减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法与流程

1.本发明涉及电子地图投影方法，具体涉及一种减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法。


背景技术：

2.兰伯特投影分为兰伯特切圆锥投影和兰伯特割圆锥投影，即假若把一个圆锥面罩在地球椭球的表面，使圆锥面与椭球面上的一条纬线相切，圆锥轴与椭球自转轴合二为一，根据正形投影和兰伯特投影的条件要求，将椭球面上的纬线投影到圆锥面上成为同心圆，经线投影到圆锥面成为从圆心发出的辐射直线，然后把圆锥面沿着某条母线切开展为平面，即得兰伯特切圆锥投影，若圆锥面与椭球面上的两条纬线相割，则称之为兰伯特割圆锥投影。圆锥面与椭球面相切的纬线称之为标准纬线，与椭球面相割的两条纬线为双标准纬线。与采用单标准纬线相切比较，采用双标准纬线相割，其投影变形小而均匀，因此目前采用兰伯特投影的地图多采用双标准纬线的兰伯特割圆锥投影。如我国地图出版社1957年出版的《中华人民共和国地图集》中的分省地图是采用这种投影编制的，两条标准纬线的纬度分别为25
°
和45
°
。国家标准gb14512《1∶100万地形图编绘规范及图示》规定采用边纬线与中纬线长度变形绝对值相等的等角割圆锥投影，作为1∶100万分幅地形图的数学基础，也就是纬度按纬差4
°
分带，每个投影带单独计算坐标，每个投影带的两条标准纬线近似为j1＝js 30’，j2＝jn-30’(js为每一带最南边纬线的纬度，jn为每一带最北边纬线的纬度)，各带长度变形最大值为
±
0.03％，面积变形最大值为
±
0.06％。
3.双标准纬线等角圆锥投影，在两条标准纬线上没有变形。在两条标准纬线之间长度变形是向负的方向增加，即投影后的经纬线长度均比地面上相应的经纬线长度缩短了，在两条标准纬线以外长度变形向正的方向增加，即投影后的经纬线长度均比地面上相应的经纬线长度伸长了。面积变形也是如此，在两条标准纬线以内是负向变形，在两条标准纬线以外是正向变形。离标准纬线越远，变形越大。
4.兰伯特投影没有角度变形，存在长度变形和面积变形，因此目前小比例尺的航空图、地形图多采用兰伯特投影。对于纸质地图，如果跨图幅，每幅图有各自的双标准纬线，将各幅图裁去每幅图的白边，手动将各图幅拼接在一起。对于电子地图是选定两条标准纬线和一条中央经线，无论区域变化，都以这两条标准纬线和中央经线为基准进行投影，中央经线的选择不影响地图的投影变形及误差。目前中央经线通常选择105度，双标准纬线选择47度和25度，无论地图检索范围如何变化，中央经线和双标准纬线始终不变。这样造成的问题是离标准纬线越远的地方误差及投影变形越大。对地图数据精度要求较高的应用，特别是军事计划的制定、飞机航线的规划等显然是不能满足要求的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，减小兰伯特投影下电子地图的误差。
6.为了达到上述的目的，本发明提供一种减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，包括：(1)解析基础地理信息数据文件，读取并存储各类空间地物的经纬度坐标，构建空间地物数据库；(2)根据显示设备显示分辨率和用户关注区域，建立两者之间的映射关系，依据映射关系计算待检索的地图区域；所述用户关注区域为包含关注空间地物的距形区域；(3)在待检索的地图区域选定中央经线和双标准纬线，构建投影参数；(4)根据投影参数，对待检索的地图区域的空间地物数据进行投影计算，获得各空间地物平面投影坐标(x，y)；(5)使用各空间地物的平面投影坐标，进行地图数据的可视化绘制，形成电子地图；(6)拖动浏览电子地图，改变用户关注区域，返回步骤(2)，重新执行步骤(2)～(5)。
7.上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(2)包括：
8.由显示设备显示分辨率即得显示设备显示范围；
9.计算显示设备显示范围与用户关注区域的横向范围比值和纵向范围比值，取最大值作为显示设备显示分辨率与用户关注区域之间的映射关系dmapscale；
10.计算待检索的地图区域的中心经纬度、经度范围和纬度范围，得到待检索的地图区域：
[0011][0012][0013]
其中，dcenterlon为待检索的地图区域的中心经度，dcenterlat为待检索的地图区域的中心纬度，drightlon为用户关注区域右边经度，dleftlon为用户关注区域左边经度，dtoplat为用户关注区域顶部纬度，dbotlat为用户关注区域底部纬度；
[0014][0015][0016][0017][0018]
其中，dqueryleftlon为待检索的地图区域的左边经度，dqueryrightlon为待检索的地图区域的右边经度；dquerybotlat为待检索的地图区域的底部纬度，dquerytoplat为待检索的地图区域的顶部纬度；dh和dv分别为显示设备显示范围的横向范围和纵向范围。
