[发明专利]一种面向全空间信息系统的坐标系转换方法

说明书

技术领域

本发明属于地理空间信息可视化领域，涉及一种面向全空间信息系统的坐标系转换方法。

背景技术

经过五十多年的发展，地理信息系统已经发展成为包括地理信息科学、地理信息技术和地理信息应用在内的综合高技术领域，在资源与环境、灾害与应急响应、经济与社会发展、卫生与生命健康、规划与区域设计等领域得到了广泛应用，成为当今信息社会不可或缺的重要组成部分。然而传统GIS主要研究地球表层系统，关注的是与人类生产生活密切相关的地表空间，随着深空探测技术、天空地海一体化对地观测技术、室内GIS技术、人机物互联技术等新兴技术的迅猛发展，传统GIS逐渐暴露出不足，面临着新的机遇和挑战。为此，以中国科学院周成虎院士为代表的学者提出了“全空间地理信息系统”的概念，将GIS研究范围从地球空间拓展到宇宙空间，从室外空间拓展到室内空间，从宏观空间拓展到微观空间，从小数据拓展到大数据，构建无所不在的GIS世界。

而要构建这样一个全空间信息系统，首先要解决的就是空间参考问题。空间参考在GIS 中有着极为重要的地位，是地图制图、数据融合、空间分析等数据应用的基础。空间参考在传统的GIS中有深入的研究和实现，Proj4、ArcGIS、OGC、EPSG等软件与组织都对空间参考进行了详细的描述与实现，但这些描述主要针对地球空间的地理坐标系与投影坐标系，无法解决全空间信息系统从地球空间拓展到宇宙空间、从宏观空间拓展到微观空间、从单一星球空间扩展到众多星球空间这样复杂的空间无缝转换问题。因此，迫切需要提供一种新的方法，解决全空间信息系统中坐标系转换问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供了一种面向全空间信息系统的坐标系转换方法，可有效解决全空间情况下多种坐标系定义及相互转换问题。其解决的技术方案是：先定义全空间信息系统空间参考的描述方法，在此基础上设计全空间信息系统的坐标系转换框架，最后通过空间参考树实现坐标系之间的转换。

一种面向全空间信息系统的坐标系转换方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，输入测点坐标，所述测点坐标为地球坐标点或星球坐标点，所述测点坐标的获取包括GPS测量或北斗卫星导航系统测量或矢量获取等，所述测量精度可根据工程实际要求进行调整，所述测点坐标通过存储单元进行存储，所述存储单元应满足数据自动调取，以实现计算机自动存储与读取，存储格式可以根据需要进行设定或修改；

第二步，定义全空间信息系统空间参考的描述方法，所述描述方法包括定义对象空间与世界空间、对象自身的空间参考描述、父子对象空间参考关系描述，其中，定义对象空间与世界空间是指在全空间信息系统中，每个对象自身的空间称为对象空间，用对象坐标系统描述，所述对象坐标系统即为局部坐标系统，容纳所有观测对象的空间称为世界空间，用世界坐标系统描述，世界空间与世界坐标系统是与被观测对象的总集相关的，由观测者决定；对一个对象的空间参考进行描述包括两部分，一是对象自身的空间参考系统，用于描述自身空间内的所有元素；二是对象与与其父对象的空间关系；所述对象自身的空间参考描述是指对全空间信息系统在WKT的基础上进行扩展，所述扩展采用计算机自动实现，以兼容传统的 GIS，并支持更宏观和微观的空间系统描述，所述扩展包括第一个扩展和第二个扩展，所述第一个扩展是在最前面增加星球的定义，所述第二个扩展是增加天球坐标系统、轨道坐标系统、物体坐标系统等传统GIS没有涉及的坐标系统，所述父子对象空间参考关系描述是指全空间信息系统对父子对象空间参考关系的文本描述时支持Rotate、Scale、Transform、GeoCoord(地理定位)、Matrix等语义描述，并在内存运算时将其转换为4*4矩阵；

第三步：设计全空间信息系统坐标系转换路径与框架，所述转换路径与框架至少包括同一星球的天球坐标系间的转换、同一星球的星球坐标系间的转换、同一星球的天球坐标系与星球坐标系间的转换、不同星球的天球坐标系到地心天球坐标系之间的转换；