Карта мира с произвольным центральным меридианом в MapInfo

Эта страница является черновиком статьи.

MapInfo при отображении карты в проекции не оборачивает слои вокруг меридиана-антипода. Задача подготовки слоёв для отображения ложится на плечи картографа.

Введение

Опишем проблему парой картинок. Предположим, нужно отобразить стандартную карту мира в проекции Робинсона с центральным меридианом 150° з. д.

Так рисует карту MapInfo

Такую карту хотелось бы видеть

Очевидно, MapInfo, как многие другие ГИС, при отображении карты в какой-либо проекции не оборачивает отображаемые слои вокруг меридиана-антипода, который отстоит на 180° от центрального. Это позволяет создавать карты мира, разрезанные по произвольной линии, например, линии смены дат. Однако для пользователя свобода, как обычно, идёт рука об руку с дополнительными хлопотами. Если имеющаяся в наличии карта должна быть отображена в форме милой глазу симметричной фигуры в проекции, центральный меридиан которой отличается от среднего меридиана исходной карты, то картографу для этого придётся приложить некоторые усилия.

Данные

В качестве тестового материала используем карту мира GSHHG, которая распространяется под лицензией LGPL. Эта карта развивается как географическая основа открытого проекта GMT. GMT умеет оборачивать данные вокруг меридиана-антипода, поэтому слои карты в «родном» формате не содержат разрезанных объектов. Однако при экспорте слоёв в формат ESRI shapefiles полигоны под меридианом 180° разрезаются на восточную и западную часть, что даёт карту в стандартном диапазоне долгот ±180°. Для демонстрации возьмём из GSHHG несколько слоёв грубого (crude) разрешения.

Постановка задачи

Наша задача - отобразить карту в паре проекций с центральным меридианом 150° з. д. Для достижения этой цели создадим новые слои в диапазоне долгот от 330° з. д. до 30° в. д. Кроме того, дополним карту слоями сетки параллелей и меридианов grid15 и «океана» ocean.

Построение карты с помощью программы PacWorld

Утилита PacWorld от IAA Pty Ltd решает задачу преобразования карты из стандартного диапазона долгот в диапазон 0°–360°. Поскольку она доступна в кодах MapBasic, можно модифицировать её для работы с произвольным центральным меридианом.

Алгоритм работы начинается с создания полигона, одной из сторон которого является начальный меридиан. Объекты слоя разрезается этим полигоном. Затем объекты западного полушария модифицируются: каждый узел перемещается на 360° к востоку.

Недостатки PacWorld, помимо упомянутой жёсткой привязки к меридиану 180° в. д.:

• разрезы материков на краю карты отображаются в проекциях несглаженными прямыми отрезками; — легко исправить, запрограммировав вставку промежуточных узлов в стороне полигона, образованной начальным меридианом;
• некорректно трансформируется Антарктида; — можно обойти эту проблему через конвертирование полигона в полилинию и обратно с некоторым редактированием;
• зависание при переносе объектов с большим количеством узлов; с картой GSHHG это происходит уже для слоя континентов со средним (intermediate) разрешением; похоже, дело в принципиальной ограниченности ресурсов, выделяемых программам MapBasic; — фатальный недостаток.

Проблема с зависанием связана не с процедурой разрезания. Зависание происходит в процессе перемещения узлов. Можно модифицировать PacWorld так, чтобы он только разрезал объекты, а перемещение осуществить другими средствами. Однако с методической точки зрения полезно поработать руками.

Построение карты вручную

Конструирование координатной сетки и «океана»

Построим слой параллелей и меридианов grid15 программой GridMaker, входящей в набор стандартных утилит MapInfo. Используем четыре линии по контуру для создания слоя «океана» ocean.

• 

  Диалог GridMaker: параметры введены

• 

  Слой grid15 создан

• 

  Выделим крайние линии

• 

  Скопируем в косметический слой

• 

  Объединим и превратим в полигон

• 

  Сохраним косметику в слой ocean

Разрезание слоя

Разрежем слой континентов и островов GSHHS_c_L1 на две половины полигоном слоя ocean. Часть, попадающую на полигон (и, следовательно, на будущую карту), сохраним как новый слой с прежним именем GSHHS_c_L1 в другую папку. Часть, не попадающую на полигон, экспортируем в файл формата MIF/MID под именем GSHHS_c_L1_1.MIF.

