專利名稱：正十二面體地圖投影生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地圖制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及正十二面體地圖投影生成方法。
背景技術(shù)：
為了提供地球這類球體曲面的地理信息，常見方法是通過地圖投影得到平面地 圖。例如地球地圖投影，就是建立投影面上的點(用平面直角坐標(biāo)(X，y)或極坐標(biāo) (P，δ)表示)和地球表面上的點(用緯度B和經(jīng)度L表示)之間的函數(shù)關(guān)系f\、f2。用 數(shù)學(xué)式表達這種關(guān)系，就是<{ ^或極坐標(biāo)形式- U、傳統(tǒng)的地圖投影面一般為平面或者可展曲面，如方位投影的平面，圓柱投影的圓 柱面和圓錐投影的圓錐面。盡管隨著地圖投影理論與技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)偽圓柱，多圓錐等投 影，但是投影后的地圖仍然為平面地圖。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和應(yīng)用的擴展，實體模擬和空間思 維逐漸受到人們的重視，平面投影的局限性日益顯現(xiàn)出來。另一方面，地球表面是一個不規(guī)則的曲面，即使把它當(dāng)作一個橢球或正球體表面， 在數(shù)學(xué)上講，它也是一種不能展開的曲面。要把這樣一個曲面經(jīng)過地圖投影表現(xiàn)在平面上， 就會發(fā)生裂隙或褶皺。在投影面上，則以經(jīng)緯度的“拉伸”或“壓縮”來成為一幅完整的地 圖。傳統(tǒng)的投影方法只能保證某一方面如角度、長度、面積或者某一區(qū)域有較小的變形，不 能保證整幅圖有較均勻的變形。因此，給實際應(yīng)用帶來很大的不便甚至是誤導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺點，提供一種正十二面體地圖投影生成方法。本發(fā)明所提供一種正十二面體地圖投影生成方法，包含以下步驟步驟1，定位球面地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系；步驟2，提取原始地理數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟1所得地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系， 得到正十二面體每個頂點的相應(yīng)地理位置；根據(jù)頂點確定正十二面體各條棱，同一個面內(nèi) 的五條棱封閉成一個五邊形；步驟3，將原始地理數(shù)據(jù)逐面投影到正十二面體上；步驟4，對步驟3所得結(jié)果去除五邊形以外的部分，輸出得到十二幅五邊形地圖；步驟5，將十二幅五邊形地圖拼接成正十二面體。而且，將地球正球體表面地圖投影到正十二面體。而且，步驟1包括以下步驟，步驟1. 1，使正十二面體的一個頂點與地球正球體北極重合，與該頂點對稱的另一頂點與地球正球體南極重合；步驟1. 2，選取一塊用戶感興趣區(qū)域，在地球表面上選擇距離該區(qū)域幾何中心最近 的經(jīng)線的投影作為該區(qū)域所在五邊形的中央經(jīng)線。而且，原始地理數(shù)據(jù)采用全球范圍的ESR ArcGIS地層文件。而且，ESR ArcGIS地層文件為.Iyr格式，步驟2的具體實施方式
