地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形顯示領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地圖是人類認(rèn)知系統(tǒng)中重要的抽象信息描述手段。在地圖上，每一點(diǎn)、線都是地球 上具體地理對(duì)象的一個(gè)抽象表達(dá)。隨著信息技術(shù)的普及，電子化后的地圖已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng) 濟(jì)活動(dòng)、乃至人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡男畔⒊休d工具。
[0003] 制作地圖時(shí)首先要獲得地理對(duì)象在地球表面的大地坐標(biāo)，然后才是基于這些大地 坐標(biāo)繪制出平面地圖。但由于地球表面是一個(gè)不可展的曲面，即大地坐標(biāo)系基于一個(gè)不可 展的橢球面，因此無法以"將球面展開"的簡(jiǎn)單方法直接獲得平面地圖，而必須通過映射關(guān) 系將地球表面地理對(duì)象的大地坐標(biāo)映射成平面坐標(biāo)中。
[0004] 上述大地坐標(biāo)與平面坐標(biāo)的映射即為地圖投影，它實(shí)際上是一種數(shù)學(xué)變換，是地 圖制作的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。概括地說，地圖投影是這樣一種信息處理方法：假定有一個(gè)與理想地球 表面相切或相割的投影面，以某種映射關(guān)系將地球表面上的大地坐標(biāo)點(diǎn)一一投影到投影平 面坐標(biāo)系內(nèi)。上述的映射關(guān)系可用函數(shù)關(guān)系式廣義表達(dá)為：
[0007] 其中（x，y)是投影平面坐標(biāo)系上的點(diǎn)，（Φ，λ)是地球表面上的點(diǎn)（例如可用煒、 經(jīng)度表示）。f\、f 2是將（平，λ)映射成（x，y)的地圖投影函數(shù)，在一定區(qū)域內(nèi)，fi、f2是單 值、有限且連續(xù)的函數(shù)。
[0008] 在具體的計(jì)算中，f\、f2的形式都比較復(fù)雜。因此，在傳統(tǒng)的地圖制作過程中，需要 有相當(dāng)工作量來進(jìn)行地圖投影計(jì)算作業(yè)。所以在傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GIS)中，由大地坐標(biāo) 數(shù)據(jù)生成平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)的工作都是在地圖數(shù)據(jù)被顯示之前就早已完成的。
[0009] 然而，作為映射變換，地圖投影過程中地表對(duì)象間的空間關(guān)系（如長(zhǎng)度、角度、面 積等）不可避免地會(huì)發(fā)生一定的"地圖變形"，尤其是在其圖形邊沿區(qū)域，這樣的變形更大 于中心區(qū)域。所謂地圖變形指的是地圖投影后平面地圖與原地球面表面之間，在地理對(duì)象 空間關(guān)系上存在著誤差。因此"地圖變形"就會(huì)給基于平面地圖進(jìn)行的空間應(yīng)用分析精度 造成障礙。事實(shí)上，任何單一地圖投影都無法滿足一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)所有應(yīng)用問題的空間分 析精度需求。而且即便是對(duì)于視覺感受來說，大范圍的"全局"平面地圖（如全國地圖）上 距離投影中心越遠(yuǎn)的地域，其地圖變形越嚴(yán)重，以至于地圖邊緣的"局部"圖面看起來會(huì)讓 使用者感覺不很舒服。
[0010] 在實(shí)際的分析精度要求較高的類GIS系統(tǒng)中，通常以預(yù)處理、保存若干靜態(tài)"瓦片 地圖"（以預(yù)先進(jìn)行的地圖投影生成若干局部平面地圖，拼接在一起如同瓦片一般），來解 決單一投影的"地圖變形"問題。這樣做的副作用是使得GIS系統(tǒng)對(duì)"全局"與"局部"地 圖數(shù)據(jù)的管理變得十分復(fù)雜，同時(shí)又會(huì)在不同的"瓦片地圖"相鄰處產(chǎn)生地圖變形"縫隙"， 進(jìn)而又給"縫隙"處的空間分析處理造成了難題，因而又要引入更復(fù)雜的協(xié)調(diào)"全局"與"局 部"矛盾的輔助處理機(jī)制；而在其他分析精度要求不高的電子地圖顯示系統(tǒng)中（如網(wǎng)站地 圖、導(dǎo)航系統(tǒng)等），為了避免上述"瓦片地圖"問題，則會(huì)盡可能減少系統(tǒng)中事先生成的平面 地圖數(shù)據(jù)的數(shù)量，即用盡可能大范圍的"全局"地圖投影，結(jié)果是系統(tǒng)中的地圖邊緣處會(huì)出 現(xiàn)較大的變形現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)上述平面地圖顯示時(shí)地圖變形嚴(yán)重、以及預(yù) 處理、保存之"瓦片地圖"拼接縫隙影響分析精度的問題，提供一種地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng) 及方法。
[0012] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)，包括 大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元、地圖投影變換數(shù)據(jù)處理單元、平面地圖數(shù)據(jù)管理及顯示單元、以及 人機(jī)交互界面，其中：所述大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元，用于存儲(chǔ)及維護(hù)大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述人 機(jī)交互界面，用于接收輸入的交互操作指令及參數(shù)，所述操作指令包括地圖顯示指令，所述 參數(shù)包括平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域；所述地圖投影變換數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)交互操作 指令通過大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元?jiǎng)討B(tài)獲取與所述平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域?qū)?yīng)的大地坐 標(biāo)系投影區(qū)域內(nèi)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合，并將所述大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合實(shí)時(shí)投影變換成平面地 圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合；所述平面地圖數(shù)據(jù)管理及顯示單元，用于將所述平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合 顯示為平面地圖。
