摘要：本文主要介紹互聯網衛星影像地圖的存儲、檢索及坐標轉換的一些基本原理和方法，并探討如何在本地化局域網內部針對互聯網衛星影像地圖的應用。
　　關鍵詞：衛星影像地圖；坐標轉換；墨卡托投影；四叉樹
　　1引言
　　繼谷歌地球發布之后，互聯網衛星影像地圖應用得到快速發展，各地圖服務公司也推出了相應的二次開發技術支持，以支持互聯網衛星影像地圖的二次開發，適應不同客戶的實際應用需求，如：googleMapsAPI技術。但是這些應用必須是在線連接互聯網的條件下才可以實現。另外，由于衛星影像地圖為柵格數據，要實現快速的瀏覽對網絡的速度也有較高的要求，因此，一些局域網內和網速較低的環境或設備中很難得到應用。
　　本文主要介紹互聯網衛星影像地圖的分幅、檢索、拼接以及大地坐標與像素坐標之間的轉換等基本方法，并結合實例，探討了互聯網衛星影像地圖的本地化應用。
　　2衛星影像地圖的存儲原理
　　2.1衛星影像地圖的投影
　　地球表面是曲面，而地圖是二維的平面，通過采用投影技術，將地球投影到平面。地圖Google、百度等衛星影像地圖所采用的墨卡托(Mercator)投影,又名“等角正軸圓柱投影”。投影坐標系統的選擇是：以赤道為標準緯線，本初子午線為中央經線，二者的交點為原點，赤道方向為X軸，子午線方向為Y軸，向北、向東為正，向西、向南為負。
　　為把地球投影到一個正方形區域，以地球赤道周長為基準，赤道周長為：2*PI*R=2*20037508.3427892（R為地球赤道半徑6378137米），限定南北半球投影維度區域為[-85.05112877980659，85.05112877980659]，使投影坐標的Y軸取值，與X軸范圍一致，范圍為[-20037508.3427892,20037508.3427892],把近南北極區域舍棄。
　　2.2衛星影像地圖分幅
　　按照上述的投影方法，地球的整個區域投影到一個正方形內，大小為256*256。以此為基礎，逐級放大，分幅，各等級圖幅均限定在256*256大小，每幅圖稱作一個“Tile(瓦片)”，JPG圖像文件大小20KB左右，適合計算機存儲及網絡傳輸，所以衛星影像地圖又稱為“瓦片圖”。
　　分級的方法：衛星影像地圖分級總共分20級，首先把全球有效區域投影到大小為256*25的正方形內，定為0級，共一幅圖，為最小比例尺地圖。以后逐級把每幅圖的一分為四，各級幅圖的大小依然為256*256，比例尺逐級放大，圖幅數量逐級增加。總圖幅數：2n*2n幅，總寬度和長度為：2n*256×2n*256，n為地圖的級數。
　　瓦片圖編號：按照瓦片圖所在的行列進行編號，一般表示為：“行－列－等級”，每個級別的行列數不能超出最大行列數2n，如0級圖總共只有一幅，只有1行1列，編號為：“0－0－0”，1級圖4幅共2行2列，以此類推。
　　2.3分辨率和比例尺
　　分辨率是每像素單位實際投影長度比例，單位為（米/像素）。
　　分辨率=2*PI*R/(2n*256)，R為赤道半徑，n為地圖等級。
　　計算機顯示單位是英寸，每英寸像素點數為96，因此各級衛星影像地圖的比例尺計算公式為：
　　比例尺=1:分辨率*96/0.0254，1英寸=0.0254米。
　　2.4衛星影像地圖的存儲
　　衛星影像地圖的存儲按照圖幅進行存儲為柵格數據，實際大小在20KB左右，根據不同的顯示等級，容易在實現快速調用，以屏幕顯示分辨率為1680*1050大小，只需要1680/256*1050/256幅圖布滿屏幕。
　　衛星影像地圖隨著等級的變大，圖幅數也級數倍增加，數據量也是海量數據，所以衛星影像地圖的存儲一般保存在大型數據庫內，實現快速的調用。
　　3 衛星影像地圖的檢索
