第４１卷第９期２０１８年９月
ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ.４１ꎬＮｏ.９Ｓｅｐ.ꎬ２０１８
收稿日期:２０１７－０８－２５
基金项目：国家自然科学基金资助项目(４１４７１３３６)资助
作者简介：陈㊀达(１９８９－)ꎬ男ꎬ湖北天门人ꎬ助理工程师ꎬ学士ꎬ主要从事地理信息系统开发与软件工程方面的应用研究工作ꎮ
陈㊀达１ꎬ苏亚龙１ꎬ崔虎平２
(１.３１６８２部队ꎬ甘肃兰州７３００２０ꎻ２.信息工程大学地理空间信息学院ꎬ河南郑州４５０００１)
摘
要:ＯＧＣ的开放标准为地理信息系统的互通互操作提供了基础ꎬ其已经成为ＧＩＳ的标准之一ꎮＷＫＴ是ＯＧＣ关于时空定义的标准ꎮ２０１５年ＯＧＣ颁布了新ＷＫＴ标准－ＩＳＯ１９１６２:２０１５ꎬ分析了ＯＧＣ新ＷＫＴ标准和旧ＷＫＴ标准的差异ꎬ阐述了新ＷＫＴ标准的新特性ꎬ并对几种新的坐标系进行了描述ꎮ最后ꎬ针对ＷＫＴ字符串的组成结构和坐标系之间的关系ꎬ采用Ｃ＋＋和ＧＤＡＬ开源库㊁设计了读取ＷＫＴ字符串和构建坐标系方法和流程ꎮ关键词:ＯＧＣꎻＷＫＴꎻＩＳＯ１９１６２:２０１５ꎻ坐标系ꎻ时空参考
中图分类号:Ｐ２２６＋
.３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－５８６７(２０１８)０９－０１０１－０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯＧＣＮｅｗＷＫＴＳｔａｎｄａｒｄａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆ
ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＳｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮＤａ１ꎬＳＵＹａｌｏｎｇ１ꎬＣＵＩＨｕｐｉｎｇ２
(１.３１６８２ＴｒｏｏｐｓꎬＬａｎｚｈｏｕ７３００２０ꎬＣｈｉｎａꎻ
２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｐａｃｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＯＧＣｏｐｅｎｓｔａｎｄａｒｄｓｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ(ＧＩＳ)ꎬｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒＧＩＳ.ＷＫＴｉｓＯＧＣｏｎｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅａｎｄｓｐａｃｅｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｉｎ２０１５ＯＧＣｐｒｏｍｕｌｇａｔｅｄｔｈｅｎｅｗＷＫＴｓｔａｎｄ￣ａｒｄ－ＩＳＯ１９１６２:２０１５ꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｅｗＷＫＴｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｔｈｅｏｌｄＷＫＴｓｔａｎｄａｒｄꎬｅｌａｂｏｒａｔｅｄｔｈｅｎｅｗｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｎｅｗＷＫＴｓｔａｎｄａｒｄꎬａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｓｅｖｅｒａｌｎｅｗｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ
ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＷＫＴｓｔｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅａｄｉｎｇｔｈｅＷＫＴｓｔｒｉｎｇａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈＣ＋＋ｌａｎｇｕａｇｅａｎｄＧＤＡＬｏｐｅｎｓｏｕｒｃｅｌｉｂｒａｒｙ.Ｋ