如下，在 ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下將.Iyr格式的圖層文件轉(zhuǎn)換為ESRI Shapefi 1 e格式的 Shapefile 文件；根據(jù)步驟1所得地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系，建立投影轉(zhuǎn)換公式，從而計 算出正十二面體各個頂點的地理坐標(biāo)(B，L)，根據(jù)頂點的地理坐標(biāo)(B，L)確定正十二面體 各條棱，同一個面內(nèi)的五條棱封閉成一個五邊形；在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下生成含有正十二面體各條棱的Shapefile文件。而且，Shapefile文件根據(jù)所存儲的地理實體的類型，分為單點文件、多點文件、多 線文件、多邊形文件；所謂單點文件記錄一個單點的橫坐標(biāo)X、縱坐標(biāo)Y ；多點文件記錄一個 或多個單點，一條多線順次記錄構(gòu)成一條或多條折線的各單點；一個多邊形文件順次記錄 構(gòu)成一個或多個封閉區(qū)域的各條邊界上各單點。而且，步驟3的具體實施方式
為，對于正十二面體各個面，讀入相應(yīng)的每一個 Shapefile文件，將Shapefile文件中的每一對坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照與步驟1所得位置關(guān)系相應(yīng)的 投影轉(zhuǎn)換公式改寫為新的坐標(biāo)值，并相應(yīng)地保存到一個新的Shapefile文件中。而且，步驟4中，在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下，對于正十二面體每個面，加載新 生成的對應(yīng)于這個面的各個Shapefile文件，每個Shapefile文件作為要輸出的地圖的一 個圖層，用圖層內(nèi)容為正五邊形的Shapefile文件去裁剪其它圖層正五邊形以外的地圖要 素，對地圖要素符號化并標(biāo)注；最后輸出得到十二幅五邊形地圖。本發(fā)明首創(chuàng)提出十二面立體地圖，實現(xiàn)了從三維球面到二維五邊形、再從二維五 邊形到三維正十二面體的轉(zhuǎn)換，在提供良好空間信息的同時大大降低了因平面投影產(chǎn)生的 變形誤差。本發(fā)明還提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃爝^程，保證地圖投影的一致性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性。本 發(fā)明能夠以平面印制的方式提供立體地圖效果，成本低廉，易于推廣，適于提供地球、月球 等球體的地理信息。正十二面體投影有很大的開發(fā)潛力，例如制作正多面體地球儀，用于智 力開發(fā)的拼圖等。與傳統(tǒng)的地圖產(chǎn)品——平面地圖、地球儀(正球體地球儀)相比，采用本 發(fā)明所提供技術(shù)方案制作的正十二面體地圖產(chǎn)品有以下特色(1)實物產(chǎn)品穩(wěn)定性好小幅平面地圖需裝訂成冊，大幅平面地圖需掛在墻上，地球儀必須有底座和支架 來固定住兩極，這些地圖產(chǎn)品都有其它附屬物以便于放置。而正十二面體地圖產(chǎn)品的十二 面體以外不需要任何其它附屬物，可以直接放在水平桌面或地板上。(2)整體對稱性好正十二面體地圖產(chǎn)品的十二面體本身是一個對稱性好的幾何體。十二面體以外無 其它附屬物，在視覺上相對于正球體地球儀產(chǎn)品(有底座和支架)對稱性更好。(3)閉合性好地球本身是一個閉合球體，制作平面的世界地圖的時候，一般選擇圓柱或圓錐 (偽圓柱、多圓錐等)投影，將圓柱或圓錐沿著某一條母線(一般是20° W或160° E的經(jīng)線處)剪斷，再展開成平面，剪斷后的平面地圖不具有閉合性。理論上地球儀具有很好的閉 合性，但因為是正球體，實物產(chǎn)品不穩(wěn)定，需要將地球兩極掏空，套在支架上。相比之下，實 物產(chǎn)品的正球體地球儀閉合性也不如正十二面體地圖。(4)連續(xù)無縫拼接平面地圖在表示兩極地區(qū)時會遇到困難，將兩極點表示成直線(一維變成二維) 甚至干脆不表示。