Android環境下地形圖編號可視化查詢與算法研究

喬俊軍，胡馮偉，萬叢叢，2

(1.武漢大學測繪學院，湖北武漢 430079；2.深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026）

Android環境下地形圖編號可視化查詢與算法研究

喬俊軍1，胡馮偉1，萬叢叢1，2

(1.武漢大學測繪學院，湖北武漢 430079；2.深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026）

一、引 言

國家基本比例尺地形圖是根據國家頒布的地形圖測量規范、編繪規范和地形圖圖式，用指定的方法測制或根據可靠的資料編制的詳細表達普通地理要素的全要素地圖，它既是經濟建設、國防建設和科研文教的重要圖件，又是編繪各種地理圖的基礎資料，其測繪精度、成圖數量和速度等是衡量國家測繪技術水平的重要標志[1]。

由于國家基本比例尺地形圖的管理和使用都是依據其編號來進行的，因此如何快速、方便、實時、可視化地查詢和獲取地形圖編號，已成為地形圖管理者和使用者普遍關心的問題。國內在地形圖管理和編號查詢方面取得了一些研究成果[2-5]，并開發了相應的地形圖管理和編號查詢軟件，但查詢功能不全，沒有實現點、線、面所在地形圖編號的全面查詢；便捷性也不夠，不能隨時隨地地查詢地形圖編號；而且可視化不強，沒有電子地圖作為可視化支撐。

針對上述問題，本文提出了用于解算點、線、面所在地圖編號的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法，并基于Android移動設備，通過調用百度地圖API接口，直接訪問百度地圖服務和數據，然后運用Java語言，設計開發了地形圖編號的可視化查詢軟件，方便了用戶對地形圖編號的可視化查詢。

二、我國基本比例尺地形圖編號

我國基本比例尺地形圖不僅具有完整的比例尺系列，而且還具有統一的分幅編號系統。它的分幅與編號均采用國際上統一的“經緯線分幅，行列式編號”的方法，即在1∶100萬地形圖的基礎上，按照我國規定的基本比例尺系列進行分幅編號[6]。

1.1∶100萬地形圖編號

行：從赤道算起，緯度每4°為一行，至南、北緯88°，各22行，用大寫英文字母A、B、C、…、V表示，南半球加S，我國地處北半球，N可以省略。

列：從180°經線算起，自西向東每6°為一列，全球分為60列，用阿拉伯數字1、2、3、…、60表示，列必須是兩位數，不足兩位的前面補“0”。

由經線和緯線所圍成的每一個梯形小格為一幅1∶100萬地形圖，它們的編號由該圖所在的行號與列號組合而成，如北京所在的1∶100萬地形圖的圖號為J50，如圖1所示。

圖1 1∶100萬地形圖編號

2.1∶50萬～1∶5000地形圖編號

1∶50萬～1∶5000地形圖的編號是在1∶100萬地形圖的基礎上進行的。它們的編號都由10個代碼組成，其中前3位是所在的1∶100萬地圖的行號(1位）和列號(2位），第4位是比例尺代碼，后面6位分為兩段，前3位是圖幅的行號數字碼，后3位是圖幅的列號數字碼。行號和列號的數字碼編碼方法是一致的，行號從上而下，列號從左到右順序編排(如圖2所示），不足3位時前面補“0”，如圖3所示。

圖2 1∶50萬～1∶5000地形圖行列號

圖3 1∶50萬～1∶5000地形圖編號構成

3.地形圖編號的計算公式

1∶100萬圖幅編號計算公式如下

1∶50萬～1∶5000圖幅在1∶100萬圖幅中行、列號計算公式如下

圖幅西南角經緯度計算公式如下

式中，[]為取整符號；H、L分別為1∶100萬圖幅的行號和列號；h、l分別為1∶50萬～1∶5000地形圖在1∶100萬地形圖中的行號和列號；λ、φ分別為某點的經度和緯度；λ1、φ1分別為圖幅西南角的經度和緯度；Δλ、Δφ分別為基本比例尺地形圖的經差和緯差。

三、解算思路與功能設計

1.解算思路

針對點、線、面所在圖幅編號的解算，本文運用系統論的方法，把“面”的解算問題轉換為“線”的解算問題，把“線”的解算問題轉換為“點”的解算問題，最后以“點”為基礎，全面而系統地實現了點、線、面所在圖幅編號的解算。

1）當查詢對象為“點”時，本文提出了坐標增量法。該方法是利用坐標增量使處在圖廓線上或圖廓角上的點生成內點，再利用內點直接解算圖幅編號；當點處在圖廓內部時，直接解算圖幅編號。

