Перевод долготы-широты в метры и подходы по работе в MapInfo

MapInfo - перевод долготы/широты в метры

MapInfo - перевод долготы/широты в метры Эта статья посвящена задаче перевода координат заданных градусах в координаты в метра ( футах, дюймах и т. п.). С равным успехом основные приемы данной статьи могут быть использованы для перевода между различными системами координат, которые могут быть заданы стандартными средствами ГИС MapInfo.

Введение:

Постановка задачи:

Имеется набор данных, состоящих из координат точки в формате долгота/широта/высота. К каждой точке приписан набор непространственных атрибутов. В рассматриваемом в случае — время создания точки и некоторые специфические параметры, связанные с работой технического средства. Данные даны в виде плоской таблицы или в виде приводимом к плоской таблице. В нашем случае в формате Excel. Требуется произвести вычисления расстояния между соседними точками и сохранить результат так, что бы его можно было использовать в Excel.

Общее описание алгоритмов:

Для решения задачи можно использовать:

• Любую ГИС, позволяющую вычислять координаты точек в различных системах координат (или проекциях);
• Программные средства командной строки, позволяющие производить вычисления над плоскими файлами. На пример, утилиту командной строки ogr2ogr или иную, использующую библиотеку PROJ4, или ее аналог;
• Вставить в EXCEL дополнительные модули или формулы, которые позволят произвести вычисление координат, заданных в градусах, в координаты на плоскости в некоторой проекции. В принципе в тот же Excel можно вставить вызов библиотек PROJ4.

Почему MapInfo + Excel? :

В этой статье будет рассмотрен набор манипуляций с данными с использованием ГИС MapInfo. С пост обработкой результатов в Excel. Причина такого выбора банальна:

• вопрос был задан в разделе про MapInfo;
• MapInfo хорошо умеет читать данные в формате Excel;
• Excel идеально подходит для между строчных вычислений, что является трудно проблемой для всего, что построено на принципах СУБД, как-то плоские таблицы с независимыми строками;
• Кроме того описание «вступительной» части второго и третьего варианта, есть задача, которая требует других знаний, чем у автора, и другого терпения. А рекомендовать проделать все это тем, кто не нашел сил, что бы выполнить «вступительную» часть для других задач, я не готов. Равно как не знаю есть ли смысл рассказывать такую банальность тем, кто это проделал. Есть подозрение, что они эту задачу решат и без меня. И мне бы еще у них поучиться жонглировать различными ГИС форматами в ogr2org. Хотя бы тем же CSV, который подходит для этих задач лучше много другого. Тем более, что и в этом случае остается задача рекурсивного доступа от точки к ее предшественнику, а это без простейшего программирования трудно реализовать.

Основные приемы использованные в работе:

1. Главный прием — 95% процентов команд графического ядра ГИС MapInfo являются текстовыми командами на языке MapBasic. При стандартном выполнении через меню и «кнопки» эти команды формируются в GUI, выводятся в окно MapBasic в MapInfoи одновременно передаются на выполнение ядру ГИС MapInfo, которое можно считать интерпретатором команд MapBasic'а.
2. Если выбрать соответствующую команду в окне MapBasic в MapInfo, выделив несколько строк подряд, или просто поместив курсор в конец одной строки, и нажать «Ввод» на клавиатуре, то выбранные команды будут переданы интерпретатору команд MapBasic и они дадут к такой же результат, что и вызов команд через графический интерфейс.
3. Поэтому используя команды от стандартных элементов меню MapInfo, выводимые в MapBasic, как шаблоны для собственных команд, или используя любые команды и операторы языка MapBasic, за исключением операторов проверки условий (на пример, IF) или циклов (FOR или DO), можно получать большую гибкость при работе с данными в этой ГИС.
4. За пределами этого рассмотрения остается возможность посылки аналогичных команд через OLE интерфейс MapInfo. В этом случае они выполняются так же, как если бы их вводили в окно MapBasic.
5. Так же работа основана на том, что MapInfo хорошо читает многие стандартные форматы табличных данных, и в некоторые из них позволяет сохранять свои таблицы.
6. В свою очередь Excel легко позволяет выписать функцию на рабочем листе, а потом применить ее к соседним клеткам с сохранением условной или безусловной адресации между ячейками. На пример, для того что бы формула, заданная в 3-м столбце строки, выполняющая расчет на основе первых двух ячеек строки, была аналогично использована в следующей строке, достаточно просто растянуть ячейку в 1:3 или С1 следующую ячейку снизу — 2:3 или С2.