[0019]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(3)中，以待检索的地图区域的中心经度为中央经线；待检索的地图区域的中心纬度为第一标准纬线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之一处的纬度为第二标准纬线。
[0020]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(3)中，以待检索的地图区域的中心经度为中央经线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之三处的纬度为第一标准纬线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之一处的纬度为第二标准纬线。
[0021]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(3)中，所述投影参数包括专用投影参数和通用投影参数。
[0022]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(3)中，所述专用投影参数包括中央经线、第一标准纬线和第二标准纬线。
[0023]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(3)中，所述通用投影参数地球长半轴、偏心率、第一偏心率平方、假定原点纬度、假定原点东向坐标、假定原点北向坐标。
[0024]
上述减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，其中，所述步骤(4)中，待检索的地图区域的空间地物数据从步骤(1)构建的空间地物数据库中获取；通过兰伯特割圆锥投影获取各空间地物平面投影坐标(x，y)。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
[0026]
本发明的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法，根据检索区域的变化，采用实时选择区域中央经线和双标准纬线，进行动态投影计算，确保用户关注区域的空间地物数据的高精度显示，从而可满足军事计划制定、飞机航线规划等特定使用的目的。
附图说明
[0027]
本发明的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法由以下的实施例及附图给出。
[0028]
图1为本发明较佳实施例的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法的流程图。
[0029]
图2为本发明较佳实施例中显示分辨率、用户关注区域和待检索的地图区域之间的关系图，
[0030]
图3为本发明较佳实施例中待检索的地图区域中央经线和双标准纬线选取示意图。
[0031]
图4为本发明较佳实施例中待检索的地图区域的电子地图。
具体实施方式
[0032]
以下将结合图1～图4对本发明的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法作进一步的详细描述。
[0033]
本发明的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法包括：
[0034]
(1)解析基础地理信息数据文件，读取并存储各类空间地物的经纬度坐标，构建空间地物数据库；
[0035]
(2)根据显示设备显示分辨率(显示区域)和用户关注区域，建立两者之间的映射关系，依据映射关系计算待检索的地图区域；
[0036]
所述用户关注区域为包含关注空间地物的距形区域；
[0037]
具体包括：
[0038]
(2a)由显示设备的显示分辨率即得显示范围，所述显示范围包括横向范围dh和纵向范围dv；
[0039]
(2b)计算用户关注区域的横向范围dlon(即距形区域右边经度与左边经度之差)；
[0040]
dlon＝drightlon-dleftlon
[0041]
其中，drightlon为距形区域右边经度(即距形区域右边框对应的经度)，dleftlon为距形区域左边经度(即距形区域左边框对应的经度)；
[0042]
drightlon、dleftlon从步骤(1)构建的空间地物数据库中获取；
[0043]
(2c)计算用户关注区域的纵向范围dlat(即距形区域顶部纬度与底部纬度之差)；
[0044]
dlat＝dtoplat-dbotlat
[0045]
其中，dtoplat为距形区域顶部纬度(即距形区域上边框对应的纬度)，dbotlat为距形区域底部纬度(即距形区域下边框对应的纬度)；
[0046]
dtoplat、dbotlat从步骤(1)构建的空间地物数据库中获取；
[0047]
(2d)计算横向范围的比值和纵向范围的比值，取最大值作为当前地图比例dmapscale(即显示设备显示分辨率与用户关注区域之间的映射关系)：
[0048][0049]
(2e)计算待检索的地图区域的中心经纬度：
[0050][0051][0052]
其中，dcenterlon为待检索的地图区域的中心经度(即待检索的地图区域的中心点所在经度)，dcenterlat为待检索的地图区域的中心纬度(即待检索的地图区域的中心点所在纬度)；
