电子海图制作中坐标转换的应用与实现

在电子海图制作过程中,海图数据中的所有点线面物标的空间信息均是以WGS-84坐标系统下的经纬度存储的,这样可以惟一确定该物标。但是国内由海事局提供的CAD格式的矢量海图为BJ-54格式,因此,在制作电子海图时,利用海事局提供的矢量海图,根据该坐标系统下的物标的地理位置即BJ-54下的平面坐标进行定位处理时,要转换为WGS-84坐标下的经纬度,需重新定位。本文针对此问题作出研究,在保证高精度的前提下,完成坐标的实时转换。

首先利用ArcObjects组件的Mapcontrol控件,实现矢量地图的导入及地图坐标的提取,然后设计算法实现矢量海图中的坐标转换,即矢量地图为BJ-54坐标系下平面坐标和高程,此处高程忽略,转换为WGS-84坐标下的经度、纬度和高程。

1.矢量地图导入

地图的导入及坐标的提取采用的ArcObject中的控件mapcontrol。本文采用的方法是新建cad工作区间,选中需要操作的CAD文件,获取其数据集中各个要素类,判断各要素类的类型,如简单要素和注记要素,并根据其属性创建相应的图层,设置所创建cad图层的属性,如名字和要素类,最后将这些图层依次添加到Map对象。流程如图1。

导入地图后,根据mapcontrol控件定义的鼠标动作事件,如鼠标点击mapcontrol控件,鼠标在控件上移动等事件,设计响应方法,从而实现地图操作如矢量地图的放缩、漫游功能

2.坐标转换

地球坐标系,它随地球一起转动,是一种非惯性坐标系。地球坐标系分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系是以地球质心为原点,可以分为地心空间直角坐标和地心大地坐标。地心空间直角坐标原点与地球质心相重合,Z轴指向北极,X轴指向格林尼治子午面与地球赤道的交点,Y轴与XOZ构成右手系。参心坐标系是选取一参考椭球面作为基本参考面,选一参考点作为起算点,并且通过大地质点的测量来确定参考椭球在地球内的位置和方向,也分为参心空间直角坐标系和参心大地坐标系。它们分别与地心空间直角坐标系,地心大地坐标系相类似。平面直角坐标系是利用投影变换,将空间坐标通过某种数学变换映射到平面上,这种变换又称为投影变换。本文利用的就是三度带的高斯吕格投影。

2.1.转换原理简介

将BJ-54坐标转换为WGS-84坐标步骤如下:

(1)同一坐标系下,平面坐标到大地坐标的转换。在BJ-54坐标系下,利用高斯投影坐标反解公式,将矢量地图所采用的在BJ-54坐标系下的平面坐标(x,y)转化为同一坐标系下的大地坐标(B,L),其中央子午线经度手动设置。

(2)同一坐标系下,大地坐标到三维直角坐标系的转换。在BJ-54坐标系下,将大地坐标(B,L,H)转化为空间直角坐标系下的坐标(X,Y,Z)。

(3)不同基准下,相同坐标系之间的转换。将在BJ-54坐标系下的空间直角坐标(X,Y,Z)转换为在WGS-84坐标系下的空间直角坐标(X,Y,Z),本文采用的是布尔沙模型即七参数转换法,必须已知3个在BJ-54坐标系下和在WGS-84坐标系下的点的空间直角坐标。即3个平移参数3个旋转参数一个尺度参数

(4)同一坐标系下,空间直角坐标到大地坐标的转换。采用迭代算法,由H和N的初值算出B,再迭代算出N,H。在WGS-84坐标系下,将空间直角坐标(X,Y,Z)转换为大地坐标(B,L)。这里介绍第3个步骤。

2.2.不同基准下相同坐标系之间的转换(X,Y,Z)BJ-54到(X,Y,Z)WG-S84

这里采用的是7参数转换法。必须已知3个点在BJ-54坐标系下和在WGS-84坐标系下的空间直角坐标。7参数转换模式

式中:ΔX、ΔY、ΔZ为平移参数;εX、εY、εZ为旋转参数;k为尺度因子。

令R=(ΔX,ΔY,ΔZ,(1+k),εX,εY,εZ)T则上式可转换为CiR=bi,若现有3个已知点i=1,2,3,则可根据最小二乘法解R

。又令得R=(ATA)-1ATb,即可求得7个参数。

所以,在BJ-54坐标下的任意点(XD,YD,ZD),可求得其在WGS-84坐标下的坐标为(XG,YG,ZG)

3.运行界面

运行界面中,状态栏实时显示地图坐标和转换后的坐标。

4.结语

本文设计并实现了从BJ-54坐标系统实时转换为WGS-84坐标系统的算法,操作简便,并且该坐标转换程序精度不低于0.00001s。转换坐标在电子海图制作中,对物标的迅速定位有很大帮助。参考文章：电子海图、AIS、雷达

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