CenterLog

}

}

Window.load=initialize;

Window.onunlaod=GUload;

3.2 控制點(diǎn)在地圖中的顯示和信息窗口設(shè)計(jì)

控制點(diǎn)成果系統(tǒng)設(shè)計(jì)的信息種類很多，需要對(duì)這些成果進(jìn)行文字說(shuō)明。因此，結(jié)合Google Map的功能，使用GMarker地標(biāo)來(lái)標(biāo)記控制點(diǎn)成果在地圖上的地理位置。GMarker地標(biāo)的使用方法：

//創(chuàng)建GMarker對(duì)象

var marker0 = new GMarker(myLatlng{

title：GPS17（GPS控制點(diǎn)）

});

//myLatlng為該點(diǎn)的經(jīng)緯度

//在地圖上為marker0添加涂層，顯示marker0

map.addOverlay(marker0);

以上方法僅僅在地圖上顯示控制點(diǎn)成果的位置，不具有實(shí)用性。為了讓使用者更加直觀和詳細(xì)地了解控制點(diǎn)成果的相關(guān)信息，可在控制點(diǎn)地標(biāo)的位置加入信息窗口，即GInfoWindow信息窗口。除了文字說(shuō)明，還可添加控制點(diǎn)四周環(huán)境的圖片[5]。除此以外，在信息窗口中添加傳統(tǒng)點(diǎn)之記，如圖1所示。模仿傳統(tǒng)的電子點(diǎn)之記，實(shí)現(xiàn)在GInfoWindow信息窗口中顯示控制點(diǎn)的“坐標(biāo)信息”、“地理位置”、“圖片”等具體信息。

圖1 利用GInfoWindow設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)信息窗口

3.3 批量數(shù)據(jù)添加和管理

由于整個(gè)共享平臺(tái)的數(shù)據(jù)量相當(dāng)龐大，因此，逐個(gè)添加控制點(diǎn)的地標(biāo)就顯得十分麻煩。利用Google Maps API的GMarkerManager 地標(biāo)管理器便可解決處理龐大的數(shù)據(jù)地標(biāo)信息問(wèn)題。GMarkerManager 地標(biāo)管理器以及其特性加載XML文件的大量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)即可完成控制點(diǎn)地標(biāo)信息的添加。

加載XML文件之前，首先創(chuàng)建一個(gè)GMarkerManagere對(duì)象，完成地標(biāo)管理器的創(chuàng)建后就可以將GMarker地標(biāo)添加到GMarkerManager對(duì)象中。最后一步，就是實(shí)現(xiàn)正在地圖上顯示GMarkerManager對(duì)象中的GMarker地標(biāo)。完成了上述步驟后，就可以使用Ajax技術(shù)獲取數(shù)據(jù)XML文件。加載XML文件首先需要獲取所有的地標(biāo)信息的節(jié)點(diǎn)，方法為：NODE.getElementsByTagName()。然后根據(jù)取得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建Gmarker對(duì)象，并將獲取的數(shù)據(jù)存放入全局變量中[4，6]。

加載XML的代碼[4,7]：

var xmlDoc=GXml.parse(doc);

var markers=XmlDoc.documentElement.getElementsByTagName();

XML文件格式：

-

GPS控制點(diǎn)

3.4 查詢功能的設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，已經(jīng)將控制點(diǎn)成果分類，根據(jù)控制點(diǎn)成果的不同屬性和類別（如控制點(diǎn)、三角點(diǎn)、各級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)、圖根點(diǎn)、各級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)）設(shè)置控制點(diǎn)成果的分類查詢功能。下拉列表中的每個(gè)選項(xiàng)都連接著不同的XML文件，選擇不同的選項(xiàng)，便可加載相應(yīng)的XML文件實(shí)現(xiàn)查詢。

3.5 權(quán)限設(shè)置

通過(guò)密碼驗(yàn)證進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)訪問(wèn)者進(jìn)行限制，以維護(hù)系統(tǒng)中測(cè)量控制點(diǎn)成果的安全性。使用JavaScript語(yǔ)言編寫頁(yè)面登錄代碼，實(shí)現(xiàn)通過(guò)“用戶名”和“密碼”驗(yàn)證登錄系統(tǒng)頁(yè)面。

