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在线地图背景下厂址周围环境数据采集系统研究

2020-11-18 318 上传者：管理员

摘要：在核电厂或核设施建造运行过程中，按规定需要对周围环境进行调查。厂址周围环境数据采集系统利用在线地图来自动查询加油站、学校、政府机构等调查内容，得到各目标或兴趣点的经纬度、计算其距厂址中心距离、方位，并在行政区划图上标记生成示意图。由于在线地图查询到的经纬度坐标系统不同，本系统对不同经纬度坐标进行偏移，将其坐标转换为WGS-84坐标系下坐标表示形式并计算距离偏移误差，使得误差均小于10m。使用本系统可大幅度减轻核设施环境数据调查人员的工作量，加快数据收集及数据处理速度。

关键词：
厂址周围环境数据采集系统
在线地图
坐标系
标记
核电厂
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我国当前经济社会发展不仅受到资源环境的瓶颈制约，还受到全球气候变化、减缓排放的严峻挑战[1]。煤、石油、天然气等不可再生能源仍是我国主要能源，也是碳排放的主要途径。核能是目前最有希望能大规模代替化石能源的一次能源，也是实现温室气体减排效益、实现我国构建低碳能源结构、应对气候变化的有效途径之一[2,3]。依据《环境影响评价技术导则核电厂环境影响报告书的格式和内容》（HJ808-2016），在核电厂选址、建造、运行阶段，应评估核电厂对周围环境的潜在影响，包括厂址地理位置、主要城镇方位与距离、人口分布、土地利用及资源概况、气象、水文等。在实际工作中，调查和筛选该区域内的信息较繁杂，需要大量人工工作量，而百度地图、高德地图等在线地图可提供相关信息，因此，本文通过利用在线地图来自动筛选区域内相关数据，并给出目标点或兴趣点经纬度，为核厂址周围环境影响评价提供便利，大幅提高工作效率。

1、相关资源简介

本文主要利用百度地图、高德地图等在线地图来搜索相关数据和信息。百度地图、高德地图可以为用户提供包括智能路线规划、智能精准导航（驾车、步行、骑行）、实时路况等出行相关服务[4,5,6,7]，百度地图和高德地图官方网站都都提供了API(ApplicationProgrammingInterface，应用程序接口），方便用户使用地图资源。厂址周围环境数据采集系统通过JavaScript语言调用地图API，调用过程分为以下步骤：

(1）在地图官网申请用户使用地图的秘钥，并在html文件中引入路径，如：<scripttype="text/javascript"src="http：//api.map.baidu.com/api?v=3.0&ak=密钥"></script>。

(2）在html文件body部分定义div标签并指定ID属性，该标签用于显示地图。

(3）利用JavaScript语言新建地图对象，按用户需求进行开发。

其中，高德地图、腾讯地图使用GCJ-02坐标系，百度地图使用BD09坐标系。GCJ-02坐标系，又名“火星坐标系”，是我国国家测绘地理信息局独创的坐标体系，由WGS-84坐标系统加密而成；bd-09坐标系统，即百度坐标系是在GCJ-02坐标系的基础上再次加密偏移后形成的坐标系，只适用于百度地图。因此，同一地点使用不同坐标系表示时会有一定偏移而产生误差，故需要将不同地图获得的经纬度进行偏移才能进一步数据处理和分析。本文给出了GCJ-02坐标系和BD09坐标系向WGS-84坐标系偏移的算法，以此来修正误差。

2、误差修正

本节主要介绍了GCJ-02坐标系和BD09坐标系向WGS-84坐标系偏移的算法，并统计出误差偏移范围。首先在全国范围内随机生成45258个WGS-84坐标系的坐标点，再通过百度地图和高德地图提供的坐标转换系统批量转换为GCJ-02坐标或BD09坐标，即得到了GCJ-02坐标和BD09坐标对应的WGS-84坐标。然后通过公式转换法修正偏移距离，最后统计偏移后的误差，结果表明误差在可接受范围内。

2.1 GCJ-02坐标系偏移

GCJ-02坐标系向偏移WGS-84坐标系主要使用如下方法：

(1）定义地球半长轴a=637825.0m，扁率e=0.00669342162296594323，圆周率PI=3.1415926535897932384626。

(2）偏移方法：

其中，GCJ-02坐标系下经度lnggcj和纬度latgcj作为输入，WGS-84坐标系下经度lngwgs和纬度latwgs是输出。

2.2 BD-09坐标系偏移

BD-09坐标系是由GCJ-02坐标系再次加密后生成，因此可先将BD-09坐标系向GCJ-02坐标系偏移，再向WGS-84坐标系偏移。偏移方法如下：

其中，BD-09坐标系下经度lngbd和纬度latbd作为输入，GCJ-02坐标系下经度lnggcj和纬度latgcj是输出。

2.3 误差分析

对于GCJ-02坐标系，未偏移前该坐标系与WGS-84坐标系下最大偏移约690米，最小偏移约50.6米，平均偏移504.8米；偏移后最大偏移9.9米，最小偏移0.0014米，平均偏移1.6米。图1给出了未偏移前以百米间隔的偏移数量值，偏移值在400-700米的点有37992个，占84%；图2给出了偏移后以米为间隔的偏移数量值，小于5米的点占97%。