Порядок обработки данных:

1. Открываем таблицу Excel. Приводим ее виду набора однородных данных – заголовки должны быть у всех столбцов, имеющих данные, и располагаться в первой строке. Столбцы без данных должны быть удалены. 2. Сохраним файл с простым именем D20120503.xls. С вот таким заголовком:

Время	Высота над УМ	Датчик скорости	Координата-1	Координата-2	Обороты двигателя	Конечная
2012-05-03 07:31:40	521	18	51.822845	107.679138	1482	мелькомбинат
2012-05-03 07:32:27	525	22	51.81982	107.682434	1208.4

3. Загрузим данные в MapInfo (галочку – создать копию ставим обязательно):

• 

  рис.1

4. Используем заголовки для наименования столбцов:

5. Подтвердим выбранные самой манифно типы данных:

6. Получим данные в виде таблицы, т.к. пока у нас есть только атрибутика, но нет геометрии:

7. Теперь надо выполнить фильтрацию данных, т.к. в некоторых строках есть некорректные данные:

8. Именно это не позволило нам произвести предрасчет в Excel. Для этого создадим SQL запрос:

9. Получим вот такой результат:

10. Удалим все сбойные строки нажав Del. После этого сохраним таблицу и упакуем ее. 11. Теперь вычислим несколько параметров наших данных. Опять же через SQL запрос:

12. И сразу еще один запрос на данных предыдущего запроса:

13. В результат получим что-то такое:

Все эти данные нам понадобятся, что бы создать геоинформацию к нашей Excel таблице. 14. Для этого откроем окно MapBasic’а в Mapinfo и присвоим таблице систему координат и добавим два поля для плановых (плоских, метровых ) координат – X,Y:

15. Установим проекцию «Долгота/Широта WGS84»:

16. В окне MapBasic’а должны появиться две вот такие команды: Alter Table "D20120503" ( add X Float,Y Float ) Interactive Create Map For D20120503 CoordSys Earth Projection 1, 104 17. Для нас важна вторая строка, которая и создает систему координат (СК) таблицы. Нас она не устраивает, т.к. создает СК, которая охватывает весь мир, что плохо для точности наших данных. Изменим строку команды, что она приобрела вот такой вид – добавим ей границы измерений с некоторым запасом: Create Map For D20120503 CoordSys Earth Projection 1, 104 Bounds (107.5, 51.7) (107.8, 52) После этого вставим эту строку в окно MapBasic’а, встанем на ее конец (или выделим ее целиком) и нажмем «Ввод». Дальше для любой строки команд, необходимость выделения вставленной команды и ее ввода будет подразумеваться. 18. Теперь создадим точки на месте координат:

19. Кнопку «Проекция» - не трогаем. Тогда проекция вычисления координат и проекция таблицы – совпадут по умолчанию 20. В результате получим вот такую карту:

Смущаю меня уходы в сторону, но это уже вопрос корректности данных. Будем надеяться, что там точки идут в обоих направлениях. 21. Пришло время пересчитать координаты точек. Но для этого надо установить плоскую проекцию. Сделаем это на примере проекции UTM. Причем опять с использованием шаблона из стандартных проекций, которые потом подправим «под себя». Для этого сделаем самое простое – установим проекцию окна карты :

22. Выберем самую первую – UTM-1N:

23. В окне карты получится ужас что, нам она нужна как образец: 24. В окне MapBasic’а будет выведена следующая команда, соответствующая установке для текущего окна карт выбранной нами проекции: Set Map XY Units "m" CoordSys Earth Projection 8, 104, "m", -177, 0, 0.9996, 500000, 0 25. Заменим эту проекцию на нужную нам, взяв новый центральный меридиан из среднего значения координат таблицы (п.13): Set Map XY Units "m" CoordSys Earth Projection 8, 104, "m", 107.63, 51, 1, 250000, 0 Bounds (0,0) (500000, 500000) 26. Обращаю внимание, что мы в параметрах проекции заменили их практически все – оставив только первые «8, 104, "m",» (что означает проекция «поперечная Меркатора», на датуме WGS84, единица измерения координат «метры»): a. Затем задали – центральный меридиан 107.63; b. 0 (экватор) заменили на минимальную южную границу = 51 (градус северной широты); c. 0.9996 – стандартный масштабный коэффициент для проекции UTM заменили на 1, т.к. наши измерения предполагаются возле центрального меридиана (ЦМ) проекции, а стандартный масштабный коэффициент для UTM уменьшает расстояния возле ЦМ.; d. Уменьшили ложное восточное смещение – заменили 500000 на 250000 (что то же для наших данных). Принципиального значения это не имеет. Могли и 0 поставить, округления во внутренних расчетах MapInfo для таких величин будут незначительны. Вот в случаях, когда используется проекция СК-42 или СК-95, то «добавочные» миллионы, задающие зону, могут оказать неприятное воздействие на MapInfo, да и на Excel - то же.; e. 0 – ложное смещение на север, оставили 0, т.к. уже сдвинули начало системы координат задав смещение в п. 26.b; f. Задали границы карты - Bounds (0,0) (500000, 500000). Это существенно для Mapinfo только при вычислении координат. Для окна карты не имеет никакого значения. Границы выставили из предположения, что все наши координаты впишутся в квадрат 500 на 500 км. 27. Проверим, что наши параметры вернули карте нормальный вид, такой как она имела изначально – дадим команду показать все слои карты в нашем окне:

28. Откроем таблицу в виде списка, что бы видеть результаты вычислений. 29. Теперь установим систему координат, которую MapInfo , будет использовать для расчета координат. Для этого введем следующую строку в окно MapBasic’а, используя ранее полученную строку как шаблон: Set CoordSys Earth Projection 8, 104, "m", 107.63, 51, 1, 250000, 0 Bounds (0, 0) (500000, 500000) 30. Пришло время вычислить координаты. Для этого используем команду: Update D20120503 set col8=centroidx(obj),col9=centroidy(obj) 31. COL8 и COL9 – это псевдонимы для 8 и 9 колонки, соответственно. Вместо них обычно используют настоящие названия колонок, но так проще и короче. 32. Наша открытая списком таблица обновится и приобретет вот такой вид:

33. Обязательно сохраним ее. 34. Теперь нам надо вернуть данные в Excel. Проще всего это сделать, сохранив данные в тестовый формат, т.к. экспорта в Excel в MapInfo – нет. По крайней мере, в моей версии.

35. Выберем вот такие параметры экспорта:

36. Сознательно добавим букву «а» к имени, предложенному Mapinfo, т.к. ниже мы загрузим экспорт обратно, а если имя текстового файла совпадет с именем таблицы, MapInfo не даст нам ее открыть  37. Откроем экспортированную таблицу:

38. Присвоим открытой таблице координатную систему для гео-объектов, используя полученные ранее команды как шаблон: Create Map For D20120503a CoordSys Earth Projection 8, 104, "m", 107.63, 51, 1, 250000, 0 Bounds (0,0) (500000, 500000) 39. То, что это удалось можно увидеть, добавив новую таблицу в окно карты:

До момента создания пространственной привязки таблица не появляется в списке слоев. 40. Создадим точки и в этой таблице, только изменим их форму и цвет:

41. И естественно выберем новые расчетные столбцы в качестве координат создаваемых точек. После нажатия на «OK» - окно карты измениться. В нем появятся новые геокодированные точки:

42. Максимально приблизим одну из точек, что бы стало заметно различие между старыми (фиолетовыми) и новыми (зелеными) точками:

Видим, что оно составило 4 мм. Это плата за пересчет и округление. На мой взгляд, в большей степени за округление, с которым Mapinfo вывел данные в текстовый файл – всего 2 символа после запятой (точки). Эту точность можно принудительно увеличивать с помощью функции Format$, но это в этом случае не играет большой роли. 43. Все. С MapInfo закончили. Надо возвращаться в Excel.Пункты с 37-го по 42-ой можно опустить. Они были необходимы только для проверки корректности выполненных нами манипуляций с координатными системами. 44. Открываем результат экспорта как текстовый файл в Excel.

45. Получим вот такую таблицу в Excel и добавим в нее две колонки «расстояние» (между соседними точками) и «путь» (сумму расстояний):

46. Заполним ячейки в новых колонках формулой: a. ячейка J2 ‑ «0» b. ячейка K2 – «0» c. В ячейке J3 напишем формулу - «=КОРЕНЬ((H2-H3)*(H2-H3)+(I2-I3)*(I2-I3)+(B2-B3)*(B2-B3))» (Теорема Пифагора для 3-х мерного пространства) d. в ячейке K3 напишем «=K2+J3» - это суммарный путь, пройденный до этой точки. e. Теперь «растянем» формулу из ячеек J3:K3 на все оставшееся заполненное пространство листа Excel. Существуют и более правильные способы задания формулы на столбцы, но они слегка длиннее и мудренее, чем просто «взять за угол и растянуть». 47. Мы получили искомый результат  Все строки содержат расстояние от точки до предшествующей ей, а так же пройденный путь. 48. Сохраним этот результат. Excel сообщит нам, что наш формат не поддерживает все возможности Excel, поэтому для последующее обработки надо сохранить данные в его формат. 49. Теперь, по уму, надо бы построить линию по этим точкам, что бы убедиться, что расстояние мы измерили без погрешности. 50. Для этого воспользуемся специальной программой:

51. Вот что получим, измерив длину новой линии:

Или с учетом кривизны Земли:

52. Тут надо помнить, что вычисления MapInfo провело только по двумерным координатам, высоту h она считать не умеет и для узлов не хранит. Результат вычислений в Exec = 226 781 m. 53. Если я ничего не перепутал то, что казалось набором последовательных точек, оказалось набором вершин от разных проходов по одному пути, пройденных в разное время:

Ключевые слова: MapInfo, MapBasic команды, Select SQL, долгота/широта, преобразование коррдинат, пользовательские проекции