基于在線地圖的廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

張晟 曹俏 張超 原寒

摘? 要：在核電廠或核設(shè)施建造運(yùn)行過程中，按規(guī)定需要對周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用在線地圖來自動查詢加油站、學(xué)校、政府機(jī)構(gòu)等調(diào)查內(nèi)容，得到各目標(biāo)或興趣點(diǎn)的經(jīng)緯度、計算其距廠址中心距離、方位，并在行政區(qū)劃圖上標(biāo)記生成示意圖。由于在線地圖查詢到的經(jīng)緯度坐標(biāo)系統(tǒng)不同，本系統(tǒng)對不同經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行偏移，將其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)系下坐標(biāo)表示形式并計算距離偏移誤差，使得誤差均小于10m。使用本系統(tǒng)可大幅度減輕核設(shè)施環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)查人員的工作量，加快數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)處理速度。

關(guān)鍵詞：坐標(biāo)系;在線地圖;廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）34-0001-04

Abstract： During the construction and operation of nuclear power plants or nuclear facilities， it is necessary to investigate environmental data around the plant site according to regulations. The environmental data inquiry system uses the online map to automatically query the survey content， such as gas stations， schools， governmental agencies， etc. The system is also applied to get the longitude and latitude of each targets or interest points， to calculate the distance and orientation from the center of the plant site and to generate the schematic diagram by marking the longitude and latitudeon the administrative zoning map. In spite of the diversity of longitude and latitude coordinate systems， this system offsets the coordinates of different latitudes and longitudes and calculates the distance offset error by converting the longitude and latitude to the coordinate representation in the WGS-84 coordinate system. The error is less than 10m. The application of this system can greatly reduce the workload of environmental data investigators in nuclear facilities and speed up data collection and data processing.

Keywords： coordinate system; online map; environmental data inquiry system around factory site

引言

我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不僅受到資源環(huán)境的瓶頸制約，還受到全球氣候變化、減緩排放的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。煤、石油、天然氣等不可再生能源仍是我國主要能源，也是碳排放的主要途徑。核能是目前最有希望能大規(guī)模代替化石能源的一次能源，也是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排效益、實(shí)現(xiàn)我國構(gòu)建低碳能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對氣候變化的有效途徑之一[2-3]。依據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 核電廠環(huán)境影響報告書的格式和內(nèi)容》（HJ808-2016），在核電廠選址、建造、運(yùn)行階段，應(yīng)評估核電廠對周圍環(huán)境的潛在影響，包括廠址地理位置、主要城鎮(zhèn)方位與距離、人口分布、土地利用及資源概況、氣象、水文等。在實(shí)際工作中，調(diào)查和篩選該區(qū)域內(nèi)的信息較繁雜，需要大量人工工作量，而百度地圖、高德地圖等在線地圖可提供相關(guān)信息，因此，本文通過利用在線地圖來自動篩選區(qū)域內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，并給出目標(biāo)點(diǎn)或興趣點(diǎn)經(jīng)緯度，為核廠址周圍環(huán)境影響評價提供便利，大幅提高工作效率。

1 相關(guān)資源簡介

本文主要利用百度地圖、高德地圖等在線地圖來搜索相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。百度地圖、高德地圖可以為用戶提供包括智能路線規(guī)劃、智能精準(zhǔn)導(dǎo)航（駕車、步行、騎行）、實(shí)時路況等出行相關(guān)服務(wù)[4-7]，百度地圖和高德地圖官方網(wǎng)站都都提供了API（Application Programming Interface， 應(yīng)用程序接口），方便用戶使用地圖資源。廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過JavaScript語言調(diào)用地圖API，調(diào)用過程分為以下步驟：

（2）在html文件body部分定義div標(biāo)簽并指定ID屬性，該標(biāo)簽用于顯示地圖。

（3）利用JavaScript語言新建地圖對象，按用戶需求進(jìn)行開發(fā)。

其中，高德地圖、騰訊地圖使用GCJ-02坐標(biāo)系，百度地圖使用BD09坐標(biāo)系。GCJ-02坐標(biāo)系，又名“火星坐標(biāo)系”，是我國國家測繪地理信息局獨(dú)創(chuàng)的坐標(biāo)體系，由WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)加密而成;bd-09坐標(biāo)系統(tǒng)，即百度坐標(biāo)系是在GCJ-02坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上再次加密偏移后形成的坐標(biāo)系，只適用于百度地圖。因此，同一地點(diǎn)使用不同坐標(biāo)系表示時會有一定偏移而產(chǎn)生誤差，故需要將不同地圖獲得的經(jīng)緯度進(jìn)行偏移才能進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理和分析。本文給出了GCJ-02坐標(biāo)系和BD09坐標(biāo)系向WGS-84坐標(biāo)系偏移的算法，以此來修正誤差。