ｅｙｗｏｒｄｓ:ＯＧＣꎻＷＫＴꎻＩＳＯ１９１６２:２０１５ꎻｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍꎻｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
酸化油０㊀引㊀言
ＯＧＣ的全称是开放地理空间信息联盟(Ｏｐｅｎ
ＧｅｏｓｐａｔｉａｌＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍ)ꎬ是一个致力于为地理信息产业软件㊁数据㊁服务等提供开放标准的非营利组织ꎬＯＧＣ的开放标准为地理空间信息系统的互操作㊁数据和服务共享发挥了巨大作用ꎮＯＧＣ通过国际化标准组织制定了一系列数据和接口规范ꎬ这其中就包括ＷＫＴ(ＷｅｌｌＫｎｏｗｎＴｅｘｔ)ꎬ其规定了坐标系的定义方法和格式ꎮＯＧＣ在１９９９年制定了ＷＫＴ格式标准ꎬ并在２００１年进行了扩展ꎬ这个标准被成为ＷＫＴ１(后面简称旧ＷＫＴ标准)ꎮ后来ꎬ随着坐标系统的各类概念模型的演化和发展ꎬ该标准已经越来越不能适应地理信息系统的发展要求ꎬ２０１５年ＯＧＣ颁布了ＷＫＴ新标准ꎬ称为ＷＫＴ２(后面简称新ＷＫＴ标准)ꎬ
ＷＫＴ２在ＷＫＴ１的基础上扩展了很多关键字ꎬ并增加对时间坐标系㊁继承坐标系等的支持ꎮＷＫＴ２标准已经被ＩＳＯ
组织发布ꎬ代号为ＩＳＯ１９１６２:２０１５ꎮ本文通过对ＷＫＴ新标准的分析ꎬ阐述了新标准的扩展
ꎬ以及与旧标准的差异ꎬ并在开源ＧＤＡＬ的基础上进行开发ꎬ使用Ｃ＋＋实现了一套解析ＷＫＴ标准ꎬ并能对各类坐标系进行管理和转换的类库ꎮ
１㊀ＷＫＴ格式及标准简介[１]
ＷＫＴ一般用于描述坐标系ꎬ在新版的ＷＫＴ标准中ꎬ
能够支持大地坐标系㊁垂直坐标系㊁工程坐标系㊁图像坐标系㊁参数坐标系㊁继承坐标系㊁复合坐标系的描述ꎬ以及部分坐标系之间的转换ꎮＷＫＴ只是对各坐标系的元数据进行了定义ꎬ也就说明了坐标系的基本信息和参数ꎬ具体
的使用方法则由各软件厂商去具体实现ꎮ
ＷＫＴ的具体形式以一系列对象的值组成ꎬ并以 [ 和 ] 为值的开始和结束字符ꎬ对象用ＷＫＴ中规定的关键值表示ꎬ值可以是字符新㊁数值型或是枚举型ꎮ值中可以继续嵌套其他对象ꎮ具体的形式如下所示:
ＫＥＹＷＯＲＤ[ａｔｔｒｉｂｕｔｅ１ꎬＫｅｙｗｏｒｄ２[ａｔｔｒｉｂｕｔｅ２ꎬａｔｔｒｉｂｕｔｅ３]]
一般来说关键字不区分大小写ꎬ但在使用时一般以大写表示ꎬ以ＷＧＳ８４地理坐标系的表示如下:
ＧＥＯＤＣＲＳ["ＷＧＳ８４"ꎬＤＡＴＵＭ["ＷｏｒｌｄＧｅｏｄｅｔｉｃＳｙｓ￣ｔｅｍ１９８４"ꎬＥＬＬＩＰＳＯＩＤ["ＷＧＳ８４"ꎬ６３７８１３７ꎬ２９８.２５７２２３５６３ꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１.０]]]ꎬＣＳ[ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌꎬ３]ꎬＡＸＩＳ["(ｌａｔ)"ꎬｎｏｒｔｈꎬＡＮＧＬＥＵＮＩＴ["ｄｅ￣ｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＡＸＩＳ["(ｌｏｎ)"ꎬｅａｓｔꎬＡＮ￣ＧＬＥＵＮＩＴ["ｄｅｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＡＸＩＳ["ｅｌｌｉｐ￣ｓｏｉｄａｌｈｅｉｇｈｔ(ｈ)"ꎬｕｐꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１.０]]]其中ꎬＧＥＯＤＣＲＳ是类型标识符ꎬ确定坐标系统类别ꎬＤＡＴＵＭ㊁ＥＬＬＩＰＳＯＩＤ㊁ＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ确定了ＷＧＳ８４椭球基准面信息ꎬＡＸＩＳ确定了坐标轴的意义及指向ꎮ通过此字符串ꎬ可以描述ＷＧＳ８４的地理坐标系元数据信息㊁可将其作为某个对象的空间参考ꎮ
基于旧ＷＫＴ的地理坐标系和投影坐标系已经被ＡｒｃＧＩＳ等知名软件厂商所采用ꎬ且ＥＰＳＧ组织对每种地理坐标系和投影坐标系都规定了唯一编号ꎬ几乎涵盖了所有常见的坐标系ꎮ
２㊀新ＷＫＴ标准的扩展
２.１㊀新旧标准关键字异同
新ＷＫＴ标准对关键字进行了规范与统一ꎬ为了兼容老的坐标参考标准ꎬ新版本的坐标参考系统关键字与老版本完全不同ꎬ对任意一个ＷＫＴ字符串则可以通过关键字进行辨识ꎬ其区分见表１ꎮ