2）當查詢對象為“線”時，本文提出了交點均值法。該方法是利用線與圖廓經緯線相交得到一系列相鄰交點的中點，把“線”的解算問題轉換為“點”的解算問題；然后再利用坐標增量法解算這些中點所在的圖幅編號。

3）當查詢對象為“面”時，本文提出了緯線掃描法。該方法是利用一組圖廓緯線與面相交生成的線段，把“面”的解算問題轉換為“線”的解算問題；然后再利用交點均值法，把“線”的解算問題轉換為“中點”的解算問題；最后利用坐標增量法解算這些中點所在的圖幅編號。圖幅編號解算與可視化查詢流程如圖4所示。

2.功能設計

該軟件設計有點、線、面所在圖幅編號的可視化查詢功能。

(1）點所在圖幅編號的查詢功能

點可分為：當前位置、地名、地理坐標、指定點。

1）當前位置：即軟件通過移動網絡、WiFi、內置GPS獲得移動設備的瞬時地理坐標來解算圖幅編號。GPS定位精度為30 m左右；WiFi定位精度為30～200 m；移動網絡定位精度為100～300 m[7]。

2）地名：即直接輸入地名得到地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

3）地理坐標：該功能有兩種輸入方式，一種是輸入浮點型的地理坐標，直接進行圖幅編號的解算；另一種是輸入度分秒(ddmmss）型的地理坐標，轉換為浮點型地理坐標后再進行圖幅編號的解算。

4）指定點：即在移動設備屏幕上點擊任意位置獲得屏幕坐標，轉換為地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

圖4 圖幅編號解算與可視化查詢流程

(2）線所在圖幅編號的查詢功能

用戶在移動設備屏幕上繪制感興趣折線，將轉折點的屏幕坐標轉換為地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

(3）面所在圖幅編號的查詢功能

該功能有兩種輸入方式：一種是用戶在移動設備屏幕上逆時針繪制出感興趣區域，獲得區域邊界點的屏幕坐標，轉換為地理坐標后再進行圖幅編號的解算；另一種是用戶直接輸入區域邊界點的地理坐標(ddmmss型）轉換為浮點型地理坐標后，再進行圖幅編號的解算。

四、解算方法與程序實現

1.點所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據點與矩形的拓撲關系，當點位于矩形內部時，點與矩形的包含關系明確，可直接解算圖幅編號；當點位于矩形邊線或角點時，點與矩形的包含關系就會出現歧義。因此，本文提出了坐標增量法。該方法首先判斷點是否位于圖廓內部，若是，則利用該點直接解算圖幅編號；若否，則利用坐標增量(增量Δd小于1∶5000地形圖的緯差），使處在圖廓線上或圖廓角上的點分解為內點，再利用內點解算圖幅編號。

1）當點位于圖廓內部時，如圖5中的B點，B點即為T2圖幅的內點。

圖5 點所在圖幅編號的解算

2）當點位于圖廓緯線上時，如圖5中的D點，通過緯度坐標增量(φ±Δd，λ），使D點分解為T2、T4兩幅圖的內點。

3）當點位于圖廓經線上時，如圖5中的A點，通過經度坐標增量(φ，λ±Δd ），使A點分解為T1、T2兩幅圖的內點。

4）當點位于圖廓角點上時，如圖5中的C點，通過坐標增量(φ±Δd，λ±Δd ），使C點分解為T1、 T2、T3、T4四幅圖的內點。

得到圖幅的內點后，首先利用式(1）、式(2）直接解算內點所在的圖幅編號；再利用式(3）計算西南圖廓點坐標；最后根據不同比例尺圖幅的經緯差，在百度地圖上繪制出圖廓線。點所在圖幅編號的可視化查詢如圖6所示。

圖6 點所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序實現

部分代碼如下

2.線所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據線與矩形的拓撲關系，當線與矩形相交時，兩交點的中點必然會落在矩形內部或邊線上。因此，本文提出了交點均值法。該方法是利用線與圖廓經緯線的交點，通過排序計算得到一系列相鄰交點的中點，把線的解算問題轉換為點的解算問題，然后再利用坐標增量法解算圖幅編號。

如圖7所示，在折線ABCD上，首先選取線段AB，根據不同比例尺地形圖的經緯差，計算線段AB的外接矩形SWUV，以此來確定參與計算的圖廓經緯線數量和起算經緯度。然后計算線段AB與圖廓經緯線的交點P1，P2，…，P9(若線段AB水平時，則計算線段AB與圖廓經線的交點；若線段AB垂直時，則計算線段AB與圖廓緯線的交點），并按經度或緯度對交點P1，P2，…，P9和端點A、B進行排序，依次計算相鄰兩點的中點。最后利用坐標增量法解算圖幅編號。

