基本介紹
工具介紹,背景介紹,繪製流程,
工具介紹
直角坐標網是我國大比例尺圖上常見的坐標網類型，其以經緯線為圖廓變線。當位於投影帶東西邊緣時，需要考慮是否繪製鄰帶坐標網，方便鄰帶地圖量算。鄰帶坐標網是直角坐標網的一種特殊情況，其繪製也有嚴格的要求。根據比例尺和圖幅範圍確定出直角坐標網的數學基礎參數，然後根據直角坐標網計算過程計算直角坐標網。
背景介紹
20世紀末，美國為了適應信息化多兵種聯合作戰指揮的需求，提出了一個“GIG”計畫，稱全球信息格線(global information grid)，聲勢浩大，投入高，甚至引起了世界性的追捧，按計畫也取得了一定進展。但這個格線(grid)並不是地理空間格線，它是一個在軍用網際網路基礎上解決上下左右、人、武器裝備互聯互通的指揮系統，最後因與作戰指揮傳統的格線坐標參考系(UTM參考系)同名同姓，產生軍語(術語)矛盾而放棄Urid的名稱，改為DoDIN(department of defense information network) 。
本世紀初，北京市東城區搞了一個“城市格線管理”計畫，把全區劃分成很多小區，分配監管人員，配發手機，將區內事無巨細，包括一個下水井蓋的丟失，都通報給格線中心及時修復或處理，一時間還在全國推廣。也因其與原有城管系統的重疊，管理人員難以定崗定編，無疾而終。
這些“格線”的隨意使用現象，都出自1988年福斯特(Ian Foster)提出的一時引發熱潮的“格線計算”(grid computing)概念。其實質是在網路環境中的計算機，通過建立格線系統，使信息資源像電力資源那樣即開即用。但格線計算過於理想化，信息資源構成十分複雜，非電力資源可比；在跨平台、跨組織、跨信任域的複雜異構環境中共享資源和解答問題，也有極大的技術難度，這些因素使格線計算在普適領域中，特別是在商業計算領域中逐漸被雲計算所替代，格線的概念也在套用領域逐漸淡化。但是，對於許多高端科學和軍事套用來說，仍需要依靠格線計算來解決問題。
在網路環境所謂“零距離零時間到達”的認識中，傳統IT業對區域特徵和地理分布的因素考慮得較少，但恰恰是地理空間的時空要素才是格線構成的核心。它的套用己有幾百年的歷史，在我國己有千餘年的記錄，重新定義格線，可能會引起認識的混亂。現在把格線問題講清楚，認識到凡涉及區域定位的格線，必須有統一的國家標準，賦予構建的規則和編碼，這樣才有互聯互通、共享資源的基礎。眼下我國採用的空間格線系統就是世界通用的經緯度網和國家測繪地理信息局公布的基於高斯一克呂格投影的直角坐標網。一切地理空間數據的採集、分析、分級、檢索、表示、歸檔都受此國家標準的約束。
隨著遙感技術的進步和網路環境的便捷套用，地理空間數據量空前增加，及時處理這些數據也會涉及地球表而剖分等算法的套用。近年來這個領域的研究不斷深入，成果很多。這從客觀上提出了一個傳統地理空間框架是否需要改革的問題。在這個環節上，傳統的以檢索和定位為核心的格線方法，與網際網路條件下所形成的現代計算格線的概念有了交集。例如圈層立體格線技術就是研究將地下到太空作為一個基於地球系統的整體來對待如何建立地球基礎框架的問題。回顧歷史，當前全球經緯度的劃定和最後世界範圍內統一，也是經歷了多年的探索、實踐和各種方案的選擇才最後形成的。
當前，以物聯網、大數據、雲計算為標誌的信息社會呈現出新的時代特徵。地理空間信息格線將為構建統一的智慧型化空間感知體系、空間位置標識體系、新型空間信息組織模型和多維海量信息可視化平台提供基礎支撐。不遠的未來，以機器人為代表的智慧型化信息平台有望利用地理空間信息格線進行環境自主感知、自主空間分析、自主行為控制等。地理空間信息格線不僅服務於人，還將服務於智慧型化平台，具有廣闊的發展前景。
繪製流程
①確定圖幅點數量