图1GCJ-02坐标系未偏移前百米间隔偏移值

图2GCJ-02坐标系偏移后米间隔偏移值

对于BD-09坐标系，未偏移前该坐标系与WGS-84坐标系下最大偏移约1500.6米，最小偏移约706.7米，平均偏移1177.4米；偏移后最大偏移4.5米，最小偏移0.0051米，平均偏移1.2米。图3给出了未偏移前以百米未间隔的偏移数量值，偏移值大于400米的点占100%，偏移值大于1000米的点有39026个，占86.2%；图4给出了偏移后以米为间隔的偏移数量值，均小于5米。

图3BD-09坐标系未偏移前百米间隔偏移值

图4BD-09坐标系偏移后米间隔偏移值

由上可知，BD-09坐标系加密后偏移量比GCJ-02坐标系偏移量多约500-700米，偏移后偏移距离可控制在5米以内，对于本文，可以满足任务要求。

3、厂址周围环境数据采集系统

厂址周围环境数据采集系统主要依据《环境影响评价技术导则核电厂环境影响报告书的格式和内容》（HJ808-2016）中的相关规定及实际工作需要开发。进行调查工作时，通常先通过调研等方式取得感兴趣目标名称和相关信息，最后生成目标点的经纬度、相对于厂址中心的方位、距离及其他信息。重点关注目标往往使用GPS设备或其他定位设备定位。因此，系统主要具有以下功能：给定核设施厂址的经纬度和调查范围，批量输入要查询的目标名称；系统经过调用多个在线地图和数据库查询目标名称经纬度，并更新数据库。系统自动记录已录入的数据以便在下次使用时优先调用。系统通过自动筛选和转换经纬度后得到每个兴趣点的详细信息，并在取得的行政划图上进行标记目标。系统功能模块图如图5所示。调查结果通常需要在行政区划图上生成示意图。网络地图可以提供县域边界，对要求精准到县级边界的示意图可使用网络地图进行标记，对于精度更高的示意图如需在有乡镇边界的行政区划图上进行标记时则需通过本系统结合取得的有乡镇边界的行政区划图来生成示意图。

图5系统功能模块图

3.1 数据处理

在数据录入功能中，系统可批量导入GPS或固定格式的数据。主要包括工作人员现场定位的信息。在数据查询时，优先使用该部分数据。

查询数据时，分别调用百度地图、高德地图的数据进行查询用户输入的指定目标经纬度，并把数据传递到数据筛选功能。返回数据格式：用户输入的名称：经在线地图或数据库查询到的名称：经度，纬度：来源。

数据筛选时，首先将各坐标系经纬度进行偏移，使其均可用WGS-84坐标系表示。对于同一地名，往往多个地图都能查询到信息，由于百度地图坐标系偏移后整体误差小，因此以百度地图查询到的数据为主，以高德地图数据作为补充。

数据生成时，可用在线地图生成的示意图则调用在线地图API生成示意图，如不满精度要求，则依据行政区划图比例尺计算行政区划图中每个像素代表的实际长度，再根据兴趣点与厂址所成的角度在行政区划图上标记。最后通过用户需要的格式如图片或Excel格式数据输出。

3.2 数据运算

计算距离主要通过调用在线地图api实现，计算两个坐标见夹角使用以下公式实现：

其中，lng1,lat1,lng2,lat2分别是厂址经纬度和各个目标经纬度，res为各个目标与厂址的夹角。

4、总结与展望

本文设计的系统操作简单，可使对生成的数据能保证正确性，极大的提高了工作人员的工作效率且准确度较高，系统可随着数据的不断更新和录入进一步提高准确性。但对于在线地图未录入的地名系统无法标记，只能在工作后期使用手工标记。总之，系统可完成绝大部分工作，手工标记较少。在以后的工作中，会随着工作需要不断更新系统，使系统更加完善及智能。

参考文献：

[1]何建坤.中国的能源发展与应对气候变化[J].中国人口·资源与环境,2011,21(10):40-48.

[2]吴宗鑫,吕应运.中国需要大规模发展核电[J].科技导报,2002,20(027):26-28.

[3]姜子英.发展核能与减少温室气体排放[J].气候变化研究进展,2010,6(05):376-380.

[4]百度地图.

[5]高德地图.

[6]腾讯地图.

[7]搜狗地图.

张晟,曹俏,张超,原寒.基于在线地图的厂址周围环境数据采集系统[J].科技创新与应用,2020(34):1-3+7.