表１㊀新旧ＷＫＴ标准的坐标系标识关键字差异Ｔａｂ.１㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｎｅｗａｎｄｏｌｄ
㊀㊀㊀㊀ＷＫＴＣＲＳｋｅｙｗｏｒｄ
新ＷＫＴ坐标系旧ＷＫＴ坐标系含义
ＢＯＵＮＤＣＲＳＦＩＴＴＥＤ＿ＣＳ绑定坐标系
ＣＯＭＰＯＵＮＤＣＲＳＣＯＭＰＤＣＳ复合坐标系
ＥＮＧＣＲＳＬＯＣＡＬ＿ＣＳ局部坐标系
ＧＥＯＤＣＲＳＧＥＯＣＣＳ/ＧＥＯＧＣＳ地理/大地坐标系
ＩＭＡＧＥＣＲＳ无图像坐标系
ＰＲＯＪＣＲＳＰＲＯＪＣＳ投影坐标系
ＴＩＭＥＣＲＳ无时间坐标系
ＶＥＲＴＣＲＳＶＥＲＴ＿ＣＳ垂直坐标系㊀㊀在ＯＧＣ的官方文档ＩＳＯ１９１６２:２０１５[２]中ꎬ新ＷＫＴ标准维持了原ＷＫＴ标准的整个体系ꎬ只是变更了关键字和增加的新的坐标系描述方法ꎬ字符串的整个结构并未做更改ꎬ这也为其他软件厂商的软件升级提供了灵活的处理手段ꎬ也便于兼容旧ＷＫＴ标准ꎮ
以常用的ｇｏｏｇｌｅ地图采用的伪墨卡托投影为例ꎬ旧ＷＫＴ标准使用的字符串为:
ＰＲＯＪＣＳ["ＷＧＳ８４/Ｐｓｅｕｄｏ－Ｍｅｒｃａｔｏｒ"ꎬＧＥＯＧＣＳ["ＷＧＳ８４"ꎬＤＡＴＵＭ["ＷＧＳ＿１９８４"ꎬＳＰＨＥＲＯＩＤ["ＷＧＳ８４"ꎬ６３７８１３７ꎬ２９８.２５７２２３５６３]]]ꎬＰＲＩＭＥＭ["Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ"ꎬ０]ꎬＵＮＩＴ["ｄｅｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ["Ｍｅｒｃａｔｏｒ＿１ＳＰ"]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｃｅｎｔｒａｌ＿ｍｅｒｉｄｉａｎ"ꎬ０]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｓｃａｌｅ＿ｆａｃｔｏｒ"ꎬ１]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｆａｌｓｅ＿ｅａｓｔｉｎｇ"ꎬ０]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｆａｌｓｅ＿ｎｏｒｔｈｉｎｇ"ꎬ０]ꎬＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１]ꎬＡＸＩＳ["Ｘ"ꎬＥＡＳＴ]ꎬＡＸＩＳ["Ｙ"ꎬＮＯＲＴＨ]ꎬＡＵＴＨＯＲＩＴＹ["ＥＰＳＧ"ꎬ"３８５７"]]
采用新ＷＫＴ标准的字符串如下:
ＰＲＯＪＣＲＳ["ＷＧＳ８４/Ｐｓｅｕｄｏ－Ｍｅｒｃａｔｏｒ"ＢＡＳＥＧＥＯＤＣＲＳ["ＷＧＳ８
节电技术４"ＤＡＴＵＭ["ＷＧＳ＿１９８４"ＳＰＨＥ￣ＲＯＩＤ["ＷＧＳ８４"ꎬ６３７８１３７ꎬ２９８.２５７２２３５６３]]]ＰＲＩＭＥＭ["Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ"ꎬ０]ꎬＵＮＩＴ["ｄｅｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ["Ｐｓｅｕｄｏ－ＭｅｒｃａｔｏｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ"ꎬＭＥＴＨＯＤ[ Ｍｅｒｃａｔｏｒ＿１ＳＰ ]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｃｅｎｔｒａｌ＿ｍｅｒｉｄｉａｎ"ꎬ０]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｓｃａｌｅ＿ｆａｃｔｏｒ"ꎬ１]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｆａｌｓｅ＿ｅａｓｔｉｎｇ"ꎬ０]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["ｆａｌｓｅ＿ｎｏｒｔｈｉｎｇ"ꎬ０]]ꎬＣＳ[Ｃａｒ￣ｔｅｓｉａｎꎬ２]ꎬＡＸＩＳ["(Ｙ)"ꎬｎｏｒｔｈꎬＯＲＤＥＲ[１]]ꎬＡＸＩＳ["(Ｘ)"ꎬｅａｓｔꎬＯＲＤＥＲ[２]]ꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｅｒ"ꎬ１.０]ꎬＩＤ["ＥＰＳＧ"ꎬ３８５７]]