正球體地球儀需要將地球兩極掏空，套在支架上。這兩種產(chǎn)品都無法避 免空白、空洞、缺失甚至維數(shù)改變的情況。正十二面體地圖投影的一致性、連續(xù)性，保證了實 物產(chǎn)品的連續(xù)無縫拼接，地球上任何一個地方，投影后既無重疊也無缺失。(5)立體感以及美觀的經(jīng)緯網(wǎng)線條正球體有圓滑的立體感，正十二面體有棱角分明的立體感。相應(yīng)地，正球體地球儀 上的經(jīng)緯網(wǎng)是正交的圓弧，正十二面體地圖上的經(jīng)線是直線，緯線為弧線(赤道投影后仍 為直線)。正十二面體地圖上的經(jīng)緯網(wǎng)變形比較均勻，與平面地圖在邊緣處經(jīng)緯網(wǎng)巨大的變 形形成鮮明的對比。


圖1為極點五邊形上求極角ρ = (B, L)的分析圖。圖2為極點五邊形上求極經(jīng)ζ = f2(B, L)的分析圖。圖3為中間五邊形面上求χ = f\(B，L)關(guān)系式時的分析圖。圖4為中間五邊形面上求y = f2(B, L)關(guān)系式時的分析圖。圖5為本發(fā)明原理框圖。圖6為本發(fā)明實施例投影轉(zhuǎn)換流程圖。圖7為本發(fā)明實施例過極點的1號面的五邊形地圖。圖8為本發(fā)明實施例的正十二面體拼接圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例和

本發(fā)明技術(shù)方案原理，參見圖5，分為數(shù)學(xué)分析、數(shù)據(jù) 成型、產(chǎn)品成型三個部分說明(1)數(shù)學(xué)分析(1. 1)正十二面體的特征分析本發(fā)明提供的技術(shù)方案基于正十二面體的幾何特征，基本特征如下①十二面體的二面角的度數(shù)arccosC-^) 116°34'②十二面體棱長a與外接球體半徑R之間的關(guān)系R=么+
4③正十二面體每個正五邊形外接圓半徑r=2e二54。(1. 2)正十二面體定位本發(fā)明可以實現(xiàn)地球、月球等正球體表面地圖投影到正十二面體。實現(xiàn)地圖投影， 首先要定位地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系。一般設(shè)定正十二面體各頂點即可實現(xiàn)定 位。根據(jù)地球地理信息表達習(xí)慣，本發(fā)明提出，將地球正球體表面地圖投影到正十二面體時，首先使正十二面體的一個頂點與地球正球體北極重合，與該頂點對稱的另一頂點與地 球正球體南極重合；然后選取一塊用戶最為感興趣的區(qū)域，在地球表面上選擇距離該區(qū)域 幾何中心最近的經(jīng)線的投影作為該區(qū)域所在五邊形的中央經(jīng)線。具體實施時，若出現(xiàn)興趣 區(qū)域幾何中心在極點的特殊情況，為了使該區(qū)域能夠盡可能地分布在一個五邊形內(nèi)，原則 上可以讓該區(qū)域的幾何中心放在一個五邊形的中心位置進行投影，而要這樣做，只需變換 一下轉(zhuǎn)換公式即可實現(xiàn)。如果興趣區(qū)域?qū)κ欠裨谝粔K五邊形沒有嚴(yán)格的要求，考慮到興趣 區(qū)域的投影即使分布在不同的五邊形上，相鄰五邊形還是能實現(xiàn)無縫拼接，也就無需特別 變換轉(zhuǎn)換公式。實際上，由于正十二面體和地球正球體的對稱性，只需旋轉(zhuǎn)正十二面體，使其一個 頂點與地球正球體北極重合，則其另一頂點必然與南極重合。這樣，有三個正五邊形交于地 球正球體北極，另有三個正五邊形交于地球正球體南極，還有六個五邊形處于赤道附近。確 保正十二面體北極與南極頂點不動，沿赤道方向旋轉(zhuǎn)正十二面體。當(dāng)所選區(qū)域基本上落在 正十二面體某一個五邊形內(nèi)，然后慢慢旋轉(zhuǎn)正十二面體，使該正五邊形中軸線處于前述中 央經(jīng)線處。