同地理坐標網的圖框點數計算過程相同，不論是地圖分幅編號的計算公式還是直接獲取圖幅角點坐標，歸根結底都得到地圖左下角的經緯度坐標值，根據我國基本比例尺和圖幅間關係，可以得到經差和緯差的具體值，根據經緯度坐標值和經差、緯差，就可求出圖框線上的點個數(高斯一克呂格投影除了中央經線和赤道是直線外，其餘的經緯線都應繪製為曲線。當經緯線曲率不大時，可以用直線來代替(如矢長小於0.15 mm的曲線)。在圖幅範圍較大時，經線可以用直線代替，但緯線無論什麼時候都不能用直線代替，而必須以若干折線代替曲線段。緯線需用幾段折線代替，也就需要多少圖廓點。這裡我們把需要的點數稱為點密度。當用戶不設定時，使用國家規定的默認點數，當用戶設定時，按用戶設定點密度繪製圖框線。
②計算和繪製圖框線、內外圖廓
利用高斯正算公式計算圖框平面直角坐標，並在4個角點放置經緯度註記，然後根據內外圖廓和圖框之間的關係依次計算內圖廓、外圖廓的平面直角坐標。由於內外圖廓不平行於坐標軸，而與圖框線平行，因此內外圖廓線的繪製是在圖框線的基礎上，根據內外圖廓線距離圖框線的距離，經過上、下、左、右平移得到內外圖廓線的折線集合的。
③計算和繪製分度帶。
分度帶是以固定經緯差為單位細分的小短線，繪於內外圖廓線之間。首先根據比例尺獲取分度帶的經緯差，然後計算出分度帶與內外圖廓線交點的坐標。由於內外圖廓不平行於坐標軸，因此，圖廓四邊的細分點應分別計算，並且與內外圖廓的角點也應分別計算。
④計算和繪製本帶方里網
根據《地形圖圖式》規定，直角坐標網繪在東、西、南、北各圖框線之間。為了計算直角坐標網和圖框線及內圖廓線的交點，首先計算出縱橫首末的直角坐標網的取整後的X或y坐標，以及圖幅範圍需要繪製的直角坐標線的條數。然後計算整公里處和內圖廓線的交點。由於圖框線和坐標網線不平行，有一定的角度。為了保持圖面整潔，避免圖框線和內圖廓線之間畫線太多，有些首末直角坐標網線必然要斷於圖框線，和圖框線相交，這些斷點的坐標必須得到。如如圖1中P點即為交點。所用公式如下：
X=(Y一y1)*(x1一x2)/(y1一y2)+x1
Y=(X一x1)*(y1一y2)/(x1一x2)+y1
由於內圖廓線不是直線，而是由折線組成，在求直角坐標線和內圖廓交點時比較麻煩。本文根據公里值區間，先判斷該整公里值(Cx或Y值)和哪一橫或縱折線段相交，然後利用點和直線相交關係計算出交點坐標。本文採用跨立實驗先判斷坐標線段和圖框折線段是否相交。公式：
Ua=[(x4一x3)(y1一y3)一(y4一y3) (x1一x3)]/[(y4一y3)(x2一x1)一(x4一x3) (y2一y1)]
Ub=[(x2一x1)(y1一y3)一(y2一y1) (x1一x3)]/[(y4一y3)(x2一x1)一(x4一x3) (y2一y1)]
其中，如果Ua和Ub都在[[0， 1]區間，則線段相交。
當判斷相交後採用兩直線相交公式計算得到兩直線的交點，如圖4-3中Q點即為計算得到的交點。所用公式如下：
X=(x1(y1一y2)(x3一x4)一x3(x1一x2)(y3一y4)+(y3一y1)(x1一x2)(x一x4))/((y1一y2)(x3一x4)一(x1一x2)(y3一y4))
Y=(y3(y1一y2)(x3一x4)一y1(x1一x2)(y3一y4)+(x1一x3)(y1一y2)(y3一Y4))/ ((Y1一y2)(x3一x4)一(x1一x2)(y3一y4))
最後把計算得到的交點P和Q坐標連為線段L，即為本帶直角坐標網線。如圖1
圖1⑤添加數字標註
直角坐標網的註記包括內外圖廓和圖框間的註記。進行圖框線註記時，對於每一條圖框線，根據計算的圖框四個角點的坐標，再根據平台對註記的顯示位置，分別計算四個角點註記的實際位置。圖框線內部直角坐標網線的註記，在步驟④中得到直角坐標網線和圖框的角點，然後根據平台註記標註位置，計算註記的實際位置。平台不同，註記位置計算也不一定相同，MapGIS平台的註記的位置坐標點的右上角，ArcGIS平台註記的位置是在坐標點的中上位置，後面第五章套用中有詳細說明。
由於直角坐標網與內圖廓之間間距的不確定性，可能導致註記重疊或註記與直角坐標網線產生相交的現象，本文設計時採取當直角坐標網和圖框線圖面距離小於0.5cm時，則不標註直角坐標網的值，避免註記重疊或相交。
按照圖式規範繪製圖框線、直角坐標網及分度帶，並配置註記，基本上達到了圖廓整飾的目的。