• 

  Откроем ocean и исходный слой островов GSHHS_c_L1

• 

  Выделим все объекты слоя островов

• 

  Перейдём в режим выбора изменяющих объектов

• 

  Укажем ocean в качестве изменяющего объекта

• 

  После команды [Erase Outside] сохраним объекты в новый слой GSHHS_c_L1; восстановим таблицу

• 

  Повторим действия с выделениями; после команды [Erase] экспортируем объекты в файл MIF

Перемещение половины слоя на 360°

Чтобы объекты из файла GSHHS_c_L1_1.MIF оказались на своих местах на будущей карте, их необходимо перенести на 360° к западу. К сожалению, перенести объекты ровно на заданное число градусов по долготе или широте в MapInfo практически невозможно. Мы слукавили, говоря о построении карты вручную от начала и до конца.

Приведём листинг программы, которая смещает все объекты файла MIF/MID на заданные приращения координат ∆X и ∆Y:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define NKEYS 12
#define STRMAX 1024

/* ========================================================================== *
 * shiftxy
 *
 * Программа считывает объекты из одного файла MIF,
 * сдвигает их на dx, dy в координатных единицах слоя и
 * записывает в другой файл MIF.
 *
 * Usage: shiftxy <input> <output> <dx> <dy>
 *
 * Действия с файлами MID не выполняются,
 * просто используйте оригинал после копирования или перименования.
 * -------------------------------------------------------------------------- */
int main(int argc, char *argv[])
{
  char buf[STRMAX], w[8][128];
  char *keyword[NKEYS] = {
    "Arc", "Ellipse", "Line", "Pline", "Point", "Region", "Rect",
    "Roundrect", "Text", "Multipoint", "Center", "Multiple"
  };
  double dx, dy, x, y, x2, y2;
  int nsec, npt, t, k;
  FILE *fp0, *fp1;

  if (argc < 5) {
    puts("usage: shiftxy <input> <output> <dx> <dy>");
    exit(EXIT_SUCCESS);
  }
  if ((fp0 = fopen(argv[1], "r")) == NULL) {
    fprintf(stderr, "can't open %s\n", argv[1]);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  if ((fp1 = fopen(argv[2], "w")) == NULL) {
    fprintf(stderr, "can't create %s\n", argv[2]);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  dx = atof(argv[3]);
  dy = atof(argv[4]);
  nsec = npt = t = 0;
  while (fgets(buf, STRMAX, fp0) != NULL) {
    if (npt == 0) {
      if (nsec == 0) {
	switch (t) {
	case 2: /* Text string */
	  fputs(buf, fp1);
	  t = 1;
	  break;
	case 1: /* Text bbox */
	  sscanf(buf, "%s %s %s %s", w[0], w[1], w[2], w[3]);
	  x = atof(w[0]) + dx;
	  y = atof(w[1]) + dy;
	  x2 = atof(w[2]) + dx;
	  y2 = atof(w[3]) + dy;
	  fprintf(fp1, "    %f %f %f %f\n", x, y, x2, y2);
	  t = 0;
	  break;
	default:
	  sscanf(buf, "%s %s %s %s %s %s %s",
		 w[0], w[1], w[2], w[3], w[4], w[5], w[6]);
	  for (k = 0; k < NKEYS - 1; k++) {
	    if (strcmp(w[0], keyword[k]) == 0)
	      break;
	  }
	  switch (k) {
	  case 8: /* "Text" */
	    t = 2;
	    fputs(buf, fp1);
	    break;
	  case 9: /* "Multipoint" */
	    npt = atoi(w[1]);
	    fputs(buf, fp1);
	    break;
	  case 5: /* "Region" */
	    nsec = atoi(w[1]);
	    fputs(buf, fp1);
	    break;
	  case 3: /* "Pline" */
	    if (strcmp(w[1], keyword[NKEYS - 1]) == 0) /* "Pline Multiple" */
	      nsec = atoi(w[2]);
	    else
	      npt = atoi(w[1]);
	    fputs(buf, fp1);
	    break;
	  case 4: /* "Point" */
	    x = atof(w[1]) + dx;
	    y = atof(w[2]) + dy;
	    fprintf(fp1, "%s %f %f\n", w[0], x, y);
	    break;
	  case 10: /* "Center" */
	    x = atof(w[1]) + dx;
	    y = atof(w[2]) + dy;
	    fprintf(fp1, "    %s %f %f\n", w[0], x, y);
	    break;
	  case 1: /* "Ellipse" */
	  case 2: /* "Line" */
	  case 6: /* "Rect" */
	    x = atof(w[1]) + dx;
	    y = atof(w[2]) + dy;
	    x2 = atof(w[3]) + dx;
	    y2 = atof(w[4]) + dy;
	    fprintf(fp1, "%s %f %f %f %f\n",
		    w[0], x, y, x2, y2);
	    break;
	  case 7: /* "Roundrect" */
	    x = atof(w[1]) + dx;
	    y = atof(w[2]) + dy;
	    x2 = atof(w[3]) + dx;
	    y2 = atof(w[4]) + dy;
	    fprintf(fp1, "%s %f %f %f %f %s\n",
		    w[0], x, y, x2, y2, w[5]);
	    break;
	  case 0: /* "Arc" */
	    x = atof(w[1]) + dx;
	    y = atof(w[2]) + dy;
	    x2 = atof(w[3]) + dx;
	    y2 = atof(w[4]) + dy;
	    fprintf(fp1, "%s %f %f %f %f %s %s\n",
		    w[0], x, y, x2, y2, w[5], w[6]);
	    break;
	  default:
	    fputs(buf, fp1);
	  }
	}
      } else {
	npt = atoi(buf);
	fputs(buf, fp1);
	nsec--;
      }
    } else {
      sscanf(buf, "%s %s", w[0], w[1]);
      x = atof(w[0]) + dx;
      y = atof(w[1]) + dy;
      fprintf(fp1, "%f %f\n", x, y);
      npt--;
    }
  }
  fclose(fp1);
  fclose(fp0);
  return 0;
}
/* ========================================================================== */