新标准中对投影坐标系的地理基准的关键字由ＧＥＯＧＣＳ改为ＢＡＳＥＧＥＯＤＣＲＳꎬ投影关键字由ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ改为ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮꎬ对于空间参考的坐标轴信息ꎬ新ＷＫＴ标准统一使用ＣＳ标识ꎬ并赋予坐标系统的类型和维数ꎬ上述ＷＫＴ标准的字符串采用的是笛卡尔坐标系ꎬ坐标维数为２ꎬ坐标系标识关键字由原来的Ａｕ￣ｔｈｏｒｉｔｙ改为了ＩＤꎮ
２.２㊀新ＷＫＴ标准的扩展
新ＷＫＴ标准在原基础上扩展出了图像坐标系㊁时间坐标系和坐标变换操作等坐标参考和方法ꎬ可以为将来统一的时空数据模型和矢栅数据模型提供基础ꎮ以时间坐标系为例ꎬ某卫星的时间坐标系描述可
以表示为:ＴＩＭＥＣＲＳ["ＧＰＳＴｉｍｅ"ꎬＴＤＡＴＵＭ["Ｔｉｍｅｏｒｉｇｉｎ"ꎬＴＩＭＥＯＲＩＧＩＮ[１９８０－０１－０１Ｔ００:００:００.０Ｚ]]ꎬＣＳ[ｔｅｍｐｏｒａｌꎬ１]ꎬＡＸＩＳ["ｔｉｍｅ"ꎬｆｕｔｕｒｅ]ꎬＴＩＭＥＵＮＩＴ["ｄａｙ"ꎬ８６４００.０]]在该字符串中ꎬＴＩＭＥＯＲＩＧＩＮ表示时间起点ꎬ时间以标准的ＵＴＣ格式记录ꎬＣＳ记录时间坐标系的维数ꎬＴＩＭＥ￣
２０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年
ＵＮＩＴ表示时间坐标系的计量单位ꎬｄａｙ表示按天计算ꎬ８６４００表示天对应的秒数ꎮ
新ＷＫＴ标准中提出了继承坐标系(ｄｅｒｉｖｅｄＣＲＳ)的概念ꎬ这与旧ＷＫＴ标准的Ｆｉｔｔｅｄ＿ＣＳ很相似ꎮ在旧ＷＴＫ标准中ꎬ坐标之间的转换通过Ｆｉｔｔｅｄ＿ＣＳ定义的ꎬ但其不含有源坐标系和目的坐标系的属性信息ꎬ给软件的解译造成很大困难ꎬ新ＷＫＴ标准对此进行了规范ꎮ在新ＷＫＴ标准中定义的继承坐标系是指自身无法存在但是通过一个坐标参考可以通过变换而来的坐标系ꎬ其实质是坐标的变换ꎮ投影坐标系本身就是一种特殊的继承坐标系ꎬ它依附于某个地理坐标系参考ꎬ通过投影变换的方法来定义自身的坐标参考ꎮ继承坐标系主要定义了基坐标系信息和转换方法信息ꎬ继承坐标系与普通坐标系的区别见表２ꎮ
表２㊀继承坐标系与普通地理坐标系结构差异
Ｔａｂ.２㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｄｅｒｉｖｅｄａｎｄ
㊀㊀㊀㊀ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＲＳｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
十大恶俗歌曲
地理坐标系结构继承坐标系结构
关键字(ｋｅｙｗｏｒｄ)关键字(ｋｅｙｗｏｒｄ)
坐标系统名称(ｎａｍｅ)坐标系统名称(ｎａｍｅ)
基准面信息(ｄａｔｕｍ)
基坐标信息(ｂａｓｅＣＲＳ)转换方法及参数(ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ)
坐标信息(ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ)坐标信息(ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ)附加信息(ｏｐｔｉｏｎａｌｍｅｔａｄａｔａ)附加信息(ｏｐｔｉｏｎａｌｍｅｔａｄａｔａ)
下面以某站心坐标系为例进行说明:
ＥＮＧＣＲＳ["ＴｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｅｘａｍｐｌｅＡ"ꎬＢＡＳＥＧＥＯＤＣＲＳ["ＷＧＳ８４"ꎬＤＡＴＵＭ["ＷＧＳ８４"ꎬＥＬＬＩＰＳＯＩＤ["ＷＧＳ８４"ꎬ６３７８１３７ꎬ２９８.２５７２２３
６ꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１.０]]]]ꎬＤＥＲＩＶＩＮＧＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ["ＴｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｅｘａｍｐｌｅＡ"ꎬＭＥＴＨＯＤ["Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ/ｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓ"ꎬＩＤ["ＥＰＳＧ"ꎬ９８３７]]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["Ｌａｔｉｔｕｄｅｏｆｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｏｒｉｇｉｎ"ꎬ５５.０ꎬＡＮＧＬＥＵＮＩＴ["ｄｅｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅｏｆｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｏｒｉｇｉｎ"ꎬ５.０ꎬＡＮＧＬＥ￣ＵＮＩＴ["ｄｅｇｒｅｅ"ꎬ０.０１７４５３２９２５１９９４３３]]ꎬＰＡＲＡＭＥＴＥＲ["Ｅｌｌｉｐ￣ｓｏｉｄａｌｈｅｉｇｈｔｏｆｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｏｒｉｇｉｎ"ꎬ０.０ꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１.０]]]ꎬＣＳ[Ｃａｒｔｅｓｉａｎꎬ３]ꎬＡＸＩＳ["ＴｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃＥａｓｔ(Ｕ)"ꎬｎｏｒｔｈꎬＯＲＤＥＲ[１]]ꎬＡＸＩＳ["ＴｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃＮｏｒｔｈ(Ｖ)"ꎬｅａｓｔꎬＯＲＤＥＲ[２]]ꎬＡＸＩＳ["Ｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃｈｅｉｇｈｔ(Ｗ)"ꎬｅａｓｔꎬＯＲＤＥＲ[３]]ꎬＬＥＮＧＴＨＵＮＩＴ["ｍｅｔｒｅ"ꎬ１.０]]ＢＡＳＥＧＥＯＤＣＲＳ关键字说明了该站心坐标系所在的地理基准ꎬ即坐标系原点所处的地理基准ꎮＭＥＴＨＯＤ关键字说明了地理基准向站心坐标系转换的方法及参数ꎬ方法为地理坐标－站心坐标转换ꎮＰＡＲＡＭＥＴＥＲ说明了站心坐标系原点在地理基准中的位置(纬度㊁经度㊁大地
建筑经济
高)ꎮＣＳ㊁ＡＸＩＳ等关键字说明了站心坐标系的坐标轴信
息ꎮ但ＷＫＴ在规定的继承坐标系中ꎬ只是说明了转换方
法的名称和ＩＤ号ꎬ并未说明转换的具体步骤ꎬ在使用ＷＫＴ对坐标参考进行表达时ꎬ需要开发者对ＷＫＴ标准进行解析ꎬ对并ＷＫＴ中的各类坐标系统之间的转换方法进
行实现ꎮ这与ＯＧＣ标准设计的初衷是一致的ꎬＯＧＣ的各
类标准只是列举出了类的接口信息和相应的代码标准ꎬ
规范了相应的数据模型ꎬ软件的实现则由各软件厂商去
完成ꎮ
３㊀基于ＷＫＴ标准的空间参考库的构建ＷＫＴ字符串定义了坐标系的元数据信息ꎬ只是提供了构造坐标参考的一种手段ꎬ无法快速提取坐标系的信息ꎬ单纯的ＷＫＴ字符串要在软件中使用ꎬ需要一整套解析ꎬ存储ꎬ查询方法ꎬ并且ＷＫＴ字符串只是提供了构建坐标系的元数据信息ꎬ在投影坐标系㊁继承坐标系等需要进行坐标系转换的方法中并未提供现成的方法ꎮ笔者在实践过程中ꎬ基于ＧＤＡＬ[２]和Ｐｒｏｊ４[３]开源库ꎬ设计了一个能对坐标系进行解析㊁管理㊁标系之间变换的动态库ꎮ３.１㊀基于ＧＤＡＬ库对新ＷＫＴ字符串的解析在笔者设计的空间参考中ꎬ封装了ＧＤＡＬ中的ＣＳＰａ￣ｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＢｕｉｌｄｅｒ类来解析ＷＫＴ字符串ꎮ首先ꎬ通过ＷＫＴ字符串内容构造一个ＧＤＡＬ提供的ＯＧＲＳＰａｔｉａｌＲｅｆ￣ｅｒｅｎｃｅ类的对象ꎬ并使用ＧｅｔＡｔｔｒＳ
ｔｒｉｎｇＶａｌｕｅ()和ＧｅｔＡｔｔｒ￣ＤｏｕｂｌｅＶａｌｕｅ()来获取关键字对应的值ꎮ通过解析ＷＫＴ字符串的各元素后ꎬ将其装配为坐标系对象ꎮ构造地理坐标系的部分代码如下所示:
ＣＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＢｕｉｌｄｅｒ::ＢｕｉｌｄＧｅｏＧＣＳ(ＯＧＲＳｐａｔｉａｌ￣Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ)
{
ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳ>ｇꎻ
ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＤａｔｕｍ>ｄ＝ＢｕｉｌｄＤａｔｕｍ(ｓ)ꎻ//构造坐标系的基准面
ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＡｘｉｓ>ｘ＝ＢｕｉｌｄＡｘｉｓ(ｓ)ꎻ
ＣＳｔｄＳｔｒｉｎｇＧＥＯＧＣＳＮａｍｅ＝ｓ.ＧｅｔＡｔｔｒＶａｌｕｅ("ＧＥＯＤ￣ＣＲＳ"ꎬ０)ꎻ
ｃｏｎｓｔｃｈａｒ∗ＡｕｔｈｏｒｉｔｙＮａｍｅ＝ｓ.ＧｅｔＡｔｔｒＶａｌｕｅ("ＩＤ"ꎬ０)ꎻ//得到坐标系的授权机构名称
ｃｏｎｓｔｃｈａｒ∗Ｃｏｄｅ＝ｓ.ＧｅｔＡｔｔｒＶａｌｕｅ("ＩＤ"ꎬ１)ꎻ//得到坐标系的代码
ｃｏｎｓｔｃｈａｒ∗Ｒｅｍａｒｋ＝ｓ.ＧｅｔＡｔｔｒＶａｌｕｅ("Ｒｅｍａｒｋ")ꎻｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ>ｐＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ＝ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ::Ｉｎｓｔａｎｃｅ()ꎻ//获取坐标器管理类的实例
ｉｆ(ｐＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ－>ＦｉｎｄＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＢｙＮａｍｅ(ＧＥＯＧＣＳＮａｍｅ)＝＝ＮＵＬＬ)
３０１
第９期陈㊀达等:ＯＧＣ新ＷＫＴ标准与坐标系构建方法研究
{ｇ＝ｍａｋｅ＿ｓｈａｒｅｄ<ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳ>()ꎻ//构造地理坐标系
ｇ－>ＳｅｔＤａｔｕｍ(ｄ)ꎻ//设置地理坐标系的基准面ｇ－>ＳｅｔＡｘｉｓ(ｘ)ꎻ//设置坐标系的轴信息
ｇ－>ＳｅｔＮａｍｅ(ＧＥＯＧＣＳＮａｍｅ)ꎻ//设置坐标系的名称ｇ－>ＳｅｔＲｅｍａｒｋ(Ｒｅｍａｒｋ)ꎻ//设置坐标系的说明信息ｉｆ(ＡｕｔｈｏｒｉｔｙＮａｍｅ＆＆Ｃｏｄｅ){
ｇ－>ＳｅｔＡｕｔｈｏｒｉｔｙ(ＡｕｔｈｏｒｉｔｙＮａｍｅ)ꎻ
ｇ－>ＳｅｔＣｏｄｅ(Ｃｏｄｅ)ꎻ}
ｐＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ－>ＧｅｔＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭａｐ().ｉｎｓｅｒｔ(ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳｅｓ::ｖａｌｕｅ＿ｔｙｐｅ(ＧＥＯＧＣＳＮａｍｅꎬｇ))ꎻ
ｒｅｔｕｒｎｇꎻ}ｅｌｓｅ
{ｒｅｔｕｒｎｐＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＭｇｒ－>ＦｉｎｄＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳＢｙＮａｍｅ(ＧＥＯＧＣＳＮａｍｅ)ꎻ
}}
３.２㊀时空类库结构
在该库中ꎬ定义了地理(地心)坐标系㊁投影坐标系㊁垂直坐标系㊁站心坐标系㊁载体坐标系等常用坐标ꎬ按照ＷＫＴ标准中提供了坐标系组成结构ꎬ设计了椭球㊁基准面㊁子午线㊁坐标轴㊁单位(长度单位和角度单位)㊁投影方法等类和结构ꎮ针对坐标参考中可能存在各坐标之间的关联问题(如投影坐标系必须引用地理坐标系)和元素之间共同依赖问题(坐标系都必须依赖坐标单位对象)ꎬ设计了元素和坐标系管理类ꎮ部分类库的关系如图１所示
ꎮ
图１㊀部分时空类的关系
Ｆｉｇ.１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｃｌａｓｓｅｓ
Ｃ＿ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｙｓｔｅｍ为空间参考的基类ꎬＥ＿ＣＳＴｙｐｅ为
坐标系枚举类型ꎮＣ＿ＥＮＵＣＳ㊁Ｃ＿ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳ㊁Ｃ＿Ｇｅｏｃｅｎ￣
替谁说话