[0053]
(2f)计算待检索的地图区域的经度范围；
[0054][0055][0056]
其中，dqueryleftlon为待检索的地图区域的左边经度，dqueryrightlon为待检索的地图区域的右边经度；
[0057]
(2g)计算待检索的地图区域的纬度范围：
[0058][0059][0060]
其中，dquerybotlat为待检索的地图区域的底部纬度，dquerytoplat为待检索的地图区域的顶部纬度；
[0061]
(2h)待检索的地图区域为：[(dqueryleftlon，dquerytoplat)，(dqueryrightlon，dquerybotlat)]；
[0062]
由步骤(2e)和步骤(2g)即可确定待检索的地图区域；
[0063]
(3)在待检索的地图区域选定中央经线和双标准纬线，构建投影参数；
[0064]
所述投影参数包括专用投影参数和通用投影参数；
[0065]
所述专用投影参数包括中央经线、第一标准纬线和第二标准纬线；所述通用投影参数地球长半轴、偏心率、第一偏心率平方、假定原点纬度、假定原点东向坐标、假定原点北向坐标；
[0066]
较佳地，以待检索的地图区域的中心经度(即待检索的地图区域的中心点所在经度)为中央经线；待检索的地图区域的中心纬度(即待检索的地图区域的中心点所在纬度)为第一标准纬线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之一处的纬度为第二标准纬线(即以待检索的地图区域垂直方向从下到上四分之一处的纬度为第二标准纬线)；
[0067]
较佳地，以待检索的地图区域的中心经度为中央经线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之三处的纬度为第一标准纬线；从待检索的地图区域的底部纬度向上四分之一处的纬度为第二标准纬线
[0068]
(4)根据投影参数，对待检索的地图区域的空间地物数据进行投影计算，获得各空间地物平面投影坐标(x，y)；
[0069]
待检索的地图区域的空间地物数据从步骤(1)构建的空间地物数据库中获取；通过兰伯特割圆锥投影获取各空间地物平面投影坐标(x，y)；
[0070]
(5)使用各空间地物的平面投影坐标，进行地图数据的可视化绘制，形成电子地图；
[0071]
(6)当拖动浏览电子地图，改变电子地图显示范围时(即改变用户关注区域时)，返回步骤(2)，重新执行步骤(2)～(5)。
[0072]
现以具体实施例详细说明本发明的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法。
[0073]
图1所示为本发明较佳实施例的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法的流程图。
[0074]
参见图1，本实施例的减小兰伯特投影下电子地图误差的动态投影方法包括以下步骤：
[0075]
(1)解析基础地理信息数据文件，读取并存储各类空间地物的经纬度坐标，构建地物数据库；
[0076]
本实施例中解析图幅号为0548、0549、0550、0648、0649、0650六幅地理信息数据文件，读取该六幅地理信息数据文件中各空间地物的经纬度坐标，构建地物数据库；
[0077]
(2)根据显示设备显示分辨率和用户关注区域，建立两者之间的映射关系，依据映射关系计算待检索的地图区域；其中，用户关注区域为包含关注空间地物的距形区域；
[0078]
本实施例中选取显示分辨率为1920*1080的显示设备，用户关注区域左上角经纬度为：经度102度，纬度24度；用户关注区域右下角经纬度为：经度120度，纬度16度；按照步骤(a)～(d)，计算两者之间的映射关系dmapscale＝0.0011905748285016670；根据映射关系，按照步骤(e)～(g)计算出待检索的地图区域左上角经纬度为：经度101.91830300156192，纬度24.093636342108901；右下角经纬度为：经度117.71849923386407，纬度15.819155614871205，如图2；
[0079]
(3)在待检索的地图区域选定中央经线和双标准纬线，构建投影参数；
[0080]
投影参数包括专用投影参数和通用投影参数；
[0081]
以该待检索的地图区域的中心点所在的经度东经111度为中央经线；以该待检索的地图区域的中心点所在的纬度为第一标准纬线，即图3中标准纬线1为20度；以该待检索的地图区域垂直方向从下到上四分之一处的纬度为第二标准纬线，即图3中标准纬线2为18度；
[0082]
专用投影参数包括中央经线：111度；标准纬线1：20度；标准纬线2：18度；通用投影参数包括地球长半轴a：6378137m；偏心率e：0.081819190428；第一偏心率平方：0.00669438002290；假定原点纬度：0.0度；假定原点东向坐标：0，单位是米；假定原点北向坐标：0，单位是米；
[0083]
(4)根据投影参数，对待检索的地图区域内的空间地物数据进行投影计算，获得各空间地物的平面投影坐标(x，y)；
[0084]