圖7 線所在圖幅編號的解算

按照同樣方法，也可以解算線段BC和CD所在的圖幅編號。最后剔出重復編號。線所在圖幅編號的可視化查詢如圖8所示。

圖8 線所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序實現

部分代碼如下

3.面所在圖幅編號的解算

(1）解算方法

根據線與面的拓撲關系，直線與面相交形成的線段必然會落在面內。因此，本文提出了緯線掃描法。該方法是利用一組圖廓緯線與面相交生成的線段，把面的解算問題轉換為線的解算問題，然后再利用交點均值法，把線的解算問題轉換為點的解算問題，最后利用坐標增量法解算圖幅編號。

如圖9所示，在面ABCDEF上，首先根據不同比例尺地形圖的經緯差，計算該面的外接矩形SWUV，以此來確定掃描緯線的數量和起算緯度，然后通過掃描緯線與面ABCDEF的相交，形成一組緯線段。以38.66°緯線段MN為例，將該線段向下平移一微小量Δ(Δ小于1∶5000地形圖的緯差），生成T1T2線段，利用交點均值法，計算線段T1T2與圖廓經線的交點P1，P2，…，P6，并按經度或緯度對交點(不包括線段端點）進行排序，依次計算相鄰兩點的中點(若交點的個數為1或0，則終止該子過程的計算），最后再利用坐標增量法解算圖幅編號。

圖9 面所在圖幅編號的解算

按照同樣方法，可以解算其他線段所在圖幅的編號，需注意的是：一條掃描緯線只能解算該緯線下一行的圖幅編號，當掃描到倒數第2條圖廓緯線時，如圖9中的39.33°緯線段PQ，還需要將PQ上移一個微小量Δ，解算上一行的圖幅編號。另外，還需要利用交點均值法解算邊線所在的圖幅編號。最后剔出重復編號。面所在圖幅編號的可視化查詢如圖10所示。

圖10 面所在圖幅編號的可視化查詢

(2）程序實現

部分代碼如下

五、結束語

本文運用系統論的方法，首次提出了用于解算點、線、面所在編號的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法；同時，基于Android移動設備，設計開發了地形圖編號的可視化查詢軟件。測試結果表明，該軟件可減輕人力、節約時間、提高效率，能夠滿足用戶隨時隨地可視化查詢地形圖編號的需求。

[1]百度百科.國家基本地圖[EB/OL].2012-03-05[2013-11-14].http：∥baike.baidu.com/view/1490512.htm.

[2]張鵬程.基于點與多邊形關系的地形圖圖幅查詢系統實現[J].測繪通報，2008(10）：68-69.

[3]胡華科，林遠清.基于斜率內插算法的地形圖圖幅查詢系統設計[J].測繪通報，2008(1）：66-68.

[4]胡華科，鄭春燕.基于Web的地形圖查詢信息系統設計與開發[J].測繪通報，2009(2）：60-62.

[5]TIAN Z K，LIU S H，FU F F，et al.Algorithm and Visual Realization of Auto-retrieving the New and Old Sheet Numbers of Topographic Map[EB/OL].2004-01-01 [2013-11-13].http：∥ieeexplore.ieee.org/xpl/article-Details.jsp?tp＝＆arnumber＝1370301＆queryText% 3DAlgorithm＋and＋visual＋realization＋of＋auto-retrieving＋the＋new＋and＋old＋sheet＋numbers＋of＋topographic＋map.

[6]祝國瑞，郭禮珍，尹貢白，等.地圖設計與編繪[M].武漢：武漢大學出版社，2001：15-27.

[7]百度地圖LBS開發平臺.Android定位SDKv4.0[EB/ OL].[2013-11-14].http：∥developer.baidu.com/map/ geosdk-android.htm.

Visual Query and Algorithm Research of Sheet Numbers of Topographic Map in Android Environment

QIAO Junjun，HU Fengwei，WAN Congcong

在分析和研究地形圖分幅編號的基礎上，提出用于編號解算的坐標增量法、交點均值法和緯線掃描法，把“線、面”問題都歸結為“點”的問題，全面而系統地實現了點、線、面所在圖幅編號的解算；同時，基于Android智能手機和平板電腦等移動設備，借助于百度地圖平臺和API應用程序接口，開發了國家基本比例尺地形圖編號的可視化查詢軟件，方便了用戶對地形圖編號的可視化查詢。

Android；地形圖編號；可視化查詢；算法研究

P284

B

0494-0911(2014）10-0041-05

2014-01-03

喬俊軍(1961―），男，黑龍江賓縣人，高級工程師，主要從事地圖學與地理信息工程教學及研究工作。

喬俊軍，胡馮偉，萬叢叢.Android環境下地形圖編號可視化查詢與算法研究[J].測繪通報，2014(10）：41-45.

10.13474/j.cnki. 11-2246.2014.0324