[0013] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)中，所述人機(jī)交互界面接收的參數(shù)還包括 單位像素長(zhǎng)度表征量，所述大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元包括基底數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以及分層數(shù)據(jù)定 義單元，其中：所述基底數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)所有大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述分層數(shù)據(jù)定義單 元用于以若干個(gè)邏輯數(shù)據(jù)層索引大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)的不同子集；每個(gè)所述邏輯數(shù)據(jù)層具有一個(gè) 單位像素長(zhǎng)度表征量范圍，對(duì)應(yīng)一個(gè)大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)子集；所述地圖投影變換數(shù)據(jù)處理單元 在存取大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)以單位像素長(zhǎng)度表征量為邏輯數(shù)據(jù)層索引值、以投影區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)請(qǐng) 求范圍提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元通過比對(duì)索引值確定相應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)層并從 其中獲取與投影區(qū)域?qū)?yīng)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)子集。
[0014] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)中，所述人機(jī)交互界面針對(duì)平面地圖的放 大、縮小、移動(dòng)或開窗操作將生成地圖顯示指令及平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域；所述地圖投影 變換數(shù)據(jù)處理單元通過將放大、縮小、移動(dòng)或開窗后得到的平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域動(dòng)態(tài) 逆變獲得大地坐標(biāo)系下的投影區(qū)域，進(jìn)而獲取投影區(qū)域內(nèi)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)完成投影變 換，并在當(dāng)前窗口地圖刷新操作或新生成的地圖窗口中顯示新變換出的平面地圖數(shù)據(jù)。
[0015] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)中，所述交互操作指令還包括地圖編輯指 令，所述參數(shù)還包括編輯參數(shù)；所述顯示系統(tǒng)還包括窗口顯示設(shè)置及地圖編輯單元，用于以 人機(jī)界面獲取的地圖編輯指令及編輯參數(shù)對(duì)平面坐標(biāo)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖編輯作業(yè)，并生成 新的平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合由平面地圖數(shù)據(jù)管理及顯示單元顯示；所述地圖投影變換數(shù)據(jù) 處理單元將新的平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行逆變換成對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合，并經(jīng)由對(duì) 應(yīng)分層數(shù)據(jù)定義單元索引存儲(chǔ)到基底數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。
[0016] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示系統(tǒng)中，所述參數(shù)包括投影類型，所述地圖投 影變換數(shù)據(jù)處理單元以設(shè)定的投影類型選擇對(duì)應(yīng)的地圖投影轉(zhuǎn)換函數(shù)，將大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集 合投影變換成平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合。
[0017] 本發(fā)明還提供一種地圖動(dòng)態(tài)投影顯示方法，包括以下步驟：
[0018] (a)通過人機(jī)交互界面接收輸入的交互操作指令及參數(shù)，所述操作指令包括地圖 顯示指令，所述參數(shù)包括平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域；
[0019] (b)將所述平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域動(dòng)態(tài)逆變?yōu)榇蟮刈鴺?biāo)系下投影區(qū)域，并獲取 對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合，將所述大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合實(shí)時(shí)投影變換成平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集 合；
[0020] (C)將所述步驟（b)中所述實(shí)時(shí)投影出的平面地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合顯示為平面地 圖。
[0021] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示方法中，所述人機(jī)交互界面接收的參數(shù)還包括 單位像素長(zhǎng)度表征量，所述大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過分層數(shù)據(jù)定義單元的索引由基底數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單 元統(tǒng)一存儲(chǔ)及維護(hù)，所述分層數(shù)據(jù)定義單元定義若干邏輯數(shù)據(jù)層索引大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)的不同 子集，每個(gè)邏輯數(shù)據(jù)層具有一個(gè)單位像素長(zhǎng)度表征量范圍，對(duì)應(yīng)一個(gè)大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)子集；所 述步驟（b)中，以單位像素長(zhǎng)度表征量為邏輯數(shù)據(jù)層索引值、以投影區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)請(qǐng)求范圍 提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)管理單元通過比對(duì)索引值確定相應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)層并從其中獲 取與投影區(qū)域?qū)?yīng)的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合。
[0022] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示方法中，所述步驟（a)中的地圖顯示指令及平 面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域由人機(jī)交互界面根據(jù)平面地圖放大、縮小、移動(dòng)或開窗操作生成，所 述步驟（b)包括：通過將放大、縮小、移動(dòng)或開窗后得到的平面坐標(biāo)系地圖顯示區(qū)域動(dòng)態(tài)逆 變獲得大地坐標(biāo)系下投影區(qū)域。
[0023] 在本發(fā)明所述的地圖動(dòng)態(tài)投影顯示方法中，所述交互操作指令還包括地圖編輯指 令，所述參數(shù)還包括編輯參數(shù)；所述方法還包括：
[0024] (d)以人機(jī)界面獲取的地圖編輯指令及編輯參數(shù)對(duì)平面坐標(biāo)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖編 輯作業(yè)，并生成新的