[发明专利]基于相似变换模型的栅格数据坐标转换并行方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能地理计算领域，特别是涉及一种基于相似变换的栅格数据坐标转换的栅格数据处理方法。

背景技术

栅格数据是以二维矩阵的形式来表示地物或现象的数据组织方式，每个矩阵单位称为一个栅格单元，栅格的每个数据表示地物或现象的属性数据。作为空间数据最基本的组织方式之一，栅格数据在空间数据动态更新、地理信息系统时空数据分析、时空数据共享等方面都发挥这重要的作用。

随着对地观测技术的迅速发展，为开展区域地理过程的研究，将获取多尺度、多时相的栅格数据。然而，这些栅格数据的坐标参照系往往会有差异，这给地理数据集成、地理计算、地理过程分析等带来了困难，甚至会引发分析结果的错误，因此有必要对这些栅格数据进行坐标转换。坐标参照系是提供系统原点、尺度、定向及其时间演变的一组协议、算法和常数。坐标系是一种在给定维数空间中用坐标来表示点的方法。坐标转换的目的是将具有不同坐标参考系的数据统一到同一坐标参考系中。坐标参考系的差异主要来自于坐标参考系定义的差异，即基准、坐标原点位置、坐标轴定向和尺度定义的差异。

国内外诸多研究机构和学者已开展了大量的坐标转换的研究工作。坐标转换的包括同一基准下和不同基准地心坐标系、大地坐标系、投影坐标系间的转换，其中同一基准下大地坐标系到地心坐标系的转换常采用解析法，地心坐标系到大地坐标的转换多采用近似计算法，数值迭代法和直接法。其中，近似计算法包括Bowring1976年在期刊Survey Review, 23卷, 181号发表的“TRANSFORMATION FROM SPATIAL TO GEOGRAPHICAL COORDINATES”一文中提出的近似计算公式，Toms, R. 1996年在会议Proceedings on Standards for the Interoperability of Distributed Simulation上的“An Improved Algorithm for Geocentric to Geodetic Coordinate Conversion”一文中提出的近似计算公式等；数值迭代法有Laskowski Piotr 1991年在期刊Bulletin Géodésique第 65, 第1集中发表的“Is Newton’s iteration faster than simple iteration for transformation between geocentric and geodetic coordinates”一文中提出的Bowring公式的迭代算法，J. Pollard2002年发表在期刊Journal of Geodesy第76卷1号的“Iterative vectormethods for computing geodetic latitude and height from rectangular coordinates”一文中提出的迭代算法等；直接法有H. Vermeille2002年发表在期刊Journal of Geodesy第76卷8号的“Direct transformation from geocentric coordinates to geodetic coordinates”中提出的直接算法等。不同基准的坐标系间的转换最为常用的为相似变换模型，相似变换是指在各个方向上变换的比率必须相同的一种比例变换，即变换前后图形的形状不变（大小可变）。坐标变换中常涉及的是平移、旋转、缩放三种基本的相似操作，七参数模型（7-parameter Helmert模型或Bursa-Wolf 模型等）、三参数模型（Geocentric Translations等）都属于相似变换模型，EPSG（EPSG: The European Petroleum Survey Group）在其Surveying and Positioning Guidance Note Number 7, part 2：Coordinate Conversions and Transformations including Formulas对坐标变换中涉及的模型赋予了标识码并对模型原理做了详细描述。