基于坐標定位文件的不同坐標系下影像坐標一體化處理應用研究

魏金占,莫文通,王文瑞

(南寧市勘察測繪地理信息院,廣西南寧 530021)

基于坐標定位文件的不同坐標系下影像坐標一體化處理應用研究

魏金占?,莫文通,王文瑞

(南寧市勘察測繪地理信息院,廣西南寧 530021)

當前很多測繪單位北京54、西安80及國家2000坐標系數據相互并存，這就造成數據在不同坐標下相互轉換問題，特別是影像數據。為了節約數據轉換成本，本文提出基于坐標定位文件的不同坐標系下正射影像的一體化處理，其基本思路在于直接對影像定位的坐標文件進行轉換，通過前端正確顯示影像位置，其特點是原理簡單易于實現，不需要復雜的數據轉換。

坐標定位文件；正射影像；北京54坐標；西安80坐標

1 引 言

某市城市勘測院當前采用的坐標系有北京54、西安80及國家2000坐標系,其中多以北京54坐標系為主。當前該市的國土系統相關單位已經推行西安80坐標系,為了與國土系統銜接,減少工作不便,某市城市勘測院經常需要進行不同坐標系下數據轉換。特別是某市城市勘測院自2000年起,已經累積了大量不同年份的正射影像數據,如果按照傳統模式,數據存儲量將翻數倍,無論人力、成本和工期都不可行。為此筆者提出一種基于基于坐標定位文件的不同坐標系下影像轉換方法,其僅通過對坐標定位文件重新計算,即可完成不同坐標系下影像坐標的相互轉換。

2 傳統不同坐標系下影像轉換方法

傳統的影像轉換方法多參照以下步驟完成,以SuperMap為例,具體如下:

(1)將待轉換正射影像數據進行拼接,具體過程為首先將每幅標準分幅的正射影像導入數據庫,根據圖幅編號,將所有的正射影像進行定位,之后將拼接的正射影像數據重新采集,形成同一坐標系下的一幅正射影像；

(2)采集不同坐標系下同名特征點的坐標,常見的是兩點、四點和七點模式,其中對于大范圍的正射影像,多采用七點模式,點數分布多以3×3、4×4或5×5分布；

(3)根據同名特征點,進行數據糾正,得到新坐標系下正射影像數據；

(4)將新的坐標系下的數據進行分幅、裁剪、導出；

在以上步驟中,存在如下問題:第一步數據拼接時將產生大量中間數據,以某市為例,2 000 km2的0.5 m級正射影像,產生的拼接數據在近100 G左右,數據存儲浪費嚴重,拼接時間超過4 h；第三步在數據糾正時,同樣產生近100 G左右,轉存時間超過4 h；第四步將數據進行裁剪,也將產生百G冗余數據,耗時更長。但這些數據僅為中間數據,時間和過程多為不必要步驟,是一種不能滿足實際需求費時費力的處理方法。

3 處理思路

不同坐標系下的數據轉換不外乎利用轉換參數對數據進行重新計算的過程,當前各大GIS平臺和CAD平臺多能識別JPG,TIFF及ECW等格式的影像數據,特別是GIS軟件多支持附帶坐標文件的JPG,TIFF及ECW格式的影像數據。以常見的JPG和格式為例, GIS軟件通過搜尋同名的JGW文件,讀取其中圖片所在位置、分辨率等信息并在顯示端正確顯示。某市已有標準分幅的北京54坐標系統下的正射影像且多為JPG格式,正射影像沒有跨帶,因此可通過計算每幅標準分幅圖的位置、分辨率等信息,通過程序生成JGW坐標定位文件,即可滿足不同平臺下標準分幅正射影像的正確顯示需求。基于此筆者提出如下思路:

(1)根據已有的標準分幅正射影像的圖幅編號,生成JGW文件；

(2)計算不同坐標系下,北京54坐標到相應坐標系下的轉換參數；

(3)通過轉換參數,計算每一幅圖不同坐標系下對應的JGW文件；

(4)調用其他坐標系下正射影像時,記錄調用位置的坐標信息；

(5)將坐標信息反算到北京54坐標系統下,計算北京54坐標系統下該坐標點所在的圖幅編號；

(6)通過計算出的圖幅編號,調用對應的北京54坐標系統下的正射影像；

(7)通過第二步的轉換參數,計算該影像在新坐標系下位置坐標并正確顯示。

通過以上步驟,僅需要計算幾個轉換參數,即可實現不同坐標信息下正射影像的坐標轉換了。

4 代碼實現

如上所述,本思路具體實現代碼如下:

(1)根據圖幅編號生成JGW文件

某市城市勘測院的正射影像為1∶2 000比例尺分幅,分辨率0.2m,圖幅編號即為左下角坐標。圖幅編號東方向為6位,北方向為7位整數,其中圖幅編號的第一個字節為“T”,圖幅編號實例如:T500000-2500000-1000-1000.jpg,其中500000和2500000分別為對應圖幅的左下角東方向和北方向坐標,分辨率統一為0.2m,則每幅比例尺為1∶2 000標準分幅的正射影像像元大小為5 000×5 000,則對應的JGW文件內容如下:

0.2 ‘地圖單元中的一個像素在東方向上的分辨率尺度

0‘平移量

0‘旋轉量

-0.2‘地圖單元中的一個像素在北方向上的分辨率尺度的負值

521000.1 ‘左上角像元的東方向坐標

2504999.9 ‘左上角像元的北方向坐標

說明:分辨率為0.2 m,則左上角像元的中心點東方向坐標應為左上角東方向坐標加半個像元大小即0.1 m,北方向坐標應為左上角北方向坐標減半個像元大小即0.1 m,如圖1所示。

圖1 左上角像元中心點坐標與左上角坐標關系示意圖

實現的函數代碼如下:

Private Function W riteJGW(FileName As String)As String

Dim Tempstr As String

If InStr(1，FileName，".jpg"，vbTextCompare)Then

FileName=Right(FileName，15)

Tempstr="0.2"＆vbCrLf＆"0"＆vbCrLf＆"0"＆vbCrLf＆"-0.2"＆vbCrLf＆CStr(CDbl(Left(FileName，6))+0.1)＆vbCrLf＆CStr(CLng(Right(Left(FileName，14)，7))+999.9)

WriteJGW=Tempstr

End If

End Function

其中FileName是文件名稱,WriteJGW為返回的內容,即為JGW的具體內容。

(2)計算北京54坐標到相應坐標系下的轉換參數

主要采用四參數或者七參數法,一般兩個不同的二維平面直角坐標系之間轉換時,通常使用四參數模型(數學方程組)。在該模型中有四個未知參數,即:

①兩個坐標平移量(△X,△Y),即兩個平面坐標系的坐標原點之間的坐標差值；

②平面坐標軸的旋轉角度A,通過旋轉一個角度,可以使兩個坐標系的X和Y軸重合在一起；

③尺度因子K,即兩個坐標系內的同一段直線的長度比值,實現尺度的比例轉換。通常K值幾乎等于1。

通常至少需要兩個公共已知點,在兩個不同平面直角坐標系中的四對XY坐標值,才能推算出這四個未知參數,計算出了這四個參數,就可以通過四參數方程組,將一個平面直角坐標系下一個點的XY坐標值轉換為另一個平面直角坐標系下的XY坐標值。因正射影像多為平面數據,所以四參數法即可滿足要求。具體的轉換方法是通過同名點在不同坐標系下的坐標進行,當前轉換軟件多已成熟,這里不多介紹。

(3)計算每一幅圖不同坐標系下對應的JGW文件

通過獲取計算得到四參數,計算每幅正射影像圖在新坐標系下的坐標定位文件。不同坐標系下影像大小變化很小,尺度變化量幾乎為零,具體如下:

Private Function WriteNewJGW(FileName As String，Dx as double，Dy as double，A as double)As String

Dim Tempstr As String

If InStr(1，FileName，".jpg"，vbTextCompare)Then

FileName=Right(FileName，15)

Tempstr="0.2"＆vbCrLf＆A＆vbCrLf＆0＆vbCrLf＆"-0.2"＆vbCrLf＆CStr(CDbl(Left(FileName，6))+0.1-Dx)＆vb-CrLf＆CStr(CLng(Right(Left(FileName，14)，7))+999.9-Dy)

WriteNewJGW=Tempstr

End If

End Function

其中A為旋轉角,Dx,Dy分別為X坐標和Y坐標方向的偏移量,尺度變化量默認為0。通過如上函數,即可完成新坐標系下的坐標定位文件。將新的坐標定位文件重新存放在不同路徑,以備后用。

(4)記錄調用位置的坐標信息

可采用兩種模式,一種是用戶已知概略范圍,直接輸入,另一種是用戶屏幕點擊,自動記錄該點坐標。

(5)計算北京54坐標下該坐標點所在的圖幅編號；

某市城市勘測院的正射影像為1∶2 000比例尺,因此每幅正射影像的編號皆為整公里數,則用戶調圖點所在圖幅編號反算函數如下:

‘計算用戶調圖點在北京54坐標系下的新X坐標

Private Function GetUserCoordX(Ux as double，Dx as double，A as double)as double

GetUserCoordX=Dx+Ux?sin(A)

GetUserCoordX=clng(left(GetUserCoordX，len(cstr((long (GetUserCoordX)))-3)＆“000”)

End Function

‘計算用戶調圖點在北京54坐標系下的新Y坐標

Private Function GetUserCoordY(Uy as double，Dy as double，A as double)as double

GetUserCoordY=Dy-Uy?cos(A)

GetUserCoordY=clng(left(GetUserCoordY，len(cstr((long (GetUserCoordY)))-3)＆“000”)

End Function

其中Dx、Dy、Ux、Uy、A分別為X坐標偏移量、Y坐標方向偏移量、新坐標系下X坐標、新坐標系下Y坐標、旋轉角。通過以上兩個函數即可反算出新坐標系下調圖點坐標在北京54坐標系下所在的圖幅編號。

(6)通過計算出的圖幅編號,調用對應的北京54坐標系統下的正射影像；

通過上一步獲取的北京54坐標系下的標準圖幅坐標,獲取對應的北京54坐標系統下的正射影像,具體實現代碼如下:

‘獲取標準圖幅名稱

Private Function GetMapNo(GetUserCoordX as double，GetUserCoordY as double)as string

GetMapNo=”T”＆cstr(GetUserCoordX)＆“-”＆cstr(GetUserCoordX)＆“.jpg”

End Function

調用第三步該影像在新坐標系下位置坐標并正確顯示,即完成了從北京54坐標到其他坐標系下的轉換顯示問題。

5 結 語

本文提出的不同坐標系下正射影像的相互轉換方法,其原理簡單,易于實現。其優勢在于僅通過計算不同坐標系下坐標定位文件而不需要對影像進行復雜處理。以下是通過坐標文件實現正射影像在北京54坐標系和西安80坐標系的顯示對比:

如圖2、圖3所示,對于不同坐標系的正射影像,系統僅僅讀取坐標文件,計算新的影像位置,重新加載即可實現不同坐標系下正射影像的正確顯示。

圖2 標準分幅正射影像在北京54坐標系下顯示效果

圖3 標準分幅正射影像在西安80坐標系下顯示效果

經實踐檢驗,這種方式可以實現實時轉換,既滿足了不同坐標系下正射影像的坐標轉換,又節省了大量人力物力。經南寧市某城市勘測院試驗,基本解決該轄區5 000 km2正射影像在不同坐標系下的顯示問題。與傳統動輒數天的數據轉換過程而言,效率提升非常明顯,可供同行參閱借鑒。

[1] 北京超圖軟件股份有限公司.SuperMap Objects開發教程(初級篇)[R].2008.

[2] 北京超圖軟件股份有限公司.SuperMap Objects開發教程(中級篇)[R].2008.

[3] 張曉東，吳正鵬，陳楚等.影像坐標轉換的一體化處理研究[J].城市勘測，2013(2).

[4] 王強，束炯，張曉滬.一種遙感圖像的坐標轉換方法[J].測繪科學，2006(4).

[5] 華亮春，陳學工，劉智勇.正射影像圖坐標轉換快速方法探討[J].國土資源導刊，2012(7).

[6] 丁華祥，朱紫陽.幾種影像坐標系轉換方法的應用與比較[J].地理空間信息，2007(5).

Research of DOM Transformations Between Different Coordinate Systems Based on Coordinate Files

Wei Jinzhan,MoWentong,Wang Wenrui
(Nanning Exploration&Survey Geoinformation Institute,Nanning 530021,China)

There is plenty of data in different Coordinate systems,such as Beijing 54,Xi’an 80 and National 2000. This phenomenon makes the data transformation in different Coordinate systems very common,especially to DOM.In order to save time and money,a new method was put forwards in this paper.By changing the content of coordinate files,the author is able tomake the DOM display in proper coordinate system.Thisway has been proved practical,economic and efficient for DOM transformation between different coordinate systems.

coordinate files；DOM；Beijing 54；Xi’an 80

1672-8262(2013)06-114-04

P226+.3

B

2013—06—18

魏金占(1980—),男,工程師,主要從事地籍測繪、工程測量、數據整理、GIS算法設計研究等。