為了便于后續(xù)處理，定位后可以對正十二面體十二個面編號1 12，編號方式任 意，不過為了處理方便，編號時最好要考慮正十二面體定位后五邊形與外接球的位置關(guān)系 和五邊形之間的鄰接關(guān)系，順次編號。本發(fā)明實施例中，經(jīng)緯線網(wǎng)格大小為15° X15°，以中國版圖為感興趣區(qū)域，其 所在的面的編號為1，五邊形的一個頂點位于北極，中央經(jīng)線為105° E(取15的倍數(shù)， 90° E和120° E不能保證大部分中國版圖位于同一個面內(nèi))。其它面的編號見附圖8，各面的中央經(jīng)線可按下面的公式計算LLO = 105LO = LL0+60X (i_l) (i = 1,2,3,4,5,6)LO = LL0+60X (i_6) (i = 7,8,9,10，11，12)LLO為第一個面的中央經(jīng)線經(jīng)度值，i為面的編號，取值1 12，LO為面號為i的
中央經(jīng)線經(jīng)度值。(1. 3)投影轉(zhuǎn)換關(guān)系式推導(dǎo)根據(jù)十二面體與球體之間的位置關(guān)系，即可確定投影公式。十二片實際上分為兩 類，為了便于實施參考，提供本發(fā)明實施例的推導(dǎo)如下①共南極點的三個五邊形和共北極點的三個五邊形，這六個正五邊形與外接球的 位置關(guān)系是相同的，因此其具有相同的投影轉(zhuǎn)換關(guān)系式，用極坐標(biāo)(P，ζ)表示，其關(guān)系式 為ρ = f (B, L)可得到ζ = f (B, L)ρ表達式分析圖形見附圖1，符號說明如下a-正五邊形邊長，即= =b-腰長為a的三角形Δ ABC的底邊，即& 二 b ；C-以a為腰長，b為底邊的三角形Δ A B C，底邊上的高，即:i萬=c ；
d-緯線圈小圓的圓心0到等腰三角形底邊b的距離，即。=Jh-經(jīng)線在極點五邊形上的投影線A E與底邊b有交點E，交點E到中軸A D的距 離，即遠=/7 ；AL-經(jīng)差，AL = L-L。，其中L是任意經(jīng)度，其取值范圍是-180°到180°，Ltl是 五邊 形中軸線A D的經(jīng)度；Δ ρ-經(jīng)度在極點五邊形面上的投影線A E與中軸線A D的夾角度數(shù)，也是極坐標(biāo) 系的極角。ζ表達式分析圖形見附圖2，符號說明如下gl、g2-用于在圖2左邊表示兩條不同經(jīng)線在極點五邊形上的投影長度；g_用于在圖2右邊表示任一條經(jīng)線在極點五邊形上的投影長度；α -經(jīng)線的投影線與地軸之間的夾角；β-球面法線與地軸的交角β =90° -B。由于附圖1和2都是對極點五邊形進行分析，兩圖中相同符號表示相同含義，不予 贅述。分析得到p=arctg( 一 tan ΔΖ )
c
cos B
ζ=-rcos σ. cos(^ - arccos-—)
R其中r為正五邊形的外接圓的半徑，!^“二”。； B為緯度。②中間六個正五邊形，用平面直角坐標(biāo)(X，y)表達其投影轉(zhuǎn)換關(guān)系式<|χ表達式分析圖形見附圖3 首先，緯線圈小圓圓心ο與五邊形中軸線進行連線，χ是經(jīng)差為AL微分緯線弧在 中間五邊形上的投影長度。上面的緯線圈的法線交于地心0，在正球體模型中恰好就是緯度 B。而之所以赤道面上也有一個AL角度，是因為，在推導(dǎo)投影公式是先推導(dǎo)出赤道面上經(jīng) 差為AL的緯線的投影公式，然后推廣到任意緯線面上。y表達式分析圖形見附圖4 首先，推導(dǎo)出五邊形中軸線上y的關(guān)系式，然后推廣到任一經(jīng)線上的任一點上。在 推導(dǎo)中軸線上關(guān)系式時需做赤道面上圓心0到五邊形中軸線上的距離；連接地心0(本發(fā)明 實施例中地球作為正球體模型，所以可以認(rèn)為赤道面上的圓心和地心是重合的)與五邊形 中軸線上的任一點的連線，該連線與赤道面的夾角即為緯度B。AL是為求任一點y的函數(shù) 關(guān)系式時所做的地心與球面點的連線的夾角。分析得到 χ=-cos BtanAL.