2 誤差修正

本節(jié)主要介紹了GCJ-02坐標(biāo)系和BD09坐標(biāo)系向WGS-84坐標(biāo)系偏移的算法，并統(tǒng)計出誤差偏移范圍。首先在全國范圍內(nèi)隨機(jī)生成45258個WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)，再通過百度地圖和高德地圖提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)批量轉(zhuǎn)換為GCJ-02坐標(biāo)或BD09坐標(biāo)，即得到了GCJ-02坐標(biāo)和BD09坐標(biāo)對應(yīng)的WGS-84坐標(biāo)。然后通過公式轉(zhuǎn)換法修正偏移距離，最后統(tǒng)計偏移后的誤差，結(jié)果表明誤差在可接受范圍內(nèi)。

2.1 GCJ-02坐標(biāo)系偏移

GCJ-02坐標(biāo)系向偏移WGS-84坐標(biāo)系主要使用如下方法：

（1）定義地球半長軸a=637825.0m，扁率e=0.00669342

162296594323，圓周率PI=3.1415926535897932384626。

（2）偏移方法：

令lng=lnggcj-105.0，lat=latgcj-35.0

Δlng=300+lng+2.0lat+0.1lng2+0.1lng*lat+0.1

+（40sin（6π*lng）+40sin（2π*lng））

+（40sin（π*lng）+80sin（π*lng））

+（300sin（π*lng）+600sin（π*lng））

Δlat=-100+0.2lng+3.0lat+0.2lat2+0.1lng*lat+0.2

+（40sin（6π*lng）+40sin（2π*lng））

+（40sin（π*lat）+80sin（π*lat））

+（320sin（π*lat）+640sin（π*lat））

m=1-e*（sin（））2

則lngwgs=lng-*m，

latwgs=lat-*m

其中，GCJ-02坐標(biāo)系下經(jīng)度lnggcj和緯度latgcj作為輸入， WGS-84坐標(biāo)系下經(jīng)度lngwgs和緯度latwgs是輸出。

2.2 BD-09坐標(biāo)系偏移

BD-09坐標(biāo)系是由GCJ-02坐標(biāo)系再次加密后生成，因此可先將BD-09坐標(biāo)系向GCJ-02坐標(biāo)系偏移，再向WGS-84坐標(biāo)系偏移。偏移方法如下：

令x=lngbd-0.0065，y=latbd-0.006

z=-0.00002*sin（y*（））

θ=tanh-1-0.00003*cos（）

則lnggcj=z*cos（θ），latgcj=z*sin（θ）

其中，BD-09坐標(biāo)系下經(jīng)度lngbd和緯度latbd作為輸入，GCJ-02坐標(biāo)系下經(jīng)度lnggcj和緯度latgcj是輸出。

2.3 誤差分析

對于GCJ-02坐標(biāo)系，未偏移前該坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系下最大偏移約690米，最小偏移約50.6米，平均偏移504.8米;偏移后最大偏移9.9米，最小偏移0.0014米，平均偏移1.6米。圖1給出了未偏移前以百米間隔的偏移數(shù)量值，偏移值在400-700米的點(diǎn)有37992個，占84%;圖2給出了偏移后以米為間隔的偏移數(shù)量值，小于5米的點(diǎn)占97%。

對于BD-09坐標(biāo)系，未偏移前該坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系下最大偏移約1500.6米，最小偏移約706.7米，平均偏移1177.4米;偏移后最大偏移4.5米，最小偏移0.0051米，平均偏移1.2米。圖3給出了未偏移前以百米未間隔的偏移數(shù)量值，偏移值大于400米的點(diǎn)占100%，偏移值大于1000米的點(diǎn)有39026個，占86.2%;圖4給出了偏移后以米為間隔的偏移數(shù)量值，均小于5米。

由上可知，BD-09坐標(biāo)系加密后偏移量比GCJ-02坐標(biāo)系偏移量多約500-700米，偏移后偏移距離可控制在5米以內(nèi)，對于本文，可以滿足任務(wù)要求。