ｔｒｉｃＣＳ㊁Ｃ＿ＰｒｏｊｅｃｔｅｄＣＳ分别为站心坐标系㊁地理坐标系㊁地心坐标系㊁投影坐标系ꎬＣ＿ＰｏｌａｒＣＳ为极坐标系ꎬ是直角坐标系外的另一种表现形式ꎬＣ＿ＶｅｒｔｉｃａｌＣＳ为垂直坐标系ꎬ在我国常用的是 １９８５国家基准 和 １９５６黄海基准 ꎬ
Ｃ＿ＥＣＩＣＳ为地球惯性坐标系ꎬ可以用于描述地球外的物体运动位置ꎬＣ＿ＴｅｍｐｏｒａｌＣＳ为时间坐标系ꎮＣ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒ￣ｅｎｃｅＭａｎａｇｅｒ为坐标系管理类ꎬＣ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔ为坐标系转换类ꎬ完成各个不同坐标系之间的坐标转换ꎮ
需要说明的是ꎬ载体坐标系(ＢｏｄｙＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ)主要是针对移动的飞行器㊁舰船等而设计ꎬ其ＢａｓｅＣＲＳ是不断变化的ꎬ因此无法给定一个具体的ＷＫＴ字符串表达式ꎬ这说明ＷＫＴ无法表述这类动态坐标系ꎬ这也是今后ＷＫＴ标准应该完善的方面之一ꎮ
３.３㊀基于ＷＫＴ字符串的坐标系构建流程
根据上节设计的类库结构ꎬ将所有ＷＫＴ字符串以文本文件或者Ｓｑｌｉｔｅ格式存储ꎮ在动态库初始化时ꎬ遍历所有的ＷＫＴ字符串ꎬ解析每个ＷＫＴ字符串的标识符ꎬ可以得到其坐标系类别ꎬ针对该坐标系分别读取解析各个元素ꎬ并将元素分别加入到相应元素列表中ꎬ各个元素以名称作为唯一标识ꎮ每次在创建坐标系的各元素时可以通过元素名称的唯一标识查询该元素是否已经创建ꎬ如果已经创建ꎬ则
将其地址直接赋值给坐标系对象即可ꎮ当坐标系的所有元素都创建完成后ꎬ将其组装为坐标系对象ꎬ并加入到坐标系管理器中ꎮ坐标系构建的整个流程如图２所示
ꎮ
图２㊀基于ＷＫＴ字符串的坐标系系统构建流程Ｆｉｇ.２㊀ＢｕｉｌｄｉｎｇＣＲＳｐｒｏｃｅｓｓ
ｂａｓｅｄｏｎＷＫＴｓｔｒｉｎｇ
３.４㊀坐标系的管理和之间的转换
在完成ＷＫＴ字符串的解析和坐标系对象的构建后ꎬ使用Ｃ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭａｎａｇｅｒ来管理构建好的坐标系ꎬ能完成坐标系对象的增加㊁删除㊁更改㊁查询等功能ꎮ每
一个坐标系对象有一个坐标系名称和ＥＰＳＧ组织赋予的编号以及别名ꎮ可以根据名称或者编号查询出坐标系对象的指针ꎬ然后赋值给坐标系之间的转换通过Ｃ＿Ｓｐａｔｉａｌ￣ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒ类进行ꎬ其利用Ｐｒｏｊ４和Ｎｏｖａｓ等开源程序包实现了基本的投影变换㊁大地坐标与大地空间直角坐标之间的转换㊁地惯系与地固系等之间的转换ꎮ需要说明的是ꎬ地惯系与地固系之间的转换涉及了地球自转ꎬ因此需要将时间作为输入参数ꎮ其他转换只在地固系下进行ꎬ与时间无关ꎮＣ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔ类提供的部分函数见表３ꎮ
４
０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
测绘与空间地理信息㊀
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年
表３㊀Ｃ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔ的部分函数
Ｔａｂ.３㊀ＭｅｔｏｄｓｏｆＣ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔｃｌａｓｓ南振中
函数名功能
ＧｅｏＧｒａｐｈｉｃ＿Ｔｏ＿Ｇｅｏｃｅｎｔｒｉｃ(ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳ>ｇꎬｄｏｕｂｌｅ∗
Ｌꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｂꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｈ)完成地理坐标系向地心坐标系的转换
Ｇｅｏｃｅｎｔｒｉｃ＿Ｔｏ＿Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ(ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＣＳ>ｇꎬｄｏｕｂｌｅ∗
Ｘꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｙꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｚ)完成地心坐标系向地理坐标系的转换
ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＣａｌｃ(ＣＰｒｏｊｅｃｔｅｄＣＳｐꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｌꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｂ)完成投影正算
ＩｎｖＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＣａｌｃ(ＣＰｒｏｊｅｃｔｅｄＣＳｐꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｌꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｂ)完成投影反算
ＥＣＩ＿Ｔｏ＿ＥＣＦ(ｄｏｕｂｌｅ∗ｘꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｙꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｚꎬｄｏｕｂｌｅＭＪＤ)完成地球惯性系到地球固定系的转换(参数ＭＪＤ为儒略日时间)ＥＣＦ＿Ｔｏ＿ＥＣＩ(ｄｏｕｂｌｅ∗ｘꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｙꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｚꎬｄｏｕｂｌｅＭＪＤ)完成地球固定系到地球惯性的转换
Ｂｏｄｙ＿Ｔｏ＿ＥＮＵ(ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＢｏｄｙＣＳ>ｂꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｘꎬｄｏｕｂｌｅ∗ｙꎬ
ｄｏｕｂｌｅ∗ｚ)载体坐标系转站心坐标系
ＥＮＵ＿Ｔｏ＿Ｂｏｄｙ(ｓｈａｒｅｄ＿ｐｔｒ<ＣＢｏｄｙＣＳ>ｂꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｅꎬｄｏｕｂｌｅ∗Ｎꎬ
ｄｏｕｂｌｅ∗Ｕ)站心坐标系转载体坐标系
４㊀结束语
本文阐述了ＯＧＣ的ＷＫＴ标准的格式ꎬ以及新ＷＫＴ标准与旧标准的异同扩展ꎬ并对几个重要的坐标系做了对比与分析ꎮ基于开源ＧＤＡＬ库对新ＷＫＴ标准的字符进行了解析ꎬ并设计了一套基于新版ＷＫＴ字符串的坐标系管理的动态库ꎬ并利用Ｐｒｏｊ４和ＮＯＶＡＳ等开源程序实现了坐标系之间的转换功能ꎮ通过本文方法实现的动态库表明ꎬ该库能兼容新老标准ＷＫＴ字符串ꎬ能够方便地对坐标系
进行管理ꎬ并能采用极其简单的形式完成坐标系之间的转换ꎮ新版ＷＫＴ标准在语义上更加统一ꎬ并且更加标准化ꎬ但众多软件厂商对其还未完全支持ꎬ一方面是传统的ＧＩＳ仅仅局限在地球上ꎬ重点使用的是地理坐标系㊁投影坐标系等传统的坐标系ꎬ在这方面旧ＷＫＴ标准已经符合要求ꎻ另一方面是存在着版本升级的困难ꎮ此外新ＷＫＴ标准在时空的一体化描述以及各类局部坐标系和天球坐标系上还有待继续发展ꎮ相信随着ＧＩＳ在全息位置地图[４]㊁全空间信息系统[５]等方面的发展ꎬ新版ＷＫＴ标准一定会被众多ＧＩＳ厂商所接受并继续向前发展ꎮ
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[编辑：任亚茹]
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此ꎬ本研究具有相当重要的意义ꎮ由于可利用土地资源评价考虑的因素较多而且地区间差异较大ꎬ再者一些技术规范仍在试行中ꎬ一些参数的确定可能还不够全面和准确ꎬ在以后的研究中ꎬ会进一步完善ꎬ以便得到更精准的结果ꎮ
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第９期陈㊀达等:ＯＧＣ新ＷＫＴ标准与坐标系构建方法研究