　　互聯網衛星影像地圖，由于圖幅數量巨多，要實現快速檢索和調用，必須提到衛星影像地圖的檢索。衛星影像地圖像的檢索編碼編制按照四叉樹的編碼規則進行編碼，可以快速檢索到其周邊地圖，從而大大提高數據庫的檢索速度。
　　地圖檢索編碼的方法如下圖：
　　圖1衛星影像地圖四叉數編碼示意圖
　　每圖幅均可以向下級分為：0、1、2、3四幅圖，在圖幅放大和縮小過程中，容易檢索到本區域的相關的圖幅。
　　谷歌地圖的編碼采用QRST表示，分別代替0、1、2、3表示完全表示為字符串，可避免編碼與數字混淆，實現功能都是一樣。
　　檢索碼的編碼是根據圖幅編號可以有計算機自動實現，同樣由編碼可以反推出其圖幅編號。圖號：“0－0－0”對應檢索碼“0”，圖號“5000－5000－18”對用編碼為“000003003330003000”。實現程序可在網上找到，也可以和作者聯系。
　　4 衛星影像地圖的拼接
　　當需要顯示一個級別的衛星影像地圖時，首先要根據位置坐標進行定位，即根據大地經緯度坐標和顯示級別計算出所在的圖號，以及周邊地圖的圖號，進而計算出它們的數據庫的檢索碼，然后從數據庫讀出圖像數據，把各幅圖放到各自的位置，如同拼接“瓦片”一樣。因為無論那個級別的地圖我們都規定了他的實際像素尺寸（256*256），因此很容易計算出每幅圖的實際像素坐標，實現計算機拼圖。
　　圖號計算像素坐標：圖號為“tileX－tileY－ZoomLevel”,
　　像素坐標為：PixleX=tileX*256，PixleY=tileY*256，
　　5 坐標轉換
　　基于互聯網衛星影像地圖本地化后的應用，首先需要涉及的工作就是坐標轉換。坐標轉換一般有以下幾類：用戶坐標與大地坐標的互相轉換；大地坐標轉換與衛星影像地圖的像素坐標之間的轉換；如果涉及當地獨立坐標系統的話，還需要獨立坐標與投影坐標或大地坐標的轉換。
　　大地坐標向像素坐標的轉換，可實現地圖定位，和在衛星影像地圖上疊加其他專業圖形和應用。像素坐標轉換為大地坐標，可實現鼠標點擊的像素坐標，反轉為大地坐標或用戶坐標。
　　像素坐標為整數，用戶坐標和大地坐標為雙精度小數，所以不同等級的衛星影像地圖上的坐標轉換精度不同，衛星影像地圖的等級越高，轉換精確度相對越高。
　　本文對坐標轉換有關技術不再進行詳細闡述。
　　6 實驗案例
　　本實驗以寧波鎮海某單位城區為范圍進行實驗，衛星影像地圖來源于互聯網，該區域最小級別數為9級，最大級別數為20級。圖幅總數為26624幅，其中20級2600多幅，19級3900多幅，9級1幅。數據庫采用SQLServer2005，開發環境MicrosoftVisualStudio2008C#。通過面向對象的開發，開發了坐標轉換模塊級衛星影像地圖管理模塊，實現衛星影像地圖的基本放大、縮小、移動、定位等功能。衛星影像地圖管理模塊實現衛星影像地圖的自動拼接功能和屏幕坐標的反向轉換功能，實現屏幕坐標及時轉換為用戶坐標。通過坐標轉換模塊實現用戶圖形在衛星影像地圖上的疊加。下面為實現切圖。
　　接圖左下角為用戶獨立坐標，本圖為Autocad2008環境下調用動態鏈接庫顯示WindowsForm界面。
　　圖2實驗案例接圖
　　7 結束語
　　本文重點闡述了互聯網衛星影像地圖的存儲及檢索調用的原理和方法。通過案例實驗，嘗試了互聯網衛星影像地圖本地化并經坐標轉換后，在工程應用領域作為底圖得到應用。為今后互聯網衛星影像地圖基于本地化后在諸如道路、管網等初步選線設計、土地利用調查等工程建設及其他領域提供了一個有益的嘗試和寶貴的經驗。
　　參考文獻
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