3 廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

廠址周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要依據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 核電廠環(huán)境影響報告書的格式和內(nèi)容》（HJ808-2016）中的相關(guān)規(guī)定及實(shí)際工作需要開發(fā)。進(jìn)行調(diào)查工作時，通常先通過調(diào)研等方式取得感興趣目標(biāo)名稱和相關(guān)信息，最后生成目標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)緯度、相對于廠址中心的方位、距離及其他信息。重點(diǎn)關(guān)注目標(biāo)往往使用GPS設(shè)備或其他定位設(shè)備定位。因此，系統(tǒng)主要具有以下功能：給定核設(shè)施廠址的經(jīng)緯度和調(diào)查范圍，批量輸入要查詢的目標(biāo)名稱;系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)用多個在線地圖和數(shù)據(jù)庫查詢目標(biāo)名稱經(jīng)緯度，并更新數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)自動記錄已錄入的數(shù)據(jù)以便在下次使用時優(yōu)先調(diào)用。系統(tǒng)通過自動篩選和轉(zhuǎn)換經(jīng)緯度后得到每個興趣點(diǎn)的詳細(xì)信息，并在取得的行政劃圖上進(jìn)行標(biāo)記目標(biāo)。系統(tǒng)功能模塊圖如圖5所示。調(diào)查結(jié)果通常需要在行政區(qū)劃圖上生成示意圖。網(wǎng)絡(luò)地圖可以提供縣域邊界，對要求精準(zhǔn)到縣級邊界的示意圖可使用網(wǎng)絡(luò)地圖進(jìn)行標(biāo)記，對于精度更高的示意圖如需在有鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界的行政區(qū)劃圖上進(jìn)行標(biāo)記時則需通過本系統(tǒng)結(jié)合取得的有鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界的行政區(qū)劃圖來生成示意圖。

3.1 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)錄入功能中，系統(tǒng)可批量導(dǎo)入GPS或固定格式的數(shù)據(jù)。主要包括工作人員現(xiàn)場定位的信息。在數(shù)據(jù)查詢時，優(yōu)先使用該部分?jǐn)?shù)據(jù)。

查詢數(shù)據(jù)時，分別調(diào)用百度地圖、高德地圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢用戶輸入的指定目標(biāo)經(jīng)緯度，并把數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)篩選功能。返回數(shù)據(jù)格式：用戶輸入的名稱：經(jīng)在線地圖或數(shù)據(jù)庫查詢到的名稱：經(jīng)度，緯度：來源。

數(shù)據(jù)篩選時，首先將各坐標(biāo)系經(jīng)緯度進(jìn)行偏移，使其均可用WGS-84坐標(biāo)系表示。對于同一地名，往往多個地圖都能查詢到信息，由于百度地圖坐標(biāo)系偏移后整體誤差小，因此以百度地圖查詢到的數(shù)據(jù)為主，以高德地圖數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。

數(shù)據(jù)生成時，可用在線地圖生成的示意圖則調(diào)用在線地圖API生成示意圖，如不滿精度要求，則依據(jù)行政區(qū)劃圖比例尺計算行政區(qū)劃圖中每個像素代表的實(shí)際長度，再根據(jù)興趣點(diǎn)與廠址所成的角度在行政區(qū)劃圖上標(biāo)記。最后通過用戶需要的格式如圖片或Excel格式數(shù)據(jù)輸出。

3.2 數(shù)據(jù)運(yùn)算

計算距離主要通過調(diào)用在線地圖api實(shí)現(xiàn)，計算兩個坐標(biāo)見夾角使用以下公式實(shí)現(xiàn)：

latS=，lngS=，latE=，latE=

θ1=sin（latS）*sin（latE）+cos（latS）*cos（latE）*cos（latE-LngS）

θ2=

θ=

res=90-θ lngE>lngS，latE？叟latSres=270+θ lngE>lngS，latE

其中，lng1，lat1，lng2，lat2分別是廠址經(jīng)緯度和各個目標(biāo)經(jīng)緯度，res為各個目標(biāo)與廠址的夾角。

4 總結(jié)與展望

本文設(shè)計的系統(tǒng)操作簡單，可使對生成的數(shù)據(jù)能保證正確性，極大的提高了工作人員的工作效率且準(zhǔn)確度較高，系統(tǒng)可隨著數(shù)據(jù)的不斷更新和錄入進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。但對于在線地圖未錄入的地名系統(tǒng)無法標(biāo)記，只能在工作后期使用手工標(biāo)記。總之，系統(tǒng)可完成絕大部分工作，手工標(biāo)記較少。在以后的工作中，會隨著工作需要不斷更新系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加完善及智能。

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[4]百度地圖.http：//lbsyun.baidu.com/index.php？title=jspopular3.0.

[5]高德地圖.https：//lbs.amap.com/.