通过兰伯特割圆锥投影获取各空间地物平面投影坐标(x，y)，计算公式为：
[0085]
x＝xf r sinθ，y＝yf r
f-r cosθ
[0086]
其中，xf是假定原点东向坐标；yf是假定原点北向坐标；r为该空间地物纬度的弧度值；rf为假定原点纬度的弧度值；θ由公式θ＝n(λ-λf)获得，λ为该空间地物经度的弧度值，λf为假定原点的经度值，i＝1，2，和为两条标准纬线，对应于和分别有m1和m2；r＝aftn：代表t1、t2、tf和t，并分别对应于和时的取值；
[0087]
以该待检索的地图区域内三亚和广州两点为例：
[0088]
三亚：经度为109度30分29秒，纬度为18度14分52秒，计算三亚平面投影坐标，计算过程为：
[0089]
计算m1和m2：m1＝0.94006077070903982，m2＝0.95136064660243880；
[0090]
计算t1、t2、tf和t：t1＝0.70181299876517511，t2＝0.72804738667826052，tf＝0.99999999999999989，t＝0.72476203186311716；
[0091]
计算n：n＝0.32558508143412923；
[0092]
计算f：f＝3.2401077146172610；
[0093]
计算r和rf：r＝18609513.110867426，rf＝20665850.898585793；
[0094]
计算θ：θ＝-0.0084780215500642759；
[0095]
计算得三亚平面投影坐标(x，y)：
[0096]
x＝-157769.96317297485，y＝2057006.5802981295；
[0097]
广州：经度为113度15分53秒，纬度为23度06分32秒，计算广州平面投影坐标，计算过程为：
[0098]
计算m1和m2：m1＝0.94006077070903982，m2＝0.95136064660243880；
[0099]
计算t1、t2、tf和t：t1＝0.70181299876517511，t2＝0.72804738667826052，tf＝0.99999999999999989，t＝0.66225823043972532；
[0100]
计算n：n＝0.32558508143412923；
[0101]
计算f：f＝3.2401077146172610；
[0102]
计算r和rf：r＝＝18071011.885110628，rf＝20665850.898585793；
[0103]
计算θ：θ＝0.012869355743376148；
[0104]
计算得广州平面投影坐标(x，y)：
[0105]
x＝232555.86113897825，y＝2596335.4561822675；
[0106]
该待检索的地图区域内其它空间地物的平面投影坐标计算同上；
[0107]
(5)使用各空间地物的平面投影坐标(x，y)，进行地图数据的可视化绘制，形成电子地图，如图4；
[0108]
(6)当拖动浏览电子地图，改变电子地图显示范围时(即改变用户关注区域时)，返回步骤(2)，重新执行步骤(2)～(5)。
[0109]
拖动浏览电子地图，此时返回步骤(2)，设新的用户关注区域：左上角经度为112度，左上角纬度为22.5度，右下角经度为116度，右下角经度为18.5度；根据显示设备显示分辨率和用户关注区域，建立两者之间的映射关系dmapscale＝0.0011797071886183905，计算出待检索的地图区域：左上角经度：108.56519769179104，左上角纬度：22.991132364473529，右下角经度：116.41468909883010，右下角纬度：18.878316502132261；选择东经112度为中央经度，第一标准纬线为21.5度，第二标准纬线为19.5，构建投影参数；
[0110]
投影参数包括专用投影参数和通用投影参数，专用投影参数包括中央经线：112度，第一标准纬线：21.5度，第二标准纬线：19.5度；通用投影参数不变；
[0111]
根据投影参数，对待检索的地图区域内的空间地物数据进行投影计算，计算出三亚的平面坐标(x，y)：x＝-263689.90067888983，y＝2068069.4451086335；
[0112]
计算出广州的平面坐标(x，y)：x＝129671.66845076838，y＝2604834.1672972068，重新绘制电子地图。
[0113]
三亚和广州的实际距离为667657.6741米，采用现有技术的固定投影方式，即中央经线105度，双标准纬线47度和25度时，电子地图中三亚和广州的距离为676637.99118915235米，两者相差8980.3170828145230；采用本发明改变中央经线和标准纬线的动态投影方式，即中央经线111度，双标准纬线20度和18度时，重新绘制完成的电子地图中三亚和广州的距离为665755.12426661327米，与实际距离之间的差值为-1902.5498397245537，动态投影方式下误差减少了7077.767243米，两地的距离更为准确了，如果两地距离较远或检索范围变换较大，理论上误差减少更多，更为精确。