4 Google地圖坐標(biāo)偏差糾正

國(guó)內(nèi)所有的電子地圖都是用一種經(jīng)過(guò)加密的坐標(biāo)系統(tǒng)——火星坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系基準(zhǔn)與常用的坐標(biāo)基準(zhǔn)有明顯的偏差。也就是說(shuō)，常見(jiàn)的北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系在Google地圖上顯示會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。圖2為糾正偏差與實(shí)際地理位置的示意圖。

圖2 Google地圖中坐標(biāo)的偏差

圖2 中，帶勾號(hào)的地標(biāo)表示控制點(diǎn)實(shí)際位置，帶叉號(hào)的地標(biāo)表示北京1954坐標(biāo)系下相對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)直接導(dǎo)入Google地圖后顯示的位置。圖中顯示Google地圖所使用的坐標(biāo)系與北京1954坐標(biāo)系存在明顯偏差。因此，直接使用北京1954坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)法在Google地圖中標(biāo)注控制點(diǎn)的真實(shí)地理位置。

本文采用以下方法對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行糾正。

4.1 糾正的思路和方法

Google地圖所使用的是Web墨卡托投影的方式，其特點(diǎn)是：兩極變化加大，中低緯度變形較小，“等角”的特征能夠保證方向和相互位置的正確性[8]。筆者選擇平面四參數(shù)法進(jìn)行坐標(biāo)的糾正。思路具體如下：利用已有的北京1954坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，選擇地理位置較為明顯，易在Google地圖上識(shí)別的點(diǎn)作為糾正的控制點(diǎn)（x，y）；在Google地圖中獲取對(duì)應(yīng)以上糾正控制點(diǎn)的經(jīng)緯度（B，L）G；將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為高斯直角坐標(biāo)（X，Y）G；利用上述數(shù)據(jù)計(jì)算四參數(shù)。

平面直角坐標(biāo)四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的4個(gè)參數(shù)為：兩個(gè)坐標(biāo)平移參數(shù)?x、?y，一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)ε，一個(gè)尺度參數(shù)k，轉(zhuǎn)換公式為：

以4個(gè)參數(shù)作為平差參數(shù)，誤差方程如下：

式中，

其中?x0、?y0、k0、ε0為轉(zhuǎn)換參數(shù)的近似值。

按最小二乘原理，用間接平差計(jì)算出4個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后將需轉(zhuǎn)換的點(diǎn)代入平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換公式中，得出在Google地圖上顯示的高斯直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因?yàn)镚oogle地圖只能識(shí)別大地坐標(biāo)，最后還需將得出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

4.2 實(shí)例分析

實(shí)例數(shù)據(jù)來(lái)源于某城市的控制測(cè)量點(diǎn)。Google地圖是未知的火星坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)。該城市使用的是北京1954坐標(biāo)系統(tǒng)，在該城市范圍內(nèi)選取分布均勻且地理位置易于識(shí)別的5個(gè)點(diǎn)，并且在Google地圖上獲取相同5個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

將數(shù)據(jù)代入上述公式中，得出的4個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)分別為：?x=-334.045131；?y=1965.240290；ε=- 278.75676386"；k=0.998177996525。

在數(shù)據(jù)中隨意選取30個(gè)點(diǎn)，代入平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換公式中，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google地圖中。圖3中綠色地標(biāo)為北京1954坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn)，紅色地標(biāo)為經(jīng)過(guò)平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換后相應(yīng)的坐標(biāo)位置，改正后的坐標(biāo)位置符合實(shí)際點(diǎn)所在地理位置。任意選取的30個(gè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)改正后，能附合到實(shí)際位置上。

圖3 控制點(diǎn)轉(zhuǎn)化前后比較圖

[1]謝雪梅,郭承,趙彬彬.基于GIS的控制點(diǎn)測(cè)量成果管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化,2007(3):93-95

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[4]江寬,龔小鵬.開(kāi)發(fā)詳解：Google Maps與Google Earth雙劍合璧[M].北京: 電子工業(yè)出版社,2008

[5]紀(jì)彥忠,陳祥蔥,姜波.基于GIS的測(cè)量標(biāo)志管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2013,36(6): 75-77

[6]吳肖,彭璇,朱明磊.基于Google Map API的校園電子地圖開(kāi)發(fā)[J].測(cè)繪工程，2010，19(3):35-38

[7]趙好好.XML在大地測(cè)量數(shù)據(jù)共享環(huán)境中的應(yīng)用研究[D].武漢:武漢大學(xué),2005

[8]劉馳.基于Google maps交通信息服務(wù)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)[D].廣州:華南理工大學(xué),2010