cos(B 士 6 )
/±θ) sinB (五邊形之外的可以賦極限值) y =--·
cos ALcos θ其中R為外接球體半徑，r為正五邊形的外接圓的半徑。當(dāng)θ取正時代表中間五 邊形的頂點朝上的三個五邊形，θ取負(fù)值時，代表五邊形頂點朝下的三個五邊形；θ代表 中間面五邊形與豎直面之間的夾角，COS θ = 0.9823。θ 10. 796° ； Δ L = L-Ltl.其中L 是任意經(jīng)度，Ltl為各自五邊形中軸線作為中央經(jīng)線時的經(jīng)度值。具體實施時，若選擇其它方式定位地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可參照上述過程結(jié)合幾何知識獲得相應(yīng)投影公式，本發(fā)明不予贅述。(2)數(shù)據(jù)處理(2. 1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及預(yù)處理制作正十二面體地圖的原始地理數(shù)據(jù)來源可有多種，以地球的地理數(shù)據(jù)來源為 例，可采用以下任意一種1.世界地片(BMP、JPEG、GIF、PNG等格式)，并將其矢量化，轉(zhuǎn)換成某一種矢 量格式(ESRI Shapefile, MapInfo TAB, AutoCAD DWG、VPF 等)的地圖(或圖層)文件。2.世界高分辨率衛(wèi)星影像或航空影像，用專業(yè)的遙感軟件如ERDAS等進行校正處 理、提取有用的地理要素如居民地、河流湖泊等。3.矢量格式(ESRI ShapefiIe、MapInfo TAB、AutoCAD DWG、VPF 等)的地圖(或 圖層)文件，記錄了地物精確的地理坐標(biāo)信息，以及詳細的屬性信息。本發(fā)明實施例中，原始數(shù)據(jù)為全球范圍的ESRI (美國環(huán)境系統(tǒng)研究所)ArcGIS地 層文件(.Iyr)，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括了 15° X15°的經(jīng)緯網(wǎng)、各國國界、一級行政區(qū)界線、各 國首都、主要城市、主要河流湖泊、主要山脈等。在現(xiàn)有ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下將.Iyr格式的圖層文件轉(zhuǎn)換為 ESRIShapefile格式的文件，可以便于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和投影轉(zhuǎn)換的程序?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)用戶需求 和實際操作過程的需要，對于多個同類的圖層文件(.Iyr)，將其合并轉(zhuǎn)換到Shapefile文 件中去，或者，對于同一個圖層文件(.Iyr)中同類但不同等級的地理要素，分解并轉(zhuǎn)換到 多個Shapefile文件中去。例如，可以對于不同等級的多個包括了城市的圖層文件(.Iyr), 將它們合并轉(zhuǎn)換到一個居民地的Shapefile文件中去。正十二面體定位完成后，提取原始地理數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟1所得地圖投影到正十二 面體的位置關(guān)系，得到正十二面體每個頂點的相應(yīng)地理位置；根據(jù)頂點確定正十二面體各 條棱，同一個面內(nèi)的五條棱封閉成一個五邊形。Shapefile文件是點、線、面數(shù)據(jù)，也即是空間的地物都必須分解成點線面數(shù)據(jù)，在 shapefile文件中才能存儲，例如用五角星表示的省會城市，它們在shapefile文件中就被 存儲為點文件，河流被存儲為線文件，而湖泊就被存儲為面文件，可參見圖7。shapefile文 件是點、線、面文件分開存儲的圖層文件類型，也就是說，在建立圖層時，如果建立的是點文 件，則該層中只能存儲點數(shù)據(jù)，線層只能存儲線數(shù)據(jù)，面層只能存儲閉合的多邊形面數(shù)據(jù)。 所以必須對shapefile文件進行分類設(shè)計，存儲在不同的類型圖層里面，最后生成最終圖 像時是各個圖層的疊加，當(dāng)然疊加是有順序的一般是點層最上，其次是線層，最后是面層。 