基于Google地圖的測量控制點成果管理系統(tǒng)

蔡欣恩，唐詩華，王 睿

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

城市控制測量成果，是確定地球表面點幾何位置的標(biāo)志，為測量及有關(guān)部門提供基礎(chǔ)測繪信息[1]。管理測量成果的傳統(tǒng)方法最常見的是文本的點之記，容易出現(xiàn)凌亂、分散不集中，無法做到信息共享。本文以Google地圖作為系統(tǒng)平臺，使用JavaScript語言，開發(fā)基于Google地圖的測量控制點成果管理系統(tǒng)。利用本文開發(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的實際地理位置，最大限度地實現(xiàn)信息資源共享。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案[1-3]

系統(tǒng)的目標(biāo)是以Google地圖為平臺，實現(xiàn)對控制點成果的可視化管理，即實現(xiàn)控制點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)計過程中要盡量做到操作簡便、互動性強、美觀大方。測量控制點成果管理系統(tǒng)的主要功能如下：

1）地圖顯示功能。以Google地圖作為測量控制點成果管理系統(tǒng)的平臺，因此Google地圖界面是系統(tǒng)必不可少的一個部分，也是系統(tǒng)主界面中的重點。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，是實現(xiàn)對地圖的平移、縮放、切換不同類型的地圖及查看比例尺等。能根據(jù)實際情況，通過鼠標(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、三角點、各級導(dǎo)線點、圖根點、各級水準(zhǔn)點，方便使用者根據(jù)不同需要分類查詢。

4）建立完善的測量控制點數(shù)據(jù)庫。完善的測量控制點成果數(shù)據(jù)庫包含：控制點的點之記、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)勢性和完整性，因此，在對成果數(shù)據(jù)進行更新和維護時還應(yīng)進行相應(yīng)的功能補充。

5）查詢功能。在一個擁有大量信息數(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)點的特點，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)計中有必要通過密碼驗證的方法，對系統(tǒng)訪問者進行限制，以維護系統(tǒng)中測量控制點成果的安全性。

2 開發(fā)平臺和編程語言

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行瀏覽操作，而Google Maps對于開發(fā)環(huán)境的要求不高，只需要一個支持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）開發(fā)語言：JavaScript。JavaScript是一種適應(yīng)動態(tài)網(wǎng)頁制作的編程語言，可以開發(fā)交互式的Web網(wǎng)頁，使頁面和使用者形成一種實時性、交互性、動態(tài)性的關(guān)系。JavaScript語言短小精悍，而且具有完善且強大的時間處理機制。

3 關(guān)鍵技術(shù)部分設(shè)計

3.1 地圖界面設(shè)計

在控制點成果管理系統(tǒng)的設(shè)計和實際開發(fā)中，地圖就是直觀的背景和數(shù)據(jù)顯示平臺。直觀簡潔的地圖界面，是系統(tǒng)必不可少的。

在Google maps API中，Gmap2對象用于實現(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，添加一些地圖控件，以方便地圖的瀏覽、移動、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，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 控制點在地圖中的顯示和信息窗口設(shè)計

控制點成果系統(tǒng)設(shè)計的信息種類很多，需要對這些成果進行文字說明。因此，結(jié)合Google Map的功能，使用GMarker地標(biāo)來標(biāo)記控制點成果在地圖上的地理位置。GMarker地標(biāo)的使用方法：

//創(chuàng)建GMarker對象

var marker0 = new GMarker(myLatlng{

title：GPS17（GPS控制點）

});

//myLatlng為該點的經(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成果的位置，不具有實用性。為了讓使用者更加直觀和詳細(xì)地了解控制點成果的相關(guān)信息，可在控制點地標(biāo)的位置加入信息窗口，即GInfoWindow信息窗口。除了文字說明，還可添加控制點四周環(huán)境的圖片[5]。除此以外，在信息窗口中添加傳統(tǒng)點之記，如圖1所示。模仿傳統(tǒng)的電子點之記，實現(xiàn)在GInfoWindow信息窗口中顯示控制點的“坐標(biāo)信息”、“地理位置”、“圖片”等具體信息。

圖1 利用GInfoWindow設(shè)計的控制點信息窗口

3.3 批量數(shù)據(jù)添加和管理

由于整個共享平臺的數(shù)據(jù)量相當(dāng)龐大，因此，逐個添加控制點的地標(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)信息問題。GMarkerManager 地標(biāo)管理器以及其特性加載XML文件的大量控制點數(shù)據(jù)即可完成控制點地標(biāo)信息的添加。

加載XML文件之前，首先創(chuàng)建一個GMarkerManagere對象，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對象中。最后一步，就是實現(xiàn)正在地圖上顯示GMarkerManager對象中的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，方法為：NODE.getElementsByTagName()。然后根據(jù)取得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建Gmarker對象，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

3.4 查詢功能的設(shè)計

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

3.5 權(quán)限設(shè)置

通過密碼驗證進入系統(tǒng)，對系統(tǒng)訪問者進行限制，以維護系統(tǒng)中測量控制點成果的安全性。使用JavaScript語言編寫頁面登錄代碼，實現(xiàn)通過“用戶名”和“密碼”驗證登錄系統(tǒng)頁面。

4 Google地圖坐標(biāo)偏差糾正

國內(nèi)所有的電子地圖都是用一種經(jīng)過加密的坐標(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，常見的北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系、地方獨立坐標(biāo)系在Google地圖上顯示會出現(xiàn)一定的偏差。圖2為糾正偏差與實際地理位置的示意圖。

圖2 Google地圖中坐標(biāo)的偏差

圖2 中，帶勾號的地標(biāo)表示控制點實際位置，帶叉號的地標(biāo)表示北京1954坐標(biāo)系下相對應(yīng)的控制點直接導(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)無法在Google地圖中標(biāo)注控制點的真實地理位置。

本文采用以下方法對坐標(biāo)進行糾正。

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地圖上識別的點作為糾正的控制點（x，y）；在Google地圖中獲取對應(yīng)以上糾正控制點的經(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)計算四參數(shù)。

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

以4個參數(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，用間接平差計算出4個轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后將需轉(zhuǎn)換的點代入平面四參數(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)。因為Google地圖只能識別大地坐標(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 實例分析

實例數(shù)據(jù)來源于某城市的控制測量點。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別的5個點，并且在Google地圖上獲取相同5個點的坐標(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個點，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，紅色地標(biāo)為經(jīng)過平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換后相應(yīng)的坐標(biāo)位置，改正后的坐標(biāo)位置符合實際點所在地理位置。任意選取的30個點經(jīng)過改正后，能附合到實際位置上。

圖3 控制點轉(zhuǎn)化前后比較圖

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