Сохраним код в файл shiftxy.c. Исполняемый модуль можно создать, например, компилятором gcc:

$ gcc -o shiftxy shiftxy.c

Для MS Windows можно загрузить уже скомпилированную программу.

Утилита shiftxy запускается в командной строке с четырьмя аргументами: имя входного файла MIF, имя выходного файла MIF, сдвиг ∆X, сдвиг ∆Y. Переместим объекты GSHHS_c_L1_1.MIF на 360 координатных единиц слоя к западу и запишем в GSHHS_c_L1_2.MIF:

shiftxy GSHHS_c_L1_1.MIF GSHHS_c_L1_2.MIF -360 0

Создадим файл GSHHS_c_L1_2.MID из GSHHS_c_L1_2.MID копированием или переименованием:

copy GSHHS_c_L1_1.MID GSHHS_c_L1_2.MID

Теперь понятно, зачем мы экспортировали в MIF вместо сохранения в нормальный слой.

Воссоединение слоя

Импортируем новый MIF с передвинутыми объектами и сольём его с новым слоем GSHHS_c_L1:

• 

  Откроем новый слой GSHHS_c_L1

• 

  Импортируем GSHHS_c_L1_2.MIF в GSHHS_c_L1_2

• 

  Добавим записи и объекты GSHHS_c_L1_2 к GSHHS_c_L1

• 

  Слой GSHHS_c_L1 со средним меридианом 150° з. д. готов

Отображение карты в проекциях

Повторим описанные действия с несколькими слоями GSHHG, содержащими водоёмы, реки и сухопутные границы, чтобы получить в результате готовую карту.

Карта из преобразованных слоёв

Добавим в файл MAPINFOW.PRJ описание проекций Мольвейде и Робинсона с центральным меридианом 150° з. д.:

"Mollweide (Equal-Area) 150W WGS84", 13, 104, 7, -150
"Robinson 150W WGS84", 12, 104, 7, -150

Отобразим полученные слои в заданных проекциях:

Карта в проекции Робинсона

Карта в проекции Мольвейде

Заключение

Предложенная последовательность действий позволяет получить набор слоёв со средним меридианом, совпадающим с центральным меридианом проекции. Можно усложнить задачу, заменив меридиан сворачивания более сложной линией.

Если подобные задачи возникают часто и связаны с данными больших объёмов, имеет смысл автоматизировать процесс, скажем, написав программу на языке C++ с MapInfo API.

Ссылки

• MapInfo Professional Documentation
• GSHHG — A Global Self-consistent, Hierarchical, High-resolution Geography Database, Paul Wessel, Walter H. F. Smith
• PacWorld