本發(fā)明將Shapefile文件根據(jù)所存儲的地理實體的類型，分為單點文件、多點文件、多線文件、多邊形文件；所謂單點文件記錄一個單點的橫坐標(biāo)X、縱坐標(biāo)Y ；多點文件記錄一個或多 個單點，一條多線順次記錄構(gòu)成一條或多條折線的各單點；一個多邊形文件順次記錄構(gòu)成 一個或多個封閉區(qū)域的各條邊界上各單點。具體實施時，為了便于管理數(shù)據(jù)，可相應(yīng)地分別 設(shè)計單點、多點、多線和多邊形結(jié)構(gòu)體。根據(jù)Shapefile文件類型，程序中讀入的Shapefile 坐標(biāo)數(shù)據(jù)用相應(yīng)類型的結(jié)構(gòu)體數(shù)組來存放。一個Shapefile文件由一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組讀寫其 坐標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明實施例根據(jù)以上投影轉(zhuǎn)換公式，計算出正十二面體各個頂點的地理坐標(biāo) (B，L)，相鄰兩頂點連接成一條棱，將正十二面體各條棱記錄下來，同一個面內(nèi)的五條棱封 閉成一個五邊形。在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下生成含有正十二面體各條棱(組成十二 個五邊形)的Shapefile多線文件。具體來說，是為每一個面提供一個圖層內(nèi)容為正五邊 形的Shapefile多線文件，以供步驟4中對步驟3所得結(jié)果去除五邊形以外的部分。(2. 2)投影轉(zhuǎn)換的程序?qū)崿F(xiàn)具體實施時，投影轉(zhuǎn)換可以方便地采用計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)，建議在現(xiàn)有開發(fā)語 言與環(huán)境Visual C++6. 0下實現(xiàn)。將原始地理數(shù)據(jù)逐面投影到正十二面體上，本發(fā)明實施例的投影轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方式是 通過坐標(biāo)變換，生成新的Shapefile文件。對于正十二面體每個面，讀入每一個Shapefile文件，將讀入的每一對坐標(biāo)數(shù)據(jù) 按照投影轉(zhuǎn)換公式改寫為新的坐標(biāo)值，并相應(yīng)地保存到一個新的Shapefile文件中。例如，讀入第一個面的含世界政區(qū)的Shapefile文件(國界線閉合成的多邊形文 件)，并把其數(shù)據(jù)賦值給多邊形結(jié)構(gòu)體數(shù)組。新建一個Shapefile文件，對數(shù)組中每一對坐 標(biāo)值(每個單點)，按照投影轉(zhuǎn)換公式改寫為新的坐標(biāo)值，并按規(guī)定的文件格式寫入新文 件。在當(dāng)前處理的正十二面體一個面中，讀入多少個Shapefile文件，就相應(yīng)地生成 多少個新的Shapefile文件。正十二面體各個面(編號從1-12)，從編號為1的面開始，按照上述步驟依次處理。本發(fā)明實施例的投影轉(zhuǎn)換程序的流程框圖見附圖6 運行投影轉(zhuǎn)換程序軟件，打 開參數(shù)設(shè)置對話框；輸入?yún)?shù)(正十二面體面的編號，取1-12)；根據(jù)編號讀入該面對應(yīng)的 Shapefile文件，即輸入?yún)?shù)(源Shapefile文件名、新Shapefile文件名)；投影轉(zhuǎn)換，生 成新Shapefile文件；判斷該面對應(yīng)的所有源Shapefile文件是否一一處理完畢，若否則更 改參數(shù)(源Shapefile文件名、新Shapefile文件名)以對下一源Shapefile文件進行處 理；是則判斷正十二面體各個面(1-12)是否一一處理完畢，若否則更改參數(shù)(正十二面體 面的編號)對下一個面對應(yīng)的Shapefile文件進行處理，直到判斷正十二面體各個面處理 完畢則程序結(jié)束。(2. 3)轉(zhuǎn)換后的地圖編輯及打印輸出在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下，對于正十二面體每個面，加載新生成的對應(yīng)于這 個面的各個Shapefile文件，每個Shapefile文件作為要輸出的地圖的一個圖層，去除正五 邊形以外的地圖要素，對地圖要素符號化并標(biāo)注。具體步驟如下1.加載相應(yīng)的各個Shapefile圖層文件，調(diào)整各圖層的疊加順序，多邊形圖層在 最下，多線圖層在中間，單點與多點圖層在最上。
2.使用ArcGIS軟件提供的裁剪功能，用圖層內(nèi)容為正五邊形的Shapefile文件去 裁剪其它圖層，去除其它各個圖層中當(dāng)前正五邊形以外的地圖要素。3.地圖要素符號化，包括圖形的符號化和文字標(biāo)注(注記)兩部分內(nèi)容。圖形的 符號化就是用地圖符號庫中的專門符號賦予圖形要素實際的地理意義。比如，居民地根據(jù) 行政等級或規(guī)模分別用不同顏色、不同大小的五星或圓圈表示。文字注記也根據(jù)地物類型 (行政區(qū)、居民點、山脈、河流)和等級(行政等級、規(guī)模)用不同的字體、字號、色彩來標(biāo)注。最后編輯好的新地圖輸出為位片(可以是BMP、JPEG等格式)，打印出該圖片 (圖片較大，亦可采用噴繪、寫真等方式)，沿著圖上正五邊形的邊將打印出的實物(打印出 的紙或噴繪出的板)裁剪(或折疊)成正五邊形，完成正十二面體一個面的制作。為了方 便認(rèn)識制作效果，本發(fā)明提供了附圖7，該圖展現(xiàn)了本發(fā)明實施例所生成過極點的1號面的 五邊形地圖。按照上述步驟制作出正十二面體其它各個面，參見附圖8的編號1、2、3、4、5、6、7、 8、9、10、11、12將各個面按順序拼接成正十二面體。本發(fā)明基于正十二面體提供投影，保證地圖投影的一致性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性。所謂一致性，就是在正十二面體定位及編號完成后，正十二面體上各個正五邊形 編號及它們相互間的順序、空間位置關(guān)系，以及它們與外接球(例如帶經(jīng)緯網(wǎng)的地球正球 體)的空間幾何關(guān)系都已經(jīng)確定下來了，各個正五邊形內(nèi)的投影公式都是嚴(yán)格按照該五邊 形與外接球的空間幾何關(guān)系推導(dǎo)的，保證了各個正五邊形投影時參考標(biāo)準(zhǔn)的一致性。所謂連續(xù)性，就是保證在正十二面體上任意兩個相鄰正五邊形的公共邊，都是該 公共邊兩端點所在的外接球的大圓劣弧的投影，而不是小圓上弧段的投影。連續(xù)性的保證 以一致性的保證為充分必要條件，即保證了每個五邊形上的投影公式是按照該五邊形與 外接球的空間幾何關(guān)系來推導(dǎo)的，就有可能(必要性)而且是一定(充分性)保證了相鄰 正五邊形的公共邊兩側(cè)的投影是連續(xù)的，也就是說，公共邊兩側(cè)的地圖不會出現(xiàn)重疊和或 者缺失的情況。所謂準(zhǔn)確性，就是原始數(shù)據(jù)使用精確的矢量圖形數(shù)據(jù)，公式推導(dǎo)嚴(yán)格依據(jù)正十二 面體定位后與帶經(jīng)緯網(wǎng)的地球正球體的空間幾何關(guān)系。自始至終處理的都是矢量圖形數(shù) 據(jù)，原始數(shù)據(jù)是未經(jīng)投影的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，不采用柵格圖像數(shù)據(jù)，避免了圖像分辨率、圖像原 有的投影以及圖像矢量化影響精確度的問題。圖形處理都是在計算機里面進行，所以圖形 的精度有很大的保證。
權(quán)利要求
一種正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于包括以下步驟步驟1，定位球面地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系；步驟2，提取原始地理數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟1所得地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系，得到正十二面體每個頂點的相應(yīng)地理位置；根據(jù)頂點確定正十二面體各條棱，同一個面內(nèi)的五條棱封閉成一個五邊形；步驟3，將原始地理數(shù)據(jù)逐面投影到正十二面體上；步驟4，對步驟3所得結(jié)果去除五邊形以外的部分，輸出得到十二幅五邊形地圖；步驟5，將十二幅五邊形地圖拼接成正十二面體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于將地球正球體 表面地圖投影到正十二面體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于步驟1包括以 下步驟，步驟1.1，使正十二面體的一個頂點與地球正球體北極重合，與該頂點對稱的另一頂點 與地球正球體南極重合；步驟1. 2，選取一塊用戶感興趣區(qū)域，在地球表面上選擇距離該區(qū)域幾何中心最近的經(jīng) 線的投影作為該區(qū)域所在五邊形的中央經(jīng)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于原始地理 數(shù)據(jù)采用全球范圍的ESR ArcGIS地層文件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于=ESRArcGIS地圖 圖層文件為.Iyr格式，步驟2的具體實施方式
如下，在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下將.Iyr 格式的圖層文件轉(zhuǎn)換為ESRI Shapefile格式的Shapefile文件；根據(jù)步驟1所得地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系，建立投影轉(zhuǎn)換公式，從而計算出 正十二面體各個頂點的地理坐標(biāo)(B，L)，根據(jù)頂點的地理坐標(biāo)(B，L)確定正十二面體各條 棱，同一個面內(nèi)的五條棱封閉成一個五邊形；在ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下生成含有正 十二面體各條棱的Shapefile文件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于=Shapefile文件根 據(jù)所存儲的地理實體的類型，分為單點文件、多點文件、多線文件、多邊形文件；所謂單點文 件記錄一個單點的橫坐標(biāo)X、縱坐標(biāo)Y ；多點文件記錄一個或多個單點，一條多線順次記錄 構(gòu)成一條或多條折線的各單點；一個多邊形文件順次記錄構(gòu)成一個或多個封閉區(qū)域的各條 邊界上各單點。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于步驟3的具 體實施方式為，對于正十二面體各個面，讀入相應(yīng)的每一個Shapefile文件，將Shapefile 文件中的每一對坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照與步驟1所得位置關(guān)系相應(yīng)的投影轉(zhuǎn)換公式改寫為新的坐 標(biāo)值，并相應(yīng)地保存到一個新的Shapefile文件中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正十二面體地圖投影生成方法，其特征在于步驟4中，在 ArcGIS軟件的ArcMap環(huán)境下，對于正十二面體每個面，加載新生成的對應(yīng)于這個面的各個 Shapefile文件，每個Shapefile文件作為要輸出的地圖的一個圖層，用圖層內(nèi)容為正五 邊形的Shapefile文件去裁剪其它圖層正五邊形以外的地圖要素，對地圖要素符號化并標(biāo) 注；最后輸出得到十二幅五邊形地圖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種正十二面體地圖投影生成方法，包括定位地圖投影到正十二面體的位置關(guān)系；提取原始地理數(shù)據(jù)，得到正十二面體每個頂點的相應(yīng)地理位置；根據(jù)頂點確定正十二面體各條棱，同一個面內(nèi)的五條棱封閉成一個五邊形；將原始地理數(shù)據(jù)逐面投影到正十二面體上；去除五邊形以外的部分，輸出得到十二幅五邊形地圖；將十二幅五邊形地圖拼接成正十二面體。本發(fā)明突破了以往投影面為平面和可展曲面的限制，能把地球投影到全等的十二個正五邊形上，大大降低了因變形產(chǎn)生的誤差，通過二維制作生成的三維正十二面體地圖平面可視性好，印制成本低，有益于地理科學(xué)的普及和提高。
文檔編號G09B29/00GK101923801SQ20091006265
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者朱福利, 李云翔, 胡鵬 申請人